Перископните телефото камери осигуряват до 10X оптично увеличение на смартфони, като минимизират шума. Ето как работят перископните камери.
Камерите са незаменими за телефоните. Още от първия телефон с камера, камерите са толкова централни за брандирането на телефоните, че много компании печелят единствено от способността на устройствата си да заснемат Перфектен пиксел (каламбур определено предназначен) снимки. През последните години производителите на телефони насочиха творческата си енергия към подобряване на камерите и разполагане на повече сензори в смартфоните. Очевидният резултат е феноменалното нарастване на конкуренцията между марките за предлагане на повече камери за по-малко пари. Иновациите бяха ключът към оцеляването в тази конкурентна среда и една технология на камерата беше най-важната олицетворение на иновацията е камери с перископно увеличение. С незабавно 5X или 10X оптично увеличение, перископичните телефото камери улесняват бързото и лесно приближаване в далечно разстояние.
Тази статия говори за употребата на камери с перископно увеличение, техните предимства и недостатъци и бъдещото бъдеще на камерите с перископно увеличение. Но преди да започнем с най-новите тенденции, ето кратък преглед на това, което може да е довело до тази иновация.
Кратка история на телефото камерите за смартфони
Въпреки че Apple не беше първият, който представи концепцията за повече от една камера на телефони, компанията определено трябва да получи признание за популяризирането на идеята и вдъхновяването на други да се качат на бандата. Лидер във фотографията със смартфони от дълго време, Apple представи телефото камера с 2X оптично увеличение на iPhone 7 Plus през 2016 г. Освен оптично увеличение, тази телефото камера се използва и за заснемане на данни за дълбочината на фона за портретни изображения.
Компаниите за смартфони обаче се стремят да приближат отдалечените обекти много по-дълго. През 2013 г. Nokia представи Lumia 1020 с 41MP камера. Въпреки че този флагман Lumia не поддържа оптично увеличение от какъвто и да е вид, огромното изображение от 41MP сензор може да бъде изрязано, за да емулира псевдо увеличение. Към днешна дата марките смартфони използват подобно стратегия за популяризиране на камери с голям брой мегапиксели, като 64MP или 108MP.
Междувременно някои марки също експериментираха скоро с действителни настройки на движещи се обективи, подобни на насочи и снимай камери. Например Samsung пусна Galaxy S4 Zoom през 2013 г. с изпъкнал обектив с 10X оптично увеличение и ксенонова светкавица. Прибиращият се обектив и ксенонова светкавица доведоха до такава силна прилика с насочена и снимана камера, че Galaxy S4 Zoom с право може да се нарече камера, работеща с Android и поддържаща клетъчна свързаност. The Galaxy K Zoom го последва, стартирайки през следващата година.
Концепцията за перископна камера на смартфон остава доста нова, докато Huawei не я популяризира, като пусне Huawei P30 Pro през март 2019 г. По този начин те станаха първата марка, която го предлага в търговската мрежа. Huawei P30 Pro, както видяхме в нашия подробен преглед на камерата на телефона, може да прави снимки с увеличение до 50 пъти. Huawei обаче не беше първата марка, която експериментира с тази идея - OPPO за първи път показа възможностите за оптично увеличение на перископична камера на MWC 2017. Въпреки ранното въвеждане, технологията отне две години стига до осъзнаване.
Няколко месеца след Huawei P30 Pro, OPPO представи OPPO Reno 10X Zoom Edition с подобна настройка на перископична телефото камера. Горе-долу по същото време, Samsung започна масово производство на перископични камери други производители да се включат в надпреварата.
Но преди да научим за телефоните, които идват с тази технология, нека да разгледаме как работи и каква роля играе перископът в модула на телефото камера.
Какво е камера с перископично увеличение?
Според дефиницията в учебника перископът е оптичен инструмент, който позволява на всеки да вижда около препятствие, без да е видим. Традиционно включва огледала, които отразяват, или призми, които пречупват светлината под прав ъгъл, което позволява на хората да видят какво е над или под действителната им зрителна линия. Перископите се използват в бронирани превозни средства като танкове или подводници от няколко десетилетия. Самият инструмент е безвреден и може да се направи и за някои прости забавни научни експерименти.
Приложението не е много по-различно, когато става въпрос за камери на смартфони. За разлика от стандартните телефото камери, които предлагат 2X или 3X оптично увеличение, перископичните камери обикновено предлагат 5X или 10X увеличение, като използват повече от един обектив заедно със сензора на камерата. Ролята на перископа е да помогне за разполагането на набора от лещи, без да увеличава драстично дебелината на смартфона.
За да разберете ролята на перископа в модула на камерата, визуализирайте смартфона в 3D подредба с различни оси, представени от X, Y и Z координати. Смартфонът лежи с плосък екран върху равнината YZ, докато дебелината му може да се измери по оста X. Традиционните сензори на камерата и прикрепените лещи също лежат в равнината YZ, перпендикулярна на оста Z.
В случай на перископична настройка обаче сензорът и лещите лежат на равнината XZ и пресичат оста Y под прав ъгъл. В края, срещу сензора на камерата, има призма, която променя посоката на светлината, перпендикулярна на сензора. Използването на призма с прав ъгъл е причината перископните камери да имат квадратни или правоъгълни изрези вместо традиционните кръгли.
Светлината влиза през правоъгълния отвор за перископна камера, пречупва се под прав ъгъл, след което преминава през лещите и достига до сензора. За да се гарантира, че изображенията, направени с 5X или 10X увеличение, са ясни, перископичните телефото камери са оборудван с поддръжка за автофокус, при който лещите се движат напред или назад, за да фокусират върху отдалечен обект на сензор. Това е демонстрирано в следното видео от Samsung:
Освен това, при 5x или по-високо увеличение дори фините сътресения се увеличават и изглеждат като значителни движения. За да се избегне това прекомерно изместване от предвидения кадър, перископните камери са изградени с OIS или оптична стабилизация - обикновено в призмата. Това означава, че призмата може да се движи свободно по множество оси в отговор на промените в гравитацията и следователно да поеме всяко внезапно рязко движение.
Като подредят лещите и призмата под прав ъгъл перпендикулярно на отвора на камерата, производителите на смартфони могат да спестят много място. Това предотвратява смартфоните с перископични телефото камери да бъдат абсурдно дебели от тях би било възможно, ако лещите трябва да бъдат поставени в същата равнина като другите камери на смартфон.
Има още една интересна и доста често срещана полезност на перископите, които виждаме в камерите. SLR или DSLR камерите използват огледала или призми, за да отразяват или пречупват светлината от обектива на камерата към оптичния визьор. Въпреки че няма пряка връзка между перископите в огледално-рефлексните камери и перископичния телефото камери на смартфони, не можем да отменим първото може да е било вдъхновение за новата епоха оптично увеличение.
Разлика между перископ и телефото камера
Телефото камерите са тези, които позволяват оптично увеличение с или без подвижна част. За разлика от тях, перископната камера е предимно разширение на стандартната телефото камера. Освен разликата в ориентацията, телефото и перископните камери могат да бъдат разграничени по формата на отвора на камерата. Всъщност правоъгълният отвор за перископичната камера я прави лесна за разпознаване отделно от други видове камери. Типичните телефото камери, от друга страна, използват стандартни кръгли отвори и не могат да бъдат идентифицирани само с един поглед.
Като се има предвид по-големият брой лещи, използвани в перископична телефото настройка, телефото камерата има по-голямо фокусно разстояние. И накрая, както ще видим в предстоящите раздели, нито телефото, нито перископните камери в момента поддържат променливо фокусно разстояние, но някои модифицирани решения в бъдеще може да го направят.
Смартфони с камера с перископично увеличение
Както споменахме по-горе, Huawei P30 Pro беше първото налично в търговската мрежа устройство, оборудвано с 5x перископично увеличение; OPPO Reno 10X Zoom Edition последва скоро след това. Електромеханиката на Samsung също започна производството на тези модули за перископна камера през лятото на миналата година, но отне известно време, преди да успеят да натрупат приличен брой поръчки.
Дълго след пускането на Huawei P30 Pro, X30 Pro на Vivo (ограничен до Китай) държа щафетата като „най-новия телефон с перископна камера“ за известно време, но скоро беше заменен от Samsung Galaxy S20 Ultra. Пуснат през февруари 2020 г., Galaxy S20 Ultra стана и първият смартфон, който поддържа до 100X хибридно увеличение.
Xiaomi, която пристига рано на повечето партита, дойде късно в тази тенденция. Първият им телефон, пуснат на пазара с перископичен модул за увеличение, беше Mi 10 младежко издание. След това дойде водещият убиец на Realme – the Realme X3 SuperZoom — захранван от годишен Snapdragon 855. Две от най-скорошните допълнения към тази класация са най-новите водещи устройства от Samsung и Vivo – the Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G и на Vivo X50 Pro, съответно.
Huawei, марката, която е пионер в няколко иновации на фронта на фотографията, пусна наследниците на P30 Pro почти месец след като Samsung пусна Galaxy S20 Ultra. Докато тези смартфони — Huawei P40 Pro и P40 Pro+ — предшества останалите, споменати в параграфа по-горе, съобщението на Huawei ги надминава по отношение на технологиите и заслужава специално споменаване. Докато и двата – Huawei P40 Pro и P40 Pro+ – са оборудвани с камери с перископично увеличение, перископна камера във варианта Plus има 10X оптично увеличение, докато обикновената Pro разполага с 5X оптично увеличение. увеличение. В допълнение към перископа с 10-кратно оптично увеличение, Huawei P40 Pro+ разполага и с друга телефото камера, фиксирана на 3-кратно оптично увеличение.
По-скоро стартираният Серия Huawei Mate 40 следва същата терминология като серията P40. Huawei Mate 40 Pro и Mate 40 Pro+ разполагат със специални перископни камери с 5x и 10x оптично увеличение. Mate 40 Pro+ разполага и с вторична телефото камера, точно като P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS следва Mate 40 Pro+ и е оборудван с 10x перископична и 3x телефото камера.
Технологията зад перископните камери се развива с относително бавни темпове в сравнение с общата игра с числа в разделителната способност на камерата. Въпреки че примами както потребителите, така и производителите, тя не се слави като други технологии като супербързо зареждане или постоянно нарастващо честоти на опресняване на дисплея. Марки за смартфони като OPPO работят за начини за справяне с ограниченията на тези перископни камери.
Преди да разгледаме тези ограничения, нека разгледаме предимствата, които предлагат перископичните камери.
Предимства на камера с перископично увеличение
Както видяхме по-горе, възможностите за мащабиране на смартфоните се развиха значително през последното десетилетие. Камерите с перископично увеличение създадоха нов прецедент, когато става въпрос за оптично увеличение на смартфон. Тяхното най-забележително предимство е, че ви позволяват да заснемете отдалечен обект или пейзаж много наравно с насочи и снимай фотоапарат без реално движение на обектива. Едновременно с това, перпендикулярната ориентация на перископа позволява на производителите на смартфони да монтират сензора на камерата и набор от необходими лещи в тялото на смартфона, без да ги струва твърде скъпо от гледна точка на дебелина.
Разликата в шума на изображения, направени при 10-кратно увеличение с помощта на хибридно увеличение на Huawei Mate 40 Pro и цифрово увеличение на iPhone 12
Освен по-голямото фокусно разстояние на перископичната телефото камера, която е идеална за заснемане на далечни обекти, OIS гарантира, че изображенията, направени с перископично оптично увеличение, имат много по-малко шум в изображението от цифровото увеличение. Освен на дневна светлина, функцията е удобна, когато става въпрос за фотография при слаба светлина или през нощта.
Освен че коригират предизвикателствата и ограниченията, с които се сблъскваме с цифровото увеличение на смартфоните, перископичните модули за увеличение на смартфоните също позволяват на потребителите да надникнат в микро света. Можете да използвате перископичната камера за заснемане на макро снимки, дори без да се приближавате твърде много до обект. Това е особено полезно, ако сте запалени по улавянето на насекоми или малки влечуги.
Има обаче някои недостатъци на това разположение на камерата, както ще обсъдим по-долу.
Недостатъци на камера с перископично увеличение
Въпреки че камерите с перископично увеличение добавят възможност за приближаване на обекти много по-ефективно от цифровото увеличение, те също така поставят определени ограничения. Най-голямото предизвикателство с перископичната телефото настройка е, че докато ви дава свободата да оптично увеличавате далеч разстояние от обекти или приближаване до малък обект, неговото фокусно разстояние - и следователно възможностите за мащабиране - са фиксирани на определена стойност. Ограниченото пространство вътре в настройката на обектива не позволява на масива от обективи да се движи твърде много. Движението може само да улесни автофокуса, но не и увеличаване или намаляване. По този начин той не ви позволява да увеличавате или намалявате толкова свободно, колкото действително движещ се вариообектив, прикрепен към насочи и снимай, DSLR или безогледална камера.
Това означава, че цифровото увеличение започва при стойности на увеличение, различни от поддържаните от перископна камера, въпреки перископичната настройка. Например, ако смартфонът поддържа 5X оптично увеличение, перископичната камера няма да влезе в действие, докато не увеличите до 5X увеличение и вместо това продължете да използвате основната камера или друга телефото камера поддържа по-малко увеличение с цифрова увеличение.
Сега, ако искате да заснемете нещо с фокусно разстояние, по-високо от 5X - да речем при 10X, смартфонът превключва към перископна камера и след това цифрово мащабира 2X, което води до комбинирано увеличение от 10X. Компаниите за смартфони обичат да наричат това "хибридно" увеличение, комбинация от оптично и цифрово увеличение.
Например Huawei Mate 40 Pro+ използва основната камера между 1x и 3x фокусни разстояния, като увеличава дигитално при увеличаване на увеличението. При 3X увеличение и повече, визьорът превключва към телефото камера с 3X оптично увеличение. Тази камера продължава да се използва до 9,9-кратно увеличение (изрязване на 3-кратното изображение цифрово), след което телефонът превключва към перископна камера с 10-кратно оптично увеличение. При стойности над 10-кратно увеличение, телефонът отново изрязва 10-кратното изображение — като по този начин разчита на „хибридното“ увеличение. Естествено, на устройства с модули на камери с 5X перископично увеличение, преходът се случва при 5X от фокусното разстояние.
Друг основен недостатък на перископните камери е, че с увеличаването на фокусното разстояние зрителното поле се стеснява и блендата на отвора на камерата е по-малка от тази на основната камера — ако приемем, че лещите, използвани и в двете камери, са почти идентичен. С по-малка бленда количеството светлина, падащо върху сензора, намалява, което води до изискване за повече околна светлина. В резултат на това изображенията, направени с перископична камера, са или слабо осветени, или изкуствено преекспонирани в сравнение с основна камера с много по-голяма бленда.
Както се очакваше, с цифровото увеличение идват шум и визуални артефакти в изображението. Това доказва, че въпреки че перископичното увеличение е доста мощно, липсва гъвкавостта, която позволява действително движещ се телеобектив.
Дали перископичното увеличение е бъдещето за телефото?
Концепцията за перископични телефото камери е прогресивна стъпка пред цифровото увеличение, но ограничението, което изброихме по-горе, свидетелства за необходимостта от по-добро решение. След като беше първата компания, която въведе иновации в перископните камери, OPPO сега работи върху усъвършенствана концепция с променливо фокусно разстояние, което би позволило променливо оптично увеличение. През август 2020 г. OPPO разкри своята концепция за "хибридно оптично увеличение", който използва 7-елементна настройка на обектива.
Вместо всички лещи да са на еднакво разстояние една от друга, тези лещи са разделени на три групи - две от които могат да се движат свободно. Това свободно движение трябва да позволява променливо фокусно разстояние, вариращо между 85 mm и 135 mm, както и промяна на оптичното увеличение между 3,3X и 5,2X. Това може да бъде свързано с CMOS сензор с разделителна способност до 32 MP и поддръжка на групиране на пиксели 4 в 1.
По същото време, Xiaomi работи върху настройка на прибиращ се обектив, който може или да бъде прикрепен върху основната камера, или да се използва като отделен телефото обектив. Едно основно предимство на този механизъм е, че обективът ще използва много по-голям отвор от перископичен модул, което позволява повече светлина и следователно по-добри изображения. Xiaomi може да пусне смартфон с този прибиращ се обектив с широка бленда още през 2021 г.
Предвижда се дори Apple да премине към перископни камери на iPhone до 2022 г. Въпреки че има още две години преди това да се случи, приемането на перископни камери на iPhone може да ги накара да станат много по-масови, отколкото са в момента. Дотогава ще продължим да следим развитието в индустрията, което ни позволява да видим, без да се отдалечаваме твърде далеч от реалността.
Какво мислите за камерите с перископично увеличение и каква роля предвиждате за тях във фотографията на смартфони през следващите няколко години? Кажете ни вашите мисли в коментарите по-долу!