Камерофон как цифровой фотоаппарат - азы устройства. Часть 2: Лукавые мегапиксели

Из весьма схематичного описания принципов работы светочувствительных сенсоров становится ясно, почему камерофон не может соревноваться по части сугубо фотографических качеств даже с относительно недорогими фотоаппаратами.

Уточним эти причины. Первая – сотовый телефон устройство совсем небольшое, а потому размер сенсора и оптической системы имеет первостепенное значение по сравнению с прочими характеристиками. Вторая – энергопотребление встроенного фотомодуля должно быть как можно меньше. Сенсоры ПЗС в этом отношении весьма «прожорливы». Согласились бы вы на то, что из-за встроенной камеры ваш телефон проработал бы всего пару часов? Третья, не вполне очевидная, причина кроется в избыточности возможностей сенсора ПЗС. Камерофону попросту не нужны высокое разрешение и выдающиеся характеристики. Для реализации всего потенциала сенсора высокого разрешения нужна соответствующая светосильная, высококачественная оптика. В корпусе телефона для подобного объектива попросту нет места. А хороший сенсор с плохой оптикой – деньги на ветер.

Далее – результат съёмки, цифровое изображение в виде файла графических данных. Чем выше разрешение сенсора, тем выше разрешение снимка и тем больше размер графического файла. Кажущееся сегодня уже недостаточным для качественной печати разрешение в 1600х1200 пикселей (всего 2 мегапикселя) – это графический файл сжатый по алгоритму JPEG и имеющий размер около 1 мегабайта. Для камерофона подобный размер на грани непозволительной роскоши, особенно если учитывать невысокую скорость обмена информации по каналам сотовой связи даже с использованием протокола пакетной передачи данных GPRS (поэтому в камерофонах используется более эффективное сжатие JPEG, уменьшающее размер файла, но ухудшающее качество картинки). Наконец, не будем забывать о стоимости камерофона. Чтобы быть действительно массовым товаром, он должен иметь доступную цену и быть не слишком сложным в производстве.

Несмотря на сложность устройства сенсоров КМОП, их массовое производство проще, чем выпуск сенсоров ПЗС. Несколько лет назад выход годной продукции в 2% для сенсоров ПЗС считался нормальным (98% сенсоров шло в корзину!), с тех пор ситуация улучшилась, но вопрос – какой ценой…

Благодаря применению сенсоров КМОП в камерофоне отсутствуют некоторые системы, без которых невозможно функционирование «нормального» (то есть полноценного) цифрового фотоаппарата. В камерофоне нет электромеханического фотозатвора, системы наведения объектива на резкость (механизма фокусировки), изменения фокусного расстояния, механизма ограничения относительного отверстия (диафрагмы), системы искусственной подсветки снимаемого объекта (встроенной вспышки или синхроконтакта для внешнего импульсного осветителя) и автоматического экспонометра. И тем не менее снимки получаются приемлемого качества.

Во встроенных фотомодулях функции вспомогательных систем фотоаппарата возложены на одну микросхему – сам сенсор. Поскольку матрица КМОП позволяет фиксировать изображение, которой фокусирует на её поверхности объектив, в реальном времени, отображаемая им картинка используется в системе электронного визира. Говоря проще, в качестве видоискателя мы используем цветной дисплей камерофона, изображение на котором строится при помощи сенсора. В некоторых камерофонах (их не было на нашем рынке – сплошь азиатские модели) устанавливался и обычный телескопический видоискатель. Решение выглядит архаичным, но на практике именно оптический видоискатель удобней электронного, а не наоборот. Попробуйте что-либо разглядеть на цветном дисплее своего телефона в солнечную погоду. При этом именно яркое солнечное освещение создаёт идеальные условия для съёмки камерофоном (из-за невысокой светочувствительности сенсора КМОП). Заглядывать в крошечный окуляр не слишком удобно, но зато у нас появляется возможность грамотно построить композицию снимка и не напрягать при этом зрение, пытаясь различить хотя бы контуры изображения снимаемого объекта.

