Программный, оптический и гибридный зум в камере смартфона. В чем разница?

30.01.2024

В смартфонах нынче используется несколько вариантов зуммирования: старый-добрый цифровой зум, оптическое увеличение и комбинация этих двух методов — гибридное приближение. Какие особенности имеет каждый из способов зуммирования в разрезе мобильных устройств? Давайте разбираться.

Добиться масштабирования всегда можно было двумя основными способами: цифровой зум программно вырезает требуемую область кадра, а оптический подразумевает использование соответствующих объективов. Но если в классических фотоаппаратах оптический зум работает путем механического перемещения линз внутри объектива, то в смартфонах он зачастую устроен несколько иначе. Существует и относительно новый гибридный вариант зуммирования — он совмещает в одном флаконе цифровое и оптическое увеличение.

Цифровое зуммирование

Цифровой зум — это софтверный вариант увеличения изображения, подразумевающий кадрирование определенного фрагмента картинки из всего поля кадра. Говоря проще, смартфон делает снимок условно на главную тыльную камеру, вырезает из него требуемый кусок и растягивает его на изначальный размер кадра. Область вокруг выделенной сцены срезается как лишняя, а все манипуляции с фотографией осуществляются программными методами.

При использовании цифрового зума из всего кадра вырезается определенная часть и программно растягивается до первоначального размера снимка.

Поскольку цифровой зум — это банальное кадрирование, то при его использовании неминуемо происходит падение детализации и резкости. Фотографии, созданные с большой кратностью программного увеличения, нередко выглядят размытыми и нечеткими. Впрочем, из ситуации есть выход. И кроется он в пресловутой «гонке мегапикселей».

В камерах современных смартфонов прослеживается тенденция к существенному наращиванию количества мегапикселей — числа точек на матрице, которые отвечают непосредственно за формирование изображения. С одной стороны, многомегапиксельные камеