Что такое диафрагма в телефоне
Что такое диафрагма в фотоаппарате и телефоне?
Я заметил, производители телефонов ни с того ни сего начали массово писать о диафрагмах в их камерах. Видимо, потому что сегодня уже все фотографы и все наслышаны о том, что светосила — это круто. Полтинник f/1.8 — круто, значит и телефон с камерой f/1.9 — тоже круто. На это очевидно рассчитывают маркетологи популярных брендов. Чтобы развенчать этот миф, придётся пойти в технические дебри.
Почему f/1.8 в полнокадровом фотоаппарате и телефоне не одинаково круто?
Показатель f/ расшифровывается как относительная диафрагма объектива. Это — величина относительного отверстия, через которое проходит свет на считывающую матрицу. Её обычно отождествляют со светосилой, хотя это не совсем точно.
Ключевой момент здесь в слове относительная. Производители телефонов не пишут о фокусном расстоянии объективов в камерах своих смарфтонов. Так же, как и неохотно они пишут о размере считывающей матрицы. Потому что эти параметры абсолютные и очевидные, в отличие от диафрагмы объектива. Вернее, о матрицах пишут только в тех случаях, когда этим можно похвастаться на фоне других (очевидно). На свою модель телефона Samsung Galaxy A3 я не нашёл данных о размере матрицы, как ни старался. Хотя о старших моделях линейки S6, S7 эти данные пишут везде. Зато диафрагме поют дифирамбы:
Фронтальная и основная камеры с диафрагмой f/1.9 – это всегда яркие и четкие снимки даже в условиях низкой освещенности.
Вернёмся в технические дебри. Диафрагма f являет собой отношение фокусного расстояния F к диаметру входного зрачка D (иными словами — отверстия, пропускающего свет).
Давайте выведем из этой формулы физические размеры отверстия, пропускающего свет на матрицу фотоаппарата.
Возьмём для примера объектив камеры GoPro. Его фокусное расстояние составляет 5мм, а диафрагма f/2.8.
Теперь для сравнения возьмем полнокадровый объектив с такой же диафрагмой — Canon 24-70mm f/2.8L.
Делим 14мм на 2.8 и получаем 8.57 мм.
Делим 70мм на 2.8 и получаем 25 мм.
Для фокусного расстояния в 24мм понадобится размер зрачка 8,5 мм.
Для фокусного расстояния в 70мм понадобится размер зрачка 2,5 см.
Сравним размеры.
Это — задняя линза 24-70.
Это — объектив GoPro.
И то и другое f/2.8. Подвох чувствуете?
Всё дело в размерах считывающей матрицы. В GoPro и многих телефонах её размер составляет 1/2.5 дюйма или 5.75 мм/4.28 мм. Размеры сенсора полнокадрового фотоаппарата 36мм*24мм. Как я писал выше, диафрагменное число — параметр относительный. Если у вас маленькая камера с маленьким сенсором и маленьким объективом, она НЕ будет хорошо снимать в темноте и давать размытый фон. Даже если там диафрагма f/1.7, как рекламируют в некоторых телефонах.
На всеми вожделенные параметры, как эффективная светосила, ширина динамического диапазона и качество картинки в целом влияют такие факторы как физический размер пикселя считывающей матрицы и объём света, которые пропускает объектив. Поэтому, чем больше матрица, тем лучше (а чем больше матрица, тем соответственно больше и объектив). А вот с этим у телефонов и экшн камер не очень. Хотя GoPro, естественно, снимает лучше, чем большинство телефонов на сегодняшний день.
Это касается и беззеркальных фотоаппаратов с матрицей 4/3 в сравнении с полнокадровыми моделями.
Ниже для сравнения полнокадровый объектив Canon EF 35mm f/2 IS USM и объектив для системы микро 4/3 Panasonic LUMIX G Leica DG Summilux 15mm f/1.7 ASPH:
При похожих значениях диафрагмы, похожем угле зрения и, кстати, одинаковой стоимости невооружённым глазом видно, что они пропускают сквозь себя разное количество света.
Также смотрите:
Mobcompany.info
Сайт о смартфонах и их производителях
Что такое диафрагма или апертура в камере смартфона?