Вместо затвора, отмеряющего время экспонирования ячеек сенсора, в фотоаппаратах на базе матриц КМОП используется механизм мгновенного считывания состояния элементов. То есть электронный контроллер матрицы попросту фиксирует уровень электрического сигнала на выводах ячеек в определённый момент, когда мы нажимаем на кнопку спуска "затвора". При этом уровень экспонирования регулируется автоматически на основе анализа яркостных сигналов (а сенсор фотоаппарата как раз и регистрирует уровень яркости отдельных участков изображения). Яркость выше – время считывания состояния ячеек короче и наоборот. Это позволяет достичь рекордно коротких выдержек в тысячные доли секунды. И отказаться от сложных систем автоматического экспозамера. Зачем простому фотоаппарату сложная матричная экспонометрия, если в качестве датчиков работают ячейки сенсора, которые располагаются по всему полю кадрового окна? Правда, точность срабатывания электронного "затвора" невысока, поскольку в паре с дешёвым сенсором КМОП работает недорогой и несложный набор электронной логики (он выполнен в виде одной многофункциональной микросхемы). Электроника выравнивает уровень яркости разных участков кадра и подстраивает выдержку под общие условия освещения. Не более того, но и этого для получения картинки приемлемого качества достаточно. Не будем забывать о разрешении сенсора фототелефона.

Что касается оптической системы камерофонов – собственно объектива – то она предельно проста. Обычно крошечные объективы построены по схеме триплета (то есть в объективе три линзы), установленного на гиперфокальное расстояние. Механизм диафрагмирования отсутствует, что объясняется и без того большой глубиной резкости широкоугольного объектива и небольшой светочувствительностью сенсора. Этот параметр, светочувствительность, производителями камерофонов обычно не указывается (чтобы не отпугивать потенциальных покупателей?) и составляет не более 25-50 единиц ISO - легко оценить, сравнив с показателями светочувствительности любительской фотоплёнки.

До недавнего времени обычным для камерофонов разрешением было 350 тысяч пикселей, что соответствует разрешению VGA или 640х480 пикселей. В последние годы на полках магазинов появились телефоны с сенсорами разрешением в 1,3 и 2 мегапикселя. И это не предел, ведущие компании штурмуют подлинно фотографические высоты, выпуская аппараты с 5-мегапиксельными матрицами (пример – LG KG920). Заметим, что сенсор разрешением в 1,3 Мп даёт картинку не лучшего качества, чем сенсор VGA. Дело во всё той же технологии КМОП и в механизмах увеличения разрешения. Хорошо, если указанное разрешение соответствует истинному количеству светочувствительных элементов матрицы (а обычно ячеек больше, поскольку не все они используются для построения картинки). Но иногда в камере дешёвого телефона используется обычный сенсор с разрешением VGA, а увеличение разрешения достигается методом аппаратной интерполяции. Контроллер сенсора увеличивает количество пикселей, добавляя к истинным элементам изображения элементы несуществующие, имеющие световые и цветовые характеристики, позаимствованные у соседних пикселей. Эти усреднённые характеристики позволяют увеличить количество точек на картинке, но ценой ухудшения резкости и контраста.

Поскольку в камерофонах не устанавливаются объективы с переменным фокусным расстоянием, здесь можно обнаружить механизм «цифрового зума». Это один из самых сомнительных инструментов обработки изображения, который применяется в цифровой фото и видеотехнике. Суть его работы в том, что электроника камеры сужает область экспонирования сенсора, уменьшая эффективную площадь в два или три раза – при двух или трёхкратном зуммировании соответственно. То есть разрешение сенсора (и без того небольшое) сокращается, а экспонируется только центральная часть светочувствительной матрицы. Ясно, что качества изображению это не добавляет. Поэтому «цифровой зум» обычно остаётся невостребованным владельцами цифровой фототехники. Попробовать можно, применять на деле – вряд ли.

Компенсировать явные упрощения встроенной в телефон камеры призваны различные схемы аппаратной обработки изображения. В меню телефона можно отыскать эти опции и перевести готовый снимок в монохромное изображение, окрасить в бежевый тон (сепия), или получить вместо позитива негатив. Обычно электроника телефона справляется с этими задачами неплохо, но лучше воспользоваться компьютерной программой обработки изображений – графическим редактором Adobe Photoshop или его более простыми аналогами…

Итак, способен ли сотовый телефон со встроенной камерой заменить собой полнофункциональный цифровой фотоаппарат? Увы, нет. Это техника совершенно разного класса и разного применения. И пусть нас не вводит в заблуждение тот факт, что в последнее время продажи камерофонов обгоняют продажи цифровых фотоаппаратов. Во-первых, камера среднего класса стоит дороже фототелефона при неизмеримо лучших характеристиках. Во-вторых, срабатывает уже упомянутый нами «эффект мыльницы» – далеко не все фотолюбители стремятся к приобретению дорогой техники, большинству достаточно возможностей простых фотоаппаратов, а в данном случае камерофонов.

Что камерофону не по силам в принципе? Съёмка портретов и пейзажная съёмка. Фотографирование архитектурных сооружений, натюрморт – то есть все основные жанры фотографии, подразумевающие высокое качество отпечатка. Камерофон инструмент для информационной, утилитарной фотосъёмки. С его помощью можно сделать снимок что называется «на память», проиллюстрировать простым портретом адресную книгу, зафиксировать какое-либо событие – и не более того.

Телефону недоступна творческая съёмка с применением специальных средств – светофильтров, внешних импульсных осветителей, световых экранов и так далее. Телефон не способен снимать в условиях недостаточной освещённости, ночью или в густых сумерках он бесполезен. Наконец, его эргономика, как камеры, оставляет желать лучшего. Камерофон элементарно не «ухватист». Он не доставляет того удовольствия при фотосъёмке, которое доставляют «настоящие» камеры.

Впрочем, в этом отношении самым комфортным аппаратом следует признать «вечную» плёночную «Лейку» – самый знаменитый фотоаппарат всех времён, не утративший своей привлекательности и сегодня, когда массовая фотография перешла на «цифру». Очень немногие цифровые фотоаппараты могут сравняться со старой «Лейкой» по удобству работы. Разве что… сами цифровые «Лейки»?

В чём же секрет популярности камерофонов?

В их доступности. Разница между моделью со встроенной камерой и без оной не настолько велика, чтобы отказываться от этого бонуса.

В простоте использования. На камерофоне есть только одна кнопка спуска «затвора» и больше ничего. Навёл - нажал – снял. Проще не бывает.

В постоянной готовности к съёмке. Сотовый телефон всегда с нами, а фотоаппарат – нет.

Наконец, в чёткой ориентации на совершенно неопытного пользователя. С телефоном очень приятно иметь дело даже человеку, далёкому от какой-либо техники. Нет переключателей, кнопок с рисками, сложных специализированных меню. Телефон очень дружественный аппарат, с ним легко справится и ребёнок, и пожилой человек. А для работы с современным цифровым фотоаппаратом нужно иметь определённые склонности, технический склад ума. Разве нет?..

В заключении одна любопытная подробность. Если в камерофоне нет электромеханического затвора, что это щёлкает в момент нажатия на спусковую кнопку? Это обычный акустический сигнал, который раздаётся из встроенного динамика подобно мелодии вызова. Этакая электронная «обманка», симулятор отсутствующего затвора.

У этой штуки двоякая задача. С одной стороны – проинформировать владельца о срабатывании камеры и при этом внушить мысль, что в руках у него настоящая камера, а не электронная игрушка. Приятней же слышать мощный глубокий щелчок (целая гамма в одном звуке), чем, скажем, писк зуммера. С другой - неотключаемый звуковой сигнал «затвора» (очень даже отключаемый, но мы поговорим об этом в другой раз) предупреждает окружающих людей, что их фотографируют. В противном случае крошечный фотоаппарат с возможностью моментальной пересылки фотографии куда угодно превращается в шпионскую вещицу. Скандалов-то с несанкционированной фотосъёмкой сколько угодно – даже в самых демократичных, самых благополучных странах мира.

Камерофон как цифровой фотоаппарат - азы устройства. Часть 1: Сенсоры CMOS и CCD >>>

Камерофон как цифровой фотоаппарат - азы устройства. Часть 3: От сенсора к принтеру и обратно >>>

Камерофон как цифровой фотоаппарат - азы устройства. Часть 4: Чем больше, тем лучше >>>

Камерофон как цифровой фотоаппарат - азы устройства. Часть 5: Подальше положишь, поближе возьмёшь >>>


©






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.