На что влияет диафрагма в камере смартфона
Mobcompany.info
Сайт о смартфонах и их производителях
Диафрагма в камере смартфона: зачем она нужна?
Ещё со времён первого фотоаппарата — камеры-обскура, диафрагма влияла на то, каким получится снимок. Раньше приходилось вручную настраивать диафрагму для получения качественного снимка. После того как появились зеркальные камеры, необходимость в настройках отпала. Камеры стали в автоматическом режиме подбирать настройки уровней экспозиции и яркости.
Какую функцию выполняет диафрагма в камере
Диафрагма является одним из трёх ключевых частей камеры. Основная её функция заключается в контроле количества освещения, которое попадает на основной датчик фотокамеры. Также с помощью неё определяется какие объекты в кадре будут в фокусе, а какие нет.
От диафрагмы зависит насколько ярким или тёмным получится изображение.
Технически, диафрагма открывает объектив камеры. Чем шире это отверстие, тем больше света попадает на датчик и тем ярче становится фотография. Соответственно узкое отверстие делает более тёмные снимки.
Измерение диафрагмы
Диафрагму измеряют специальным числом, которое имеет собственную спецификацию, например, f/2.0. Чем ниже число диафрагмы, тем шире раскрывается отверстие. Данная величина является относительной и не привязана к устройству. Вычисляется она отношением фокусного расстояния к диаметру отверстия входного зрачка камеры. Для камер смартфонов обычно используются диафрагмы в диапазоне от f / 1.7 до f / 2.4.
Диафрагма в камере смартфона
В отличие от фотоаппаратов, в которых предусмотрено изменение величины диафрагмы с помощью замены апертуры, в камере смартфона она статична. Технически она представляет собой пластину с отверстием, расположенную перед объективом камеры. Так как смартфоны обладают небольшим объемом пространства, где можно разместить камеру, то создаются небольшие зрачки камеры и соответственно они расположены близко к объективу. Благодаря короткому фокусному расстоянию увеличивается ширина угла обзора камеры.
От размера диафрагмы меняется величина светосилы.
Чем больше света попадет на сенсор камеры смартфона, тем меньше устройство затрачивает сил на обработку сигнала и улучшение качества картинки.
Это также влияет на количество так называемого «шума» на изображениях. Однако в этом случае важны условия освещения. При ярком освещении через широкую диафрагму проходит большое количество света, что приводит к «засветке». И наоборот при плохом освещении, особенно если съемка ведётся в ночное время суток, камеры, у которых слабая светосила снимают только однотонную черноту.
Конечно, современное программное обеспечение смартфонов позволяет сглаживать недостатки или избыток светосилы, однако всё же следует понимать основные тенденции устройства.
Соотношение диафрагмы и расширения камеры
Широкая диафрагма в камере смартфона не всегда является показателем высокого качества. Данное значение всегда следует рассматривать с показателем разрешение в пикселях. Для камер с высоким показателем разрешения не всегда требуется слишком широкое отверстие объектива, чтобы захватить необходимое количество света. Также следует понимать, что при низком количестве пикселей разрешения и небольшой диафрагме будут возникать проблемы во время съёмки с плохим освещением.
Современные решения для диафрагмы
С развитием технологий каждая компания, выпускающая смартфоны, стремится к уменьшению числа диафрагмы на камере. Если пару лет назад стандартом считались камеры с диафрагмой f/2.4, то современные гаджеты уже выпускаются с числом f/1.8-f/1.7.
Появляются смартфоны с двойной диафрагмой. На таких устройствах пользователь может сам задавать какую диафрагму использовать.
Совет! Если остальные характеристики камеры смартфонов равны, то стоит отдавать предпочтение тем, у которых показатель диафрагмы меньше.
Всё что нужно знать о камерах в смартфоне (1 видео)
Руководство по диафрагме камеры смартфона: что на самом деле делает F1.7?
F2.0, F1.7 или даже F1.4: в последние годы диафрагма или диафрагма на смартфонах стали популярным маркетинговым инструментом. Но что на самом деле означает диафрагма на камерах смартфонов? И как диафрагма влияет на качество изображения?
Содержание статьи:
Что такое диафрагма и светосила?
Термины диафрагма, диафрагма (также известная как число диафрагмы) и отношение диафрагмы, строго говоря, обычно используются неправильно. Точнее будет термин «светосила», который описывает фокусное расстояние системы и диаметр входного зрачка. Это соотношение обычно выражается в виде дроби, нормированной к числителю, в обозначениях «f / 1,8» или «1: 1,8».
С другой стороны, f-ступень является обратной величиной этой дроби и записывается как F1.8. Часто цитируемая «диафрагма» — это разговорный язык, который используется различными способами для обозначения как диафрагмы, так и диафрагмы. Поскольку мы не являемся научным изданием в AndroidPIT, мы также будем придерживаться лингвистического использования слова «апертура».
Заметка: При расчете светосилы входной зрачок измеряется в миллиметрах, как и фокусное расстояние. Поэтому результат в любом случае безразмерен.
Почему для камер смартфонов важна диафрагма?
Диафрагма играет важную роль в фотографии со смартфона, особенно по этим двум пунктам:
Что означает диафрагма на смартфоне?
Те, кто заметит камеру своего смартфона и ее диафрагму, скорее всего, поймут одну вещь: фокусное расстояние и (приблизительный) диаметр объектива, похоже, не складываются. Диафрагма 2 будет означать входной зрачок 12,5 миллиметра при фокусном расстоянии 25 миллиметров. Однако вы не найдете мультисантиметрового объектива ни на одном из существующих смартфонов.
Выглядит большим, но это далеко не входной зрачок размером 12 мм:
Xiaomi Mi 10. / © NextPit
Причина этого в том, что производители всегда указывают фокусное расстояние, которое было преобразовано в эквивалент 35 мм. По сравнению с 35-миллиметровой камерой реальное оптическое фокусное расстояние системы линз смартфона намного меньше из-за крошечных датчиков. Например, диагональ датчика размером 1 / 1,7 дюйма в 4,55 раза меньше, чем у 35-мм или полнокадрового датчика. Точно так же камера смартфона с 1 / 1,7-дюймовым сенсором требует фокусного расстояния в 4,55 раза меньше, чтобы получить такой же угол обзора.
Это соотношение между размером диагонали сенсора 35 мм и сравниваемого сенсора называется кроп-фактором или форматным фактором. Фактическое фокусное расстояние, умноженное на коэффициент кадрирования, дает эквивалент фокусного расстояния 35 мм.
Поскольку глубина резкости камеры зависит от фокусного расстояния и диафрагмы, теперь также ясно, почему вы не можете даже приблизиться к красивому эффекту размытия с F1,8 и эквивалентным фокусным расстоянием 50 мм, как с вашей зеркальной камерой. при F1.8. Фактическое фокусное расстояние остается решающим, когда речь идет об эффектах глубины резкости, и обычно оно составляет от 5 до 15 миллиметров. И именно поэтому эффект боке обычно ориентирован на программное обеспечение.
Недавнее увеличение размера сенсора в камерах смартфонов сопровождалось увеличением фокусного расстояния, даже при широкоугольном. Это приводит к меньшей глубине резкости, которая на этой фотографии из Oppo Find X2 изображена в потертом бургере. / © NextPit
Но почему F1.8 лучше, чем F2.4?
В то время как размер диафрагмы оказывает существенное влияние на боке в полнофункциональных камерах, на смартфонах этот эффект незначителен. Это связано с тем, что камеры смартфонов обычно не имеют возможности регулировать размер диафрагмы для использования в качестве варианта творческого дизайна. Но мы вернемся к этой идее позже.
Вместо этого основное внимание уделяется интенсивности света. Например, улучшение от F2.4 до F1.7 означает, что смартфон имеет вдвое больше света для фотографий. Это, в свою очередь, открывает путь для дополнительного освещения:
Так в чем разница, например, между F1.8 и F2.0? На самом деле это не имеет значения. В качестве получаемого изображения алгоритмы обработки изображений играют гораздо более важную роль в век компьютерной фотографии.
Этот пример показывает влияние светочувствительности ISO на качество изображения. / © NextPit
Отговорки: почему телеобъективы на смартфонах — это катастрофа
Кстати, приведенные выше подробности также объясняют, почему телеобъективы в смартфонах обычно дают странные результаты. Поскольку фокусные расстояния сравнительно высоки, сила света в основном темнее по сравнению с широкоугольными объективами. В Samsung Galaxy S20 Ultra, например, достигает F3,5 только с телеобъективом, но в то же время телеобъективы гораздо более чувствительны к дрожанию камеры.
Как правило, 103-миллиметровый телеобъектив в S20 Ultra требует выдержки примерно в четыре раза быстрее, чем 26-миллиметровый основной датчик (если OIS одинаково хорошо работает с обоими). В то же время разница между F3.5 и F1.8 также приводит к уменьшению количества света на четверть. Чтобы компенсировать это при идентичных условиях освещения, необходимо, например, увеличить чувствительность ISO с ISO 100 до ISO 1600. Принимая во внимание обычно гораздо меньшие телеобъективы, становится ясно, что это не сработает.
При большом количестве света телеобъективы Galaxy S20 Ultra все еще на полпути. Смартфону здесь помогает датчик IMX586 выше среднего под телеобъективом. / © NextPit
Размер диафрагмы и качество изображения: много света, мало резкости
Прежде чем ваш мозг вздохнет, я хотел бы обсудить последний аспект размера апертуры: качество оптического изображения. Построить светосильный объектив намного сложнее, чем просто поставить перед датчиком огромный кусок стекла. Хотя не весь свет преломляется к середине линзы, изгиб светового пути к краю всегда сильнее.
Неприятные цветные полосы: хроматические аберрации обычно имеют фиолетовый или зеленый цвет. В
Realme X3 SuperZoom может делать и то, и другое одновременно. / © NextPit
К сожалению, у света есть неприятное свойство: показатель преломления зависит от длины волны. То, что звучит сложно, можно легко объяснить с помощью солнечного света, который отражается через окно и образует радугу в вашей гостиной. Это явление становится все сильнее и сильнее с более высокой степенью преломления света, следовательно, с большей апертурой — и его становится все сложнее исправить.
На техническом жаргоне образующиеся таким образом цветные полосы известны как «хроматические аберрации». Обычно они сильнее на краю изображения, чем в середине, и возникают в основном на высококонтрастных переходах, например, на ветвях перед ярким небом. Чтобы не переоценивать технические характеристики, получая плохие отзывы о фотосъемке, Samsung включила механический затвор в некоторые из своих флагманских смартфонов. Это закрывает край линзы при хорошем освещении, чтобы минимизировать такие ошибки изображения.
Чтобы избежать аберраций, Samsung оснастила свой Galaxy S9 + механической диафрагмой, которая уменьшает входной зрачок и, таким образом, увеличивает диафрагму с F1,5 до F2,4 / © NextPit
Резюме: много шума из ничего
Так что мне нужно настораживать, когда Samsung, Huawei и другие предлагают мне свои рекордные уровни освещенности? Нет. Поскольку различия между F1.7 и F1.8 незначительны — здесь гораздо большую роль играют другие функции камеры, такие как датчик изображения и используемые программные алгоритмы.
Вам помогла данная статья? Какие еще аспекты смартфонов и особенно их камеры интересуют вас? Жду ваших комментариев!
Что такое светосила или диафрагма в смартфоне?
Сейчас камера — чуть ли не главная функция любого смартфона. А на камеру и качество фото влияет целая куча факторов. Один из них — диафрагма или попросту светосила. Сегодня разберёмся, что это такое, на что влияет и почему это одна из принципиальных характеристик любой камеры — смартфона или фотоаппарата.
Это надо знать!
Диафрагма, светосила, дырка, пропускная способность объектива — всё это одно и тоже понятие. Оно всегда обозначается литерой «f» и какой-нибудь цифрой рядом.
Например, f/1.6 лучше f/2.4, так как на матрицу камеры попадает больше света. Если что, за единицу взята пропускная способность человеческого глаза. Однако в мире профессиональной фототехники встречаются объективы со светосилой f/0.95 и даже выше. Стоят они, как правило… впрочем, лучше вам не знать.
Диафрагма в объективе фотоаппарата состоит из металлических лепестков
Строго говоря, мЕньшая светосила не всегда гарантирует лучшую картинку. На качество снимков влияет миллион факторов: сама матрица, качество стёкол объектива, программные алгоритмы, которые занимаются обработкой фото в смартфоне и многое-многое другое. Однако светосила — одна из важнейших характеристик.
Нагляднее всего это видно на фото с котиком в начале статьи — можете сохранить себе на память, если вдруг забудете ключевой принцип. И да, работа всех объективов и камер базируется на природной модели.
Так, объектив — это глаз человека или животного. Хрусталик — это линза внутри объектива. Матрица — это сетчатка, что находится на внутренней стороне глаза. У смартфонов матрица тоже спрятана позади объектива, в глубине устройства. Ну и диафрагма, которая работает ровно по тому же принципу что и радужная оболочка глаза. Когда света много, зрачки сужаются. Если освещение слабое, зрачки = диафрагма объектива раскрывается, чтобы захватить как можно больше света.
В мире серьёзной фототехники светосила напрямую влияет на глубину резкости. Чем светосила выше (f/1.6), тем меньше глубина резкости. И чем светосила ниже (скажем, f/4.0), тем больше глубина резкости. Я объясню наглядно.
На левой картинке в фокусе всего лишь пара сантиметров. Остальные объекты, что перед носом человека и за бровями: уши, волосы и тем более позади стоящие предметы — все они будут размыты.
Второе изображение снято, когда «дырка» объектива заметно уже, а значит и светосила ниже — f/4.0. И чем она ниже, тем больше глубина резкости — то самое расстояние, что в фокусе. В данном случае это вся голова от кончика носа до макушки человека. Однако предметы позади всё равно будут размыты, ибо f/4.0 — это средний уровень светосилы.
Глубина резкости — это что
Если же сузить отверстие объектива ещё сильнее, скажем, до f/16, то в фокусе окажутся вообще все предметы, что есть на фото. В расстоянии это могут быть десятки, а то и сотни метров.
Кстати, то самое размытие фона именуется боке. Да, именно так и пишется, я не ошибся. Боке может быть разным — например, однородным и плотным, как туман. А может быть зернистыми, спиральными и так далее. Тут уж кто во что горазд — каждый производитель объективов считает красивым и достойным своё видение.
Пример совершенно лютого боке @zakharyak
А что в смартфонах?
Всё это касается лишь фотоаппаратов и объективов к ним. В смартфонах светосила практически всегда постоянная. Для основной камеры она варьируется в пределах f/1.5 — f/1.8. Всякие телеобъективы, что призваны снимать с двойным или тройным приближением, имеют светосилу заметно ниже: от f/2.2 до f/2.8. Почему так? Всё просто.
Чтобы приблизить объект вдали, нужно использовать увеличительные линзы: одна, две, три и больше. Установка каждой дополнительной линзы понижает пропускную способность света. Следовательно, объектив становится темнее, на матрицу попадает меньше света, а значит, творческие возможности для съёмки ограничиваются.
Например, телеобъектив Huawei Mate 30 Pro отлично снимает видео днём даже несмотря на не самую выдающуюся светосилу f/2.4. А вот ночью переключение на телевик недоступно. Объекты в кадре приближаются только за счёт простого растягивания картинки с основной камеры. Будто вы увеличиваете фото на компьютере, бесконечно нажимая на плюс. Предметы на фото как бы приближается, но на деле картинка попросту портится.