При выборе смартфона с хорошей камерой нужно обращать внимание на многочисленные ее параметры. С разрешением все просто: чем больше мегапикселей – тем лучше теоретическая максимальная детализация снимка. С размерами матрицы и отдельных пикселей тоже все просто: чем они больше – тем больше света улавливает, и тем выше будет четкость при недостатке освещения. А вот диафрагма или апертура – это характеристика, которая труднее поддается пониманию. Например, тот факт, что меньшая цифра – это зачастую лучше, озадачивает многих.
Диафрагма (апертура) – это отверстие в объективе камеры, через которое поступает свет на матрицу. В описании смартфонов эти слова используются, как синонимы, но они имеют несколько разное происхождение. Термин «диафрагма» изначально относился к физической детали объектива, диафрагменной шторке, регулирующей размеры светопропускного отверстия. А «апертура» — это характеристика, указывающая на характеристики этой шторки.
Объектив зеркалки с изменяемой диафрагмой
Так как в мобильных камерах эта деталь отсутствует, оба термина применяются именно во втором значении. Также в качестве синонима терминов «апертура» и «диафрагма» часто применяется слово «светосила». В описании камер смартфонов все эти понятия характеризуют способность оптики пропускать свет.
В чем измеряется диафрагма (апертура) камеры смартфона
Значение диафрагмы (апертуры) камеры смартфона является относительной величиной, выражающейся через фокусное расстояние.
Фокусное расстояние – это расстояние между матрицей и оптическим центром объектива, то есть точкой, в которой сходятся лучи света, попадающие сквозь линзы внутрь модуля камеры. Значение светосилы позволяет определить, насколько эффективно улавливает свет камера, в сравнение с другими.
Расположение диафрагмы камеры смартфона
Числовое значение апертуры – это производная величина, указывающая соотношение ФФР (физического фокусного расстояния) и диаметра отверстия в объективе. Записывается оно в формате дроби f/X, где f – ФФР, а X – делитель. Популярное значение диафрагмы f/2 означает, что диаметр отверстия камеры в два раза меньше, чем фокусное расстояние. Если ФФР равно 4 мм (это тоже одно из популярных значений, так как больше получить от модуля, высотой около 6 мм, не выйдет), то при апертуре f/2 диаметр глазка объектива составит 2 мм. Если фокусное расстояние составляет 5,6 мм, а диафрагма – f/2,8 (такие параметры 12 лет назад имел камерафон Nokia N73), то 5,6/2,8=2, то есть, «зрачок» опять имеет диаметр 2 миллиметра.
Разные значения апертуры. Диаметр отверстий выдержан в одном масштабе.
На что влияет значение апертуры
Так как диафрагменное число указывает на диаметр отверстия объектива, то от его значения зависит количество света, попадающее на матрицу. Чем больше отверстие – тем больше будет света. Именно из-за того, что число после дроби – это делитель, чем оно меньше – тем больше будет физический диаметр «зрачка». Ведь если поделить 4 на 1,8 (f/1,8), то получим 2,22 мм, а деление 4 на 2,2 (f/2,2) даст уже 1,82 мм.
Если вспомнить формулу площади круга πr 2 (а r – это половина диаметра) и провести расчет, можно определить разницу в светопропускной способности. Для отверстия диаметром 2,22 мм площадь составит 3,48 мм2, а для 1,82 мм – 2,85 мм2. Поделив первое на второе, получаем разницу в 1,22 раза, то есть, оптика с апертурой f/1,8 пропускает на 22% больше света, чем с f/2,2.
Из-за того, что разные камеры имеют разное ФФР (у смартфона это несколько миллиметров, а у зеркалки – в 10-100 раз больше), сравнивать по апертуре очень разные фотокамеры нельзя. Например, смартфон с матрицей 1/3″ при значении апертуры f/2 улавливает такое же количество света, как полноформатная зеркалка с диафрагмой f/13-f/15. Однако если сенсоры камер сравниваемых смартфонов близки по параметрам или идентичны (как в тех же Xiaomi Mi Max 2 и Mi6, на примере которых и проведены расчеты выше), то разница в светосиле позволяет оценить разницу в светопропускной способности.
Что такое диафрагма и апертура и почему они важны в телефоне
Уже давно ушло то время, когда производители мобильных телефонов соревновались между собой в количестве мегапикселей. Сегодня не менее важными параметрами камер смартфонов являются фокусное расстояние, размер матрицы, пикселей, программное обеспечение и оптическая система. Индустрия с каждым годом развивается, а появившиеся модели с несколькими модулями и вовсе делают портретную съемку на смартфон неотличимой от снимка на среднюю цифровую камеру. Апертура также является одним из главных параметров камеры и в этой статье рассмотрим его роль в современных смартфонах.
Часто говорят, что чем больше света получил объектив, тем лучше получится конечное изображение. И во многом, это действительно так работает. Объектив и датчик изображения занимают в конструкции смартфона несравнимо меньше места, чем в цифровой камере. Поэтому и света он будет получать меньше. Во многих моделях производители пытаются исправлять такую проблему с помощью датчика с крупными пикселями (1.15-1.25 мкм). Но на датчик свет должен как-то попасть – здесь работает оптика, и тут появляется понятие апертура.
Апертура – параметр объектива, определяющий диаметр светового пучка на входе в объектив. Обозначается f/2, f/2.2, f/1.6 и т.д. Чем число меньше, тем больше диаметр отверстия диафрагмы, тем больше света может попасть в объектив. Диафрагма – специально установленная преграда, для ограничения световых пучков. Широкая диафрагма не только позволяет проникать большему объему света в объектив, но и за счет этого уменьшает время на обработку фотографии: получается более быстрый спуск затвора, фотография четче, без скачков. Датчик изображения в смартфоне, в сравнении с цифровыми камерами, гораздо ближе к линзам. Из-за этого фокусное расстояние на смартфонах короче, и в таком случае диафрагма должна быть шире обычного. Апертура цифровых камер и смартфонов сильно отличается.
Кроме получаемого света, на качество изображения влияет материал и число линз, их качество, размер матрицы, общие оптические характеристики объектива и софт – мощный процессор для обработки фото. Перед покупкой смартфона нужно либо протестировать самостоятельно, либо посмотреть обзоры. Хорошая камера должна обладать: широкой апертурой, большим размером матрицы и пикселей, качественной оптикой и правильной работой программного обеспечения.
Что такое диафрагма и почему на неё стоит обращать внимание
Камера — одна из ключевых возможностей каждого современного гаджета. Даже те, у кого есть зеркальный или беззеркальный фотоаппарат, точно не смогут поспорить с удобством использования для снимков и роликов именно смартфона, который всегда с собой. Да что там говорить, сегодня качества камеры любого флагманского девайса уже более чем достаточно для съемки подавляющего большинства повседневных моментов. Производители высокотехнологичных мобильных устройств не стоят на месте и продолжают из года в год совершенствовать их фото- и видеовозможности. Одним из главных направлений для развития оказалось увеличение числа камер в одном устройстве — ему на пятки наступает расширение диафрагмы для каждого отдельного модуля. С числом камер все ясно, но что такое диафрагма?
Сегодня продвинутого пользователя сложно удивить размером диафрагмы f/1,8 — не так давно это значение было поразительным даже для полноразмерных фотоаппаратов профессионального уровня, но сегодня оно используется даже в топовых смартфонах. Таким и даже большим значением диафрагмы могут похвастаться iPhone 11, Pixel 4, Huawei Mate 30 Pro, а также многие другие смартфоны. Да, размер диафрагмы становится отличным маркетинговым инструментом для продвижения недешевых гаджетов. Тем не менее, действительно ли он настолько важен для получения по-настоящему качественных снимков? Именно это и обсудим.
Что собой представляет диафрагма и как она связана со светом
Чтобы создать качественную фотографию, нужно получить достаточное количество света. Поэтому для того, чтобы оценить любую камеру, первоначально нужно выяснить, насколько она хорошо подходит для того, чтобы захватывать свет. Первоклассная матрица в паре с безупречным стеклом — эта комбинация гарантирует получение достойной фотографии при использовании полноразмерной зеркальной или беззеркальной камеры. Аналогичное правило, пусть и с некоторыми оговорками, также работает в отношении смартфонов.
С одной стороны, относительно небольшой размер современных гаджетов дает возможность регулярно брать их с собой. С другой стороны, он ограничивает габариты компонентов, которые можно в них установить. Чем меньше линзы и сенсоры, тем меньше света они могут получить — это влияет на качество итоговой фотографии в первую очередь. На рынке уже появлялись смартфоны с аномально большим размером пикселей на матрице: от 1,2 до 1,55 мкм — подобные эксперименты дали возможность получить очень неплохой результат. Вторая часть уравнения по максимальному захвату света — насколько много его может пройти через объектив, чтобы попасть на матрицу. Это количество зависит от размера диафрагмы.
Как разобраться с определением размера диафрагмы в камере
«Привет, Siri, расскажи, что же такое диафрагма!». Диафрагма определяется размером отверстия, через которое свет может попасть на матрицу камеры. Для измерения диафрагмы используется отношение фокусного расстояния к размеру все того же отверстия. Чем меньше значение диафрагмы, тем шире отверстие и, как следствие, большие света может попасть на сенсор камеры. При увеличении количества света растет качество изображения и падает число шумов.
Чем меньше значение диафрагмы, тем шире отверстие, через которое на матрицу камеры попадает свет. При слабом освещении уменьшение значения диафрагмы даст возможность увеличить скорость спуска затвора.
Да, чем меньше размер диафрагмы, тем меньшая выдержка нужна для получения необходимого количества света. Это даст возможность минимизировать размытие деталей в кадре, когда объекты двигаются, снизить последствия дрожания рук — вкупе с оптической стабилизацией изображения все преимущества большого отверстия становятся особенно заметными. В общем, получить действительно качественный кадр с минимальным значением диафрагмы действительно проще.
Сенсор камеры смартфона находится совсем рядом со стеклом — куда ближе, чем в полноразмерных зеркальных и беззеркальных фотоаппаратах. Из-за этого у мобильных устройств заметно более маленькое фокусное расстояние. Исходя из формулы определения значения размера диафрагмы в виде отношения фокусного расстояния к размеру отверстия, это помогает объяснить, почему у современных смартфонов она значительно шире, чем у большинства больших камер. Тем не менее, это необязательно говорит про их преимущество в захвате света.
Когда речь заходит про объективы, фотографы-любители зачастую ассоциируют более широкую диафрагму и минимальную глубину резкости с более приятным и мягким эффектом размытия заднего плана. Тем не менее, это не про смартфоны — в этом плане они отстают вместе с фиксированным размером диафрагмы, небольшим сенсором, расположенным близко к стеклу, а также достаточно широким углом обзора. Про боке на «железном» уровне с ними речь даже не идет.
Камеру смартфона с диафрагмой f/2,2 с точки зрения глубины резкости можно сравнить с полнокадровым фотоаппаратом с диафрагмой небольшого размера — f/13 или f/14. Именно поэтому производители современных смартфонов в вопросе получения эффекта размытия заднего плана больше ориентируются на программное обеспечение, а не аппаратное.
Сенсор камеры у смартфона расположен куда ближе к стеклу, чем у полноразмерного фотоаппарата, поэтому у портативного гаджета может быть куда большее значение диафрагмы, несмотря на небольшой фактический размер отверстия, через которое проходит свет.
В общем, несмотря на то, что большое значение диафрагмы еще не гарантирует качество снимков, оно обеспечивает большее количество света для сенсора, что уменьшает время срабатывания затвора, а это, в свою очередь, уменьшает размытие объектов и снижает число шумов. Значение диафрагмы желательно рассматривать вместе с размером пикселей на матрице, потому что для более крупных точек слишком широкое отверстие для захвата достаточного количества света не так уж важно. Тем не менее, небольшие пиксели на матрице и крохотный размер диафрагмы — залог посредственных снимков, особенно при плохом освещении.
На что влияет качество используемого в камере объектива
Не менее важным компонентом камеры, про который многие часто забывают, является объектив. Конечно, почти каждый производитель использует свой, и все стекла очень сильно различаются по качеству. Да что там говорить, когда у вашего смартфона банально грязное стекло на камере, получить с помощью нее приличный снимок если и получится, то с большим трудом. Собственно, именно этот факт намекает на то, что четкость и прозрачность стекла также самым прямым образом влияет на количество света, которое оно может пропускать на матрицу. А от этого зависит и качество получаемого изображения.
Смартфоны, которые используют камеры с большой диафрагмой, особенно требовательны к конструкции объектива. Некачественное стекло может вызвать искажения, аберрации, эффекты бликов — все это очень часто встречается даже на флагманских моделях. А все из-за того, что свет куда сложнее сфокусировать в заданной точке, когда он проходит через более широкое отверстие, поэтому при изготовлении линз нужно проявлять еще большее внимание к качеству стекла. Аберрационное искажение как раз связано с целым рядом проблем, которые возникают, когда объектив не может достаточно точно сфокусировать точку света. Смартфоны, в камерах которых используется широкая диафрагма, по определению хуже фокусируются на определенной сцене, чем гаджеты с более закрытой диафрагмой.
У аберрационного искажения может быть огромное число эффектов. К ним, к примеру, относится сферическая аберрация, которая характеризуется пониженной четкостью и резкостью. Встречается также размытие и искажение, потеря фокуса на краях, выпуклость или вогнутость изображения, разделение белого цвета. Словом, вариантов масса.
Объективы камер — да, это, в том числе, касается смартфонов — состоят из нескольких корректирующих слоев, которые предназначены для правильной фокусировки света и уменьшения аберрации. У более дешевых объективов таких слоев меньше, поэтому и проблем больше. Более того, на качество получаемого изображения также ощутимо влияют материалы, из которых изготавливается объектив. Если у объектива большое число корректирующих слоев и стекло максимально прозрачное, то и вопросов к получаемому изображению будет заметно меньше. Кстати, такие объективы фотографы обычно называют быстрыми.
Чем больше размер диафрагмы, тем сложнее точно сфокусировать свет, поэтому производители должны более трепетно относиться к качеству используемого объектива.
Жаль, о качестве объектива практически невозможно судить по номеру или другому обозначению в спецификации — да что там, большинство производителей вообще не указывает все это. Этот вопрос делает разговоры о ширине диафрагмы и размере пикселей заметно более сложным, ведь любые удешевления в производстве объективов делают все остальные потуги практически бесполезными. К счастью, на рыке смартфонов сейчас достаточно компаний, которые делают действительно качественную оптику, — в их числе Zeiss, Leica и другие.
В общем, качество линзы не менее важно, чем другие особенности камеры, которые обсуждались выше. Хороший объектив может быть даже более важен, чем все остальные качественные характеристики камеры. К сожалению, их очень сложно оценить без реального тестирования камеры.
Как диафрагма и все сопутствующее влияет на качество фото
Подводя итоги, нужно отметить, что диафрагма — не лучший показатель, который подходит для оценки камеры смартфона. Как и в других областях, связанных с фотографией, при принятии решения о покупке показатель размера диафрагмы не очень полезен сам по себе — в отрыве от остальных нюансов. Тем не менее, широкое отверстие, через которое на матрицу попадает свет, увеличивает качество фото при низком освещении и дает возможность уменьшить выдержку без потери качества.
Если вы занимаетесь постановочной креативной съемкой, то широкая диафрагма не даст вам слишком много действительно важных возможностей — вы просто сможете получать более качественные фотографии. Заменить объектив не получится, размер сенсоров также оставляет желать лучшего — да, ни о каком размытии заднего плана без нейронных сетей не может быть даже речи. Чтобы как-то разнообразить процесс съемки, можно разве что использовать телевик или ультраширокоугольную камеру — вариантов не так много.
Тем не менее, в конце концов, небольшие сенсоры смартфонов особенно чувствительны к слабому освещению, а более широкая диафрагма в сочетании с объективом высокого качества должны ощутимо снизить количество шумов и улучшить качество картинки.
Камеры смартфонов за последнее время совершили большой рывок вперёд. Многие девайсы позволяют делать снимки ночью без штатива с недосягаемым ранее качеством, вручную регулировать выдержку, ISO и другие параметры, а некоторые даже снимают в формате RAW. Но что именно определяет техническое качество фотографий? Наверняка многие сразу вспомнят про пресловутые мегапиксели — и будут правы. Но лишь отчасти. Сегодня мы начнём рассказ из двух частей, почему старая формула «больше мегапикселей — лучше» работает не всегда, и разберёмся в устройстве основных элементов камеры смартфона.
Общее устройство камеры
Камера смартфона со стороны выглядит как пластмассовый «глазок», но на деле представляет собой сложную многокомпонентную систему. В её основе — матрица и объектив. Кроме них в устройствах часто присутствует непростая механика для стабилизации и автофокуса, лазерные дальномеры, RGB-датчики и разные виды вспышек. Затвор в смартфонах электронный, а не механический, и поэтому любимый многими олдфагами «щелчок» приходится озвучивать динамику гаджета.
За общее качество фотографий в широком смысле (цвет, детализация, динамический диапазон и т.п.) в наибольшей степени отвечает модель установленной в смартфон матрицы и сопряжённая с ней система линз. От матрицы зависит разрешение снимков и количество шума на ночных фотографиях. От характеристик объектива — угол обзора, а также резкость и другие параметры получаемой картинки. В свою очередь, используемой в смартфоне технологией автофокусировки обусловливаются скорость и точность наводки на резкость. Особенно это критично для исключения осечек в ночное время при фотографировании движущихся объектов.
Матрица: принцип работы
Если в старом «Зените» изображение фиксировала светочувствительная плёнка, то в цифровой камере вместо неё «заряжена» матрица. Называется этот компонент так, потому что представляет собой прямоугольный элемент с расположенными на ней миллионами крошечных светочувствительных диодов.
Сами по себе эти фотоприёмники не «различают» цвета, поэтому накрываются светофильтром одного из первичных цветов: красного, зелёного, синего (цветовая модель RGB). Таким образом, световой поток сначала проходит через объектив, потом просвечивает через массив цветных фильтров (обычно фильтр Байера), а только потом достигает фотоприёмников.
Каждый светочувствительный элемент воспринимает ⅓ цветовой информации, а ⅔ отсекаются фильтром. Недостающая информация о цвете «добывается» из соседних светочувствительных ячеек. После этого процессор рассчитывает данные о цвете на основании показаний окружающих ячеек и только после этого формирует конечное значение цветного пикселя. То есть в формировании одного пикселя участвуют несколько фотодиодов матрицы. Все эти элементы настолько малы, что видны лишь под микроскопом. Миллион таких пикселей составляют один мегапиксель. Соответственно, чем больше мегапикселей, тем более детализированным (состоящим из большего количества точек) будет конечный файл изображения.
Исторически одной из лучших по качеству считалась CCD-технология, но по ряду причин большую долю на рынке захватила технология CMOS. В смартфонах также используются разновидности CMOS-технологии. Этот тип матриц обладает рядом особенностей, наиболее важных для мобильных гаджетов: CMOS-матрицы имеют низкое энергопотребление, позволяют размещать усилители внутри пикселя (что улучшает качество при плохом освещении), более дёшевы в производстве, обеспечивают высокую скорость работы при формировании изображения и при визировании в реальном времени.
Матрица: размер «зерна»
Помимо количества пикселей на матрице, реальное качество и «чистота» создаваемого цифрового изображения сильно зависят от физического размера матрицы и физического размера каждого пикселя по отдельности. Чем крупнее отдельно взятый пиксель (часто говорят «жирный» пиксель), тем лучшей светочувствительностью он обладает. А чем больше физический размер матрицы, тем проще на ней разместить достаточно крупные пиксели на некотором расстоянии друг от друга. Это позволяет уменьшить паразитное перетекание зарядов — «наводки» от соседних пикселей, из-за которых появляются помехи и выбросы, именуемые цифровым шумом.
В смартфонах обычно стоит небольшая матрица, которая по площади примерно в 50 раз меньше, чем в полнокадровой зеркальной камере. Увеличить размер матрицы в смартфонах очень сложно — слишком мало места в тонком компактном корпусе. Излишняя «мегапиксельность» при маленькой матрице ведёт к уменьшению размера пикселей, то есть ухудшению светочувствительности и увеличению шумности снимков.
Другими словами, нельзя судить о камере, основываясь только на количестве мегапикселей. Если хочется меньшей шумности и более высокого качества на ночных снимках — размер пикселя важнее. Есть технологии объединения нескольких пикселей в один. Она позволяет за счёт снижения разрешения повысить светочувствительность матрицы при съёмке в условиях низкой освещенности.
Информацию о размере пикселей несложно найти в Интернете: сначала нужно выяснить модель фотосенсора, установленного в смартфоне, а затем его технические характеристики. Для смартфона большим считается пиксель размером 2 микрона, а маленьким — в районе 1 микрона.
ASUS ZenFone 3: размер пикселя на фотосенсоре — 1,12 микрона
Apple iPhone 7: размер пикселя на фотосенсоре — 1,22 микрона
Huawei Honor 8: размер пикселя на фотосенсоре — 1,25 микрона 
Samsung Galaxy S7: размер пикселя на фотосенсоре — 1,4 микрона
Матрица: изоляция пикселей
В условиях физических ограничений производители направили усилия на улучшение качества изображения за счёт новых технологий. Так что большое количество мегапикселей не всегда плохо — современные матрицы с применёнными технологиями изоляции друг от друга пикселей, качественной системой линз и хорошей программной оптимизацией вполне способны и приемлемо фотографировать ночью, и выдавать детализированные снимки при ярком солнечном свете. Кроме того, та же «мегапиксельность» может быть полезна для съёмки видео. Часто именно такие матрицы позволяют производить съёмку в 4K с высоким fps и обеспечивают «запас» по разрешению, позволяющий качественно реализовать цифровое зумирование и цифровую стабилизацию.
Матрицы CMOS реализуются по-разному у разных производителей и постоянно дополняются всякими «технологиями», призванными бороться с характерными для данного класса устройств проблемами. Так, в огромном количестве смартфонов применяются традиционные сенсоры с технологией обратной засветки (BSI), которая позволяет снизить количество шума по сравнению с обычной CMOS-матрицей при съёмке ночью. Существуют и матрицы с названием ISOCELL — это доработанная компанией Samsung технология BSI. По сути такие сенсоры — всё те же CMOS-матрицы, но в них каждый пиксель дополнительно изолирован от соседнего, чтобы также уменьшить шумы при ночной съёмке и улучшить цветопередачу на фотографиях, сделанных при плохом освещении.
Матрицы Exmor RS у компании Sony примечательны многоярусной структурой — электронная «обвязка» пикселя находится под ним, а не рядом с ним. На таких сенсорах элементы на имеющейся площади располагаются более рационально. Также есть дополнительный белый субпиксель (схема WRGB) для увеличения яркости изображения в условиях слабой освещённости и некоторые другие особенности, помогающие производителям в создании качественных камер в смартфоне (это и скорость передачи данных на процессор, и аналог функции HDR при съёмке видео, и другие технические нюансы).
Ещё одна разновидность CMOS — матрицы с фильтром RGBC. В отличие от обычного байеровского массива (где две зелёные ячейки, одна красная и синяя), в них присутствует, грубо говоря, «прозрачный» пиксель, лучше пропускающий на сенсор всю информацию о яркости света. Эти данные затем дополнительно используются матрицей для построения изображения.
Основные игроки на рынке, производящие сегодня большинство матриц для смартфонов — OmniVision, Sony и Samsung Определить, матрица какой фирмы установлена в вашем гаджете, можно по характерным буквам в начале названия этого компонента — OVxxxx, IMXxxx и S5Kxxx соответственно. Одни из лучших матриц, которые обычно используются в дорогих смартфонах, на данный момент выпускают Sony и Samsung, хотя есть неплохие сенсоры и у OmniVision.
Объектив: фокусное расстояние, резкость и ХА
Зачастую матрицы для смартфонов поставляются производителем уже в наборе со специально подобранным объективом. Но бывает и так, что разработчик конкретного смартфона сам решает, какое «стекло» поставить перед матрицей. Это (а также алгоритмы обработки изображения) и объясняет то, что в зависимости от модели устройства одна и та же матрица может проявлять себя совершенно по-разному.
Как и в фотокамерах, в смартфонах — пусть в уменьшенном и упрощённом варианте — объектив представляет собой не просто одно стекло, а оптическую систему из группы линз, с помощью которой достигается максимальное качество картинки при минимальных искажениях.
В целом, от качества системы линз очень сильно зависит итоговое качество картинки. Например, если перед хорошей матрицей установлена откровенно плохая линза, которая просто не способна «разрешить» сенсор, то никакого повышения детализации на снимках не окажется, сколько бы ни было много мегапикселей. Файлы изображений будут огромными по размеру с формально большим количеством пикселей, но чёткости на фотографиях от этого не прибавится.
У разных объективов резкость может существенно отличаться по всему полю кадра, также зачастую присутствует проблема хроматических аберраций (ХА). Если в смартфоне хорошая оптика, то на тестовых снимках не окажется «мыла» в углах кадра, а при съёмке, например, тонких веток деревьев в контровом свете (чёрные контуры на фоне яркого неба) не будут возникать цветовые ореолы (те самые ХА).
Разумеется, важные параметры в оптике — фокусное расстояние и величина диафрагмы. На данный момент в смартфонах всегда используются широкоугольные объективы, так как маленькая матрица имеет большой кроп-фактор (отношение размера матрицы смартфона к исторически «нормальному» кадру формата 35 мм в фотографии). Скажем, сверхширокоугольный 4-мм «глазок» на смартфоне по углу обзора будет примерно соответствовать объективу с фокусным расстоянием 30-мм, установленному на фотоаппарате с полнокадровым сенсором или с классической 35-мм плёнкой (можно, например, вспомнить объектив «Мир» на старых плёночных камерах).
В принципе, в плане фокусного расстояния среди смартфонов нет существенной разницы: почти все девайсы имеют широкоугольную оптику, позволяющую вместить много всего в кадр, не отходя от объектов съёмки слишком далеко. Некоторые смартфоны оснащены особенно широкоугольными объективами, с увеличенным до 135 градусов углом обзора. Такая оптика позволяет охватить большую сцену, но привносит нежелательные геометрические искажения. Например, чрезмерно широкий угол на фронтальных камерах искажает пропорции лица и вызывает эффект «рыбьего глаза».
Отметим также, что хотя большинство смартфонов сегодня обладает оптикой с фиксированным фокусным расстоянием, бывают модели пусть и с небольшим, но полноценным оптическим зумом.
Объектив: диафрагма
Ещё один важный параметр объектива — диафрагменное число (F). Эта величина обратна значению относительного отверстия объектива, то есть отношению «зрачка» к фокусному расстоянию объектива. То есть чем меньше диафрагменное число, тем больше отверстие. Объектив пропустит больше света, матрице придётся меньше «усиливать» сигнал. А значит, при прочих равных окажется больше возможностей делать качественные снимки ночью (когда мало света) с меньшим количеством шумов.
От диафрагменного числа также в большой степени зависит возможность получения популярного эффекта «боке» — размытия заднего плана. На степень размытия заднего фона на снимках влияет не только диафрагма, но также размер матрицы и фокусное расстояние объектива. Если коротко, то чем больше матрица и диафрагма (меньше число F), чем длиннофокуснее объектив — тем больше возможностей сильно размыть фон при съёмке более крупного объекта. На смартфонах из-за миниатюрной матрицы и широкоугольных объективов «по-настоящему» размыть фон получается только при макросъёмке мелких предметов вроде цветка, фигурки и т.п. Сфотографировать человека в полный рост или хотя бы по пояс и при этом размыть задний план под силу только камерам с крупной матрицей и портретными объективами с большой диафрагмой. В смартфонах на данный момент размытие при съёмке больших объектов достигается только с помощью «имитации» программным образом на некоторых девайсах со «сдвоенными» камерами.
С точки зрения покупателя нужно знать, что большинство камер в смартфоне имеют значение диафрагмы f/2 и f/2.2. Некоторые камеры могут похвастаться лучшим показателем — f/1.8 и f/1.7.
Samsung Galaxy S7: f/1.7
Вообще снимать при полностью открытой диафрагме не всегда оптимально с точки зрения детализации снимка, но на смартфонах ввиду технических особенностей она всё равно не регулируется. Так что в контексте текущего положения дел в мире смартфонов лучше выбирать аппарат с объективом с большей диафрагмой. Такие объективы при прочих равных обеспечат лучшие возможности при ночной съёмке и способны сильнее размывать «задник» при макросъёмке.
Итоги
Итак, количество мегапикселей — всего лишь один из параметров сложной системы устройства камеры. Крайне важна модель установленной матрицы и качество оптики. Кроме того, многое зависит от конкретной реализации камеры в смартфоне определённого производителя. Некоторый выигрыш в качестве способна дать поддержка ручных настроек: например, ночью можно снимать со штатива, понизив ISO до 100 (или 50 на некоторых моделях смартфонов) с большой выдержкой. Это позволит даже с не очень хорошей матрицей получить ночные снимки с меньшим количеством шума. Кроме того, часто (но не всегда) оказывается полезной поддержка съёмки в формате RAW — сохранение снимков в виде цифровых негативов, из которых уже после съёмки можно самостоятельно «выжать» максимум качества при обработке на компьютере. В любом случае, для камеры смартфона важен не какой-то отдельно взятый параметр, а совокупность технических характеристик.
В следующей части материала разберёмся с существующими в мобильных девайсах системами фокусировки и стабилизации, рассмотрим дополнительные фишки камер, разновидности вспышек, датчиков и параметры, определяющие качество съёмки видео.
Автор текста: Антон Копнов