Поскольку в камерах смартфонов светосила всегда примерно одинаковая, играться с глубиной резкости невозможно. За размытие фона или боке отвечают исключительно программные алгоритмы. Лучше всего это получается у смартфонов Google Pixel. У них там своя атмосфера запатентованная технология машинного зрения, которая сама понимает, где человек на переднем плане, а где фон. Именно по этой причине все остальные смартфоны снимают плюс-минус одинаково. Иногда получаются удачные кадры, а подчас с кучей ошибок размытия и так далее.
Краткий итог
Светосила — это способность объектива пропускать сквозь себя свет. Чем его больше, тем лучше. Показатель f/1.6 лучше диафрагмы f/2.4. Для фотоаппаратов и объективов светосила — принципиально важная характеристика. В смартфонах она тоже важна, но отходит на второй план.
Сейчас за качество фотографий с камеры смартфона по большей части отвечают программные алгоритмы. А для их продвинутой работы нужен мощный процессор. Именно по этой причине бюджетники снимают не очень, а флагманы выдают максимально возможное качество. И именно по этой причине, каждое новое поколение смартфонов снимает лучше предыдущего. Да, зачастую сюда вмешивается маркетинг и искусственное ограничение функционала старых смартфонов. Однако и физические параметры камер вкупе с производительностью процессоров не менее важны.
Камера смартфона для «чайников» №2. Фокусное расстояние. Ох уж эти миллиметры…
В первой части статьи мы с вами разобрались с тем, что такое диафрагма камеры смартфона. Другими словами, мы научились понимать такие цифры, как f/1.8 или f/2.2, указываемые в характеристиках любого телефона. Также мы подробно проследили за тем, как картинка «попадает» в объектив камеры и каким образом свет вообще «переносит» изображение из одной точки в другую.
Но в конце первой части мы столкнулись с одной серьезной проблемой. Оказалось, само по себе значение диафрагмы (диафрагменное число) ничего не говорит о том, сколько света в реальности пропускает объектив смартфона и как сильно он может размыть фон при помощи оптики, а не алгоритмов.
Более того, все эти f/1.5, f/1.8, … только сбивают с толку людей, которые хоть немного разбираются в фотографии. Ведь они-то знают, что «настоящий» объектив с диафрагмой f/1.8 будет делать очень чистые (без шума) снимки с красивым размытием фона. А смартфон с такой же диафрагмой, почему-то, совершенно не размывает фон. В чем же дело?
Как мы уже выяснили, всё дело в том, что значение диафрагмы (f/1.8) является лишь относительным числом и не показывает реальный физический диаметр отверстия, через которое свет попадает в камеру. А именно диаметр отверстия влияет на глубину резкости и светосилу объектива.
У двух разных объективов с одинаковой диафрагмой f/1.8 могут быть совершенно разные по размеру отверстия, что хорошо видно на этой иллюстрации:
Но как же нам узнать реальный диаметр входного зрачка? Для этого нужно разобраться со вторым ключевым параметром — фокусным расстоянием объектива.
Напомню, вначале первой части статьи я приводил типичные характеристики любой камеры современного смартфона. Выглядят они примерно так:
Мы уже знаем, что значат f/1.8 или f/2.0, а сегодня научимся понимать значения 26 мм и 52 мм, выделенные жирным шрифтом выше. Это и есть фокусное расстояние.
Что такое фокусное расстояние?
Фокусное расстояние позволяет нам, не видя ни единого снимка, примерно понимать, как будут выглядеть фотографии в плане композиции, то есть, какой угол обзора будет в кадре.
Более того, зная только этот набор значений (например, 26 и 52 мм), можно с точностью сказать, во сколько раз смартфон с двумя камерами приближает картинку, то есть, какой у него оптический зум. В этом особенно полезно разбираться сегодня, когда производители подменяют понятия и вместо оптики указывают значения гибридного или цифрового зума.
Так что же такое фокусное расстояние и где в крошечной камере смартфона прячутся эти 26 или 52 миллиметра?
Итак, представьте, что какой-то объект находится бесконечно далеко от вас и все лучи света, отраженные от него, идут параллельно и попадают на линзу:
Линза сделана таким образом, чтобы все параллельные лучи света, проходя через нее и преломляясь, сходились в одной точке. Так вот, расстояние от центра линзы до точки, в которой все лучи пересекаются (сходятся) и называется фокусным расстоянием линзы:
Конечно, в случае со смартфоном всё сложнее, так как внутри его камеры находится не одна линза, а несколько (6 и более). И фокусное расстояние объектива высчитывается немножко по-другому, а именно, от его оптического центра до матрицы, на которой все лучи и фокусируются. Но я не буду подробно на этом останавливаться и объяснять, что такое оптический центр объектива, так как всё это не имеет принципиального значения. Для простоты понимания ограничимся только одной линзой, сути это не меняет.
Кто-то может спросить, а зачем вообще использовать так много линз в камере смартфона? Неужели одной будет недостаточно?
Дело в том, что одна линза дает слишком большие искажения. Это и потеря резкости (сферические аберрации), возникающая из-за того, что не все лучи идеально сходятся в одной точке. То есть, вместо картинки, которую я показал чуть выше, в реальности мы имеем что-то вроде этого:
Кроме того, показатель преломления света (как сильно луч меняет свое направление, проходя через линзу) зависит от длины волны. Чем короче волна, тем больше ее коэффициент преломления. Получается, синий свет (короткие волны) преломляется под бóльшим углом, чем красный (длинные волны). И вместо идеальной картинки мы снова получаем проблемы — хроматические аберрации (несуществующие цветные контуры различных объектов на фотографиях):
Для того, чтобы всё это исправить и сделать фотографию максимально качественной, используют множество линз специальной формы и с различным покрытием. Поэтому, зачастую, чем больше линз в камере смартфона, тем выше качество картинки.
Но вернемся к фокусному расстоянию. Так каким же образом расстояние от центра линзы до точки, в которой сходятся все лучи, влияет на угол обзора камеры и на ее оптическое приближение? На самом деле, все очень просто и интуитивно понятно.
Давайте сделаем снимок на смартфон, камера которого имеет фокусное расстояние 26 мм (это типичное фокусное расстояние для основной камеры любого смартфона):
Сейчас не пытайтесь понять, как производитель умудрился в корпусе толщиной 8 мм разместить камеру, у которой расстояние от линзы до матрицы составляет 26 миллиметров (а в Galaxy Note 20 Ultra и вовсе 130 мм). С этим мы разберемся чуточку позже.
На схеме выше показана ситуация, когда все лучи света параллельны друг другу. Это может быть только в том случае, если объект находится бесконечно далеко. Но в реальной жизни лучи отражаются от объектов под разными углами.
Нам важно знать лишь одну простую вещь — луч, прошедший через центр линзы, никак не преломляется. По сути, эти лучи и будут определять угол обзора (сколько объектов сможет захватить камера):
Когда мы сделаем снимок на такой смартфон, то получим следующий результат:
Что же произойдет, если мы увеличим фокусное расстояние объектива (расстояние от «линзы» до матрицы)? Лучи света, проходящие через центр линзы, будут пересекаться уже под другим углом и, соответственно, такая камера захватит гораздо меньше объектов в кадре:
Но так как размер снимка (матрицы камеры) остался прежним, то все эти объекты будут выглядеть крупнее:
На этом моменте я бы хотел немножко отойти в сторону и затронуть некоторые явления и заблуждения, связанные с фокусным расстоянием объектива.
Сжатие перспективы. Или почему широкоугольная камера так искажает лица!?
Используя пример с лучами, давайте рассмотрим такое явление, как сжатие перспективы. Для тех, кто не знаком с этим понятием, вкратце объясню. Когда вы снимаете что-то на объектив с длинным фокусным расстоянием, все объекты на фоне получаются более крупными, чем если бы вы снимали ту же сцену на объектив с коротким фокусным расстоянием.
К примеру, на следующих снимках расстояние между эльфом и домом одинаковое, но при съемке на объектив с длинным фокусным расстоянием, дом кажется гораздо ближе и крупнее:
Почему так происходит? «Очевидно же», что на фото слева дом гораздо дальше от эльфа! На самом деле, всё очень просто. Достаточно посмотреть, какой процент от общей высоты кадра будут занимать эльф и дом, если снимать их длиннофокусным объективом:
Выходит, высота эльфа составляет около 63% от высоты кадра, а высота дома — 72%. То есть разница между ними небольшая и на снимке кажется, будто эльф находится прямо возле дома.
Если сделать тот же снимок на объектив с коротким фокусным расстоянием, в кадр попадет гораздо больше объектов, так как угол обзора будет гораздо шире. Объектив с длинным фокусным расстоянием очень приближал картинку и мы видели в кадре только эльфа и дом.
Чтобы это исправить, то есть, чтобы получить ровно такую же композицию, нам нужно подойди к эльфу намного ближе. Но теперь и размеры объектов будут другими:
Эльф занимает те же 63% высоты кадра, что и раньше, но так как угол обзора объектива с коротким фокусным расстоянием намного шире, дом позади эльфа уже занимает всего 41% от общей высоты кадра. Теперь эльф на фото будет крупнее дома. Вот и весь секрет сжатия перспективы!
Получается, в реальности не фокусное расстояние влияет на перспективу, а расстояние от камеры до объекта съемки. Если бы мы стояли на одном месте и переключали камеры, то соотношение размеров эльфа и дома никак не менялось бы.
И здесь еще уместно вспомнить о проблемах при съемке портретов. Даже многие профессиональные фотографы ошибочно полагают, будто фокусное расстояние объектива как-то влияет на пропорции портрета. Хотя в действительности влияет только расстояние от камеры до объекта съемки.
Если мы снимаем портрет на объектив с длинным фокусным расстоянием (80 мм), то нам нужно отойти подальше и тогда все части лица (глаза, нос, уши) имеют правильные пропорции. Если же мы берем ультраширокоугольный объектив с фокусным расстоянием 13 мм, нам нужно подойти вплотную к человеку, чтобы сохранить композицию, то есть, чтобы лицо занимало ту же часть кадра, что и раньше.
Но в этом случае повторится ситуация с эльфом. Так как нос окажется ближе к объективу, он получится крупнее, и все пропорции «поплывут». Но, повторюсь, произойдет это только от того, что мы приблизили камеру к объекту, а не из-за каких-то мифических искажений, создаваемых объективом.
Оптическое приближение камеры смартфона
Как мы уже разобрали, чем длиннее фокусное расстояние объектива, тем меньше угол обзора камеры и тем сильнее она «приближает» все объекты. Соответственно, чем короче фокусное расстояние, тем шире угол обзора камеры и в кадр попадает больше объектов, но все они будут меньшего размера.
Чтобы определить, во сколько раз смартфон может приблизить картинку, достаточно разделить более длинное фокусное расстояние на более короткое. К примеру, если на смартфоне есть две камеры с объективами 26 и 52 мм, тогда он имеет 2-кратное оптическое приближение (52/26=2). Всё остальное — это алгоритмы или маркетинговая ерунда.
Для примера рассмотрим набор камер Galaxy Note 20 Ultra (обзор этого смартфона доступен на нашем сайте), обратим внимание только на фокусное расстояние объективов:
Основная камера имеет типичный для смартфона угол обзора, а вот фокусное расстояние ультраширокоугольной камеры (13 мм) в два раза короче. То есть, она имеет гораздо больший угол обзора. Телеобъектив же, напротив, имеет очень небольшой угол обзора, но приближает картинку относительно основной камеры в 5 раз (130/26=5). Но если оценивать оптический зум телеобъектива относительно ультраширокоугольной камеры, тогда получаем 10-кратное оптическое приближение (130/13=10).
Надеюсь, с этим вопросом всё понятно.
Выходит, теперь мы можем легко определить физический диаметр отверстия в объективе, просто разделив фокусное расстояние на диафрагму? А узнав это значение, мы сможем понять, в каком смартфоне установлена камера с более светосильным объективом.
К сожалению, в мире мобильных камер, помимо фокусного расстояния, существуют еще фокусы маркетологов, о чем и поговорим подробнее дальше.
Разоблачаем фокусы производителей смартфонов
Если мы разделим фокусное расстояние (130 мм) на диафрагму (f/3.0), то получится, что в телеобъективе Galaxy Note 20 Ultra не просто «отверстие», а огромная дыра диаметром >4 см. Вот как выглядел бы подобный смартфон, будь это правдой:
Да и каким чудом в аппарате, толщиной 8 мм и шириной 70 мм, могла уместиться камера, у которой расстояние от линзы до матрицы (фокусное расстояние) составляет 130 мм!? Здесь явно что-то не так!
На самом деле, никаких 130, 26 и даже 13 мм в объективах смартфонов нет. Но! Если вы возьмете профессиональный полнокадровый зеркальный фотоаппарат с объективом, фокусное расстояние которого действительно равняется 26 мм, и сделаете снимок, то обнаружите, что композиция кадра в точности соответствует тому, что выдаст смартфон со своим «фейковым» 26-мм фокусным расстоянием.
То есть, производитель смартфона не просто берет цифры из потолка, а указывает относительное фокусное расстояние объектива (относительно полнокадрового фотоаппарата). Благодаря этому можно объективно оценивать и сравнивать угол обзора (а также оптическое приближение) объектива любого смартфона и даже профессиональной камеры.
Если вы привыкли снимать портреты на большом фотоаппарате с объективом 80 мм, то, купив смартфон с камерой, у которой фокусное расстояние указано «80 мм», вы получите ровно ту же композицию (такое же приближение и угол обзора).
Относительное фокусное расстояние
Как же так получается? Каким образом камера смартфона так хорошо «имитирует» фокусное расстояние большой камеры, имея внутри корпуса всего несколько миллиметров свободного пространства?
Всё дело в размерах самой матрицы! Чтобы это наглядно показать, давайте посмотрим на угол обзора большого профессионального фотоаппарата с огромной матрицей и объективом, у которого фокусное расстояние на самом деле равняется 26 мм:
Как видите, в кадр попадают все объекты: дом, дерево и эльф. А теперь оставим всё как есть, только заменим большую матрицу зеркалки на крошечную матрицу смартфона и посмотрим, что произойдет:
Теперь лучи света будут пересекаться в центре под другим углом и у нас получится совершенно другая композиция — портрет эльфа.
Оставив реальное 26-миллиметровое фокусное расстояние, но заменив только матрицу, мы получили мощный телеобъектив, приближающий изображение в десятки раз. Теперь такой объектив ну никак нельзя сравнить с обычным 26-миллиметровым.
Чтобы это исправить, нужно значительно уменьшить реальное фокусное расстояние (расстояние от линзы до матрицы), сократив 26 мм до 3-4 мм. Тогда «восстановится» и первоначальный угол обзора:
Вот теперь крошечная матрица смартфона и 4-мм фокусное расстояние выдают в точности такое же изображение (по композиции), как и большая полнокадровая зеркалка с 26-миллиметровым объективом. Именно по этой причине производитель заявляет, что объектив смартфона имеет эквивалентное фокусное расстояние 26 миллиметров, хотя в действительности внутри корпуса нет и 6 мм.
Если же мы говорим об эквивалентном фокусном расстоянии в 130 мм (тот же телеобъектив Huawei P40 Pro, Vivo X50 Pro или Galaxy Note 20 Ultra), реальное фокусное расстояние будет составлять примерно 11-14 мм. В этом случае используется призма, преломляющая свет под углом 90 градусов, а сам объектив размещается не перпендикулярно корпусу, а вдоль него:
Но проблема с диафрагмой остается. Ведь, если производитель указывает эквивалентное фокусное расстояние, нужно указывать и такую же «эквивалентную» диафрагму, чтобы не вводить пользователей в заблуждение.
Согласитесь, одно дело увидеть объектив 80 мм f/1.8 (очень светосильный и дорогой объектив) и совсем другое — 80 мм f/22. Второй уже не кажется таким хорошим выбором, не так ли? В мире больших камер столь медленные объективы вообще не встречаются (медленные — потому, что они пропускают очень мало света и им нужно много времени, чтобы сделать хороший кадр при недостаточном освещении).
Если же производитель указывает диафрагму f/1.8, нужно указывать и реальное фокусное расстояние, например, 5 мм вместо эквивалентных 50 мм. Тогда любой пользователь легко определит диаметр отверстия объектива, разделив 5 на 1.8.
В общем, делается всё это умышленно, чтобы вызывать ложное ощущение очень светосильного объектива. Практически ни одна компания не указывает в характеристиках камеры смартфона реальное фокусное расстояние объектива, ограничиваясь лишь эквивалентными значениями.
Узнать реальное фокусное расстояние можно, разве что, посмотрев в Галерее смартфона сведения о сделанной фотографии (или поискав хорошенько в интернете):
Здесь мы видим диафрагму f/2.0 и фокусное расстояние 5.9 мм, то есть, реальный диаметр отверстия объектива этого смартфона составляет 2.95 мм (5.9/2).
Зная это значение, теперь можно корректно сравнивать светосилу этой камеры с любой другой.
Подводя итоги
И последнее, о чем хотелось бы напомнить. Ни фокусное расстояние, ни размер матрицы не имеют отношения к так называемому эффекту боке (размытие фона). Глубина резкости зависит исключительно от двух вещей: диаметра входного зрачка объектива и расстояния от камеры до объекта съемки.
Поэтому знайте, когда кто-то заявляет, что более крупная матрица в смартфоне «размывает» фон сильнее — это заблуждение. Размер матрицы косвенно влияет на размытие, но совершенно не так, как полагают многие люди. Об этом подробнее мы поговорим в следующих частях.
Итак, позвольте еще раз привести характеристики камеры случайного смартфона:
О том, что такое PDAF я рассказывал в отдельной статье, посвященной фазовому автофокусу (PDAF). Выходит, нам лишь остается разобраться с тем, что такое 1/3.4″, 12 Мп и 1.0 мкм.
Эти три значения связаны между собой, так как все они описывают саму матрицу — аналог пленки в «доисторические» времена. Но об этом мы поговорим в третьей части!
Алексей, глав. редактор Deep-Review
P.S. Не забудьте подписаться в Telegram на первый научно-популярный сайт о мобильных технологиях — Deep-Review, чтобы не пропустить очень интересные материалы, которые мы сейчас готовим!
Как бы вы оценили эту статью?
Нажмите на звездочку для оценки
Внизу страницы есть комментарии.
Напишите свое мнение там, чтобы его увидели все читатели!
Если Вы хотите только поставить оценку, укажите, что именно не так?
Сенсоры Samsung для «чайников». Часть 2. Матрицы 64 Мп и 108 Мп
Bluetooth-кодеки и беспроводной звук на смартфоне для «чайников»
Обманчивый мир технологий. Или экспоненциальный рост для «чайников»
Gorilla Glass — все, что нужно знать о стекле вашего смартфона!
OLED-дисплеи: в чем разница между AMOLED и Super AMOLED? Чей экран лучше — Apple или Samsung?
Какое влияние на слух оказывают наушники? Правда и мифы о вреде громкой музыки
Сканер отпечатка пальца на смартфоне. Как работает и что лучше — емкостный, оптический или ультразвуковой?
Цветная революция: почему смартфоны с IPS-экранами терпят поражение?
Очень понятно, доступно и информативно.
Особенно понравилась предусмотрительность автора:
Сейчас не пытайтесь понять, как производитель умудрился в корпусе толщиной 8 мм разместить камеру, у которой расстояние от линзы до матрицы составляет 26 миллиметров (а в Galaxy Note 20 Ultra и вовсе 130 мм). С этим мы разберемся чуточку позже.
Сразу предугадывает вопросы и потом отвечает на них. Автор профессионал.
Здравствуйте, может быть я что то пропустил, или недопонял, но в фотографии диафрагма — это относительное отверстие объектива (реальное фокусное расстояние/диаметр отверстия). И если в смартфоне эта цифра выражает то же самое, то и светосила объектива смартфона к примеру 1,8 больше чем 2,3. И даже если указано эквивалентное фокусное расстояние, то диафрагма должна указываться как отношение реального фокусного к диаметру реальному.
Если я правильно понял Ваше возражение, то суть в следующем. Ни один производитель нигде не указывает реальное фокусное расстояние. На сайте производителя, в официальных спецификациях и рекламе всегда указывается относительное фокусное расстояние (например, 26 мм или 80 мм), но рядом всегда пишется диафрагма, рассчитанная как реальное фокусное расстояние деленное на реальный диаметр. Вот и получается ерунда, вроде 26 мм f/1.8 или 80 мм f/2.3. Это может вводить в заблуждение тех, кто пользовался раньше камерами и знали, что 80 мм f/2.3 — это очень хорошо.
светосила объектива смартфона к примеру 1,8 больше чем 2,3
Всё верно. Или в статье говорится об обратном?
Возможно, Вас смутила эта фраза: «Зная это значение, теперь можно корректно сравнивать светосилу этой камеры с любой другой». Здесь речь идет именно о том, чтобы сравнивать светосилу камеры смартфона с любой другой, включая зеркальные фотоаппараты и пр. То есть, чтобы человек видел в спецификациях смартфона «80 мм f/2.3» и автоматически понимал, что речь идет о «80 мм f/22».
«80 мм f/2.3»
На 2021год такие показатели и для смартфона вполне достойные. Особенно если размер матрицы не куцый. Чаще диафрагма более закрытая.
Здравствуйте! Здесь у Samsung Galaxy Note 20 Ultra дается:
Основная камера: 26 мм
Ультраширокоугольная камера: 13 мм
Телеобъектив: 130 мм
У этой модели есть 50-кратный зум. Вы пишете, что это маркетинговая ерунда. Но при этом пишете, что эти все данные с фокусными расстояниями взяты относительно полнокадровой зеркалки. Даже если это так, то такая зеркалка с 130 мм объективом вообще не сможет дать такую близкую картину. Тут что-то явно не так. Подозреваю, что у камеры Note 20 Ultra есть кроп-фактор, причем немаленький.
Не уверен, что точно понял Ваше возражение, но в этой статье я более подробно и наглядно раскрываю тему кроп-фактора, фокусного расстояния и самой картинки: https://deep-review.com/articles/smartphones-specs-tricks/
В кратце, как 130 мм телеобъектив у Note 20 Ultra дает такое мощное приближение? Примеры в ютубе можете посмотреть. Просто полнокадровая зеркалка с 130 мм объективом не может так приблизить.
спасибо! открываете глаза на мир. давно была интересна вся эта область, но за неимением необходимости было лень разбираться. вы же преподнесли материал в увлекательной форме!
Лучшие технические обзоры в рунете. Но с одним вашим высказывание в корне не согласен. Снимаю 15 лет, 80% портреты и уверен, точнее знаю на 100% что на грипп влияют 3 параметра, светосила, фокусное и расстояние до объекта съёмки, вы же исключили фокусное, как так? Это же элементарно проверить, стоя на одном месте снять на 24 мм и на 70мм портрет и грипп будет абсолютно разный. По этой же причине человек снятый на 5х в смартфоне ( реальное фокусное 15мм) будет с таким же боке снятым на фулл фрейм камеру на настоящие 15 мм все с одной точки. Лично делал такой эксперимент.
Спасибо, Юрий, за Ваш комментарий! Уверен, этот вопрос будет интересен многим читателям, так что давайте разбираться, почему Ваш опыт подсказывает, что фокусное расстояние также влияет на глубину резко изображаемого пространства.
Как я и говорил в статье, на ГРИП напрямую влияют только 2 параметра: расстояние до объекта съемки и диаметр входного зрачка объектива. Большего ничего. Всё остальное, включая фокусное расстояние объектива, может повлиять на ГРИП только в том случае, если оно влияет на первых 2 параметра (или один из них).
Другими словами, если смена фокусного расстояния заставила Вас отойти дальше от объекта съемки или подойти ближе, тогда да, фокусное расстояние косвенно повлияло на ГРИП тем, что изменило 1-й основной параметр — расстояние до объекта съемки. Но это не Ваш случай, так как Вы тестируете разные фокусные расстояния, стоя на одном месте.
Значит, у Вас второй случай — изменение диаметра входного зрачка объектива (так как третьего быть не может). Когда Вы меняете объективы, то стараетесь для «чистоты эксперимента» установить одно и то же значение диафрагмы. И вот Вы делаете снимок на 24 мм f/4, а затем на 70 мм с таким же f/4. Кажется, что все параметры идентичны и меняется только фокусное расстояние.
Теперь давайте посмотрим, какой реальный размер «дырки» в каждом объективе (диаметр входного зрачка). В первом случае это 24мм/4 = 6 мм, а во втором — 70мм/4 = 17.5 мм. Получается, Вы не просто сменили фокусное расстояние, Вы в 3 раза увеличили диаметр входного зрачка объектива. Естественно, об идентичной ГРИП и речи быть не может.
Если же Вы хотите сравнить только фокусные расстояния, тогда придется не просто стоять на одном месте, но и сделать идентичную «дырку» на двух объективах. Только в таком случае Вы можете говорить о том, что сравнивали исключительно фокусные расстояния без влияния двух основных параметров, которые я обозначил в самом начале.
Чтобы сравнять оба диаметра входных зрачков, нужно либо открыть «дырку» сильнее на объективе 24 мм, либо прикрыть ее в 3 раза на объективе 70 мм. Давайте так и сделаем. Устанавливаем первый объектив (24 мм) на f/4, а второй (70 мм) на
f/11. Вот теперь у нас оба объектива имеют входные зрачки диаметром
6 мм (24мм/4=6 и 70мм/11=6.3). Можете сравнивать размытие фона. Оно будет идентичным, несмотря на разные фокусные расстояния.
P.S. про сравнение смартфона с зеркалкой не совсем понял, о чем идет речь. Реальные
15 мм фокусного расстояния на смартфоне будут соответствовать реальным
130 мм на фулл фрейм (на смартфоне же просто гигантский кроп-фактор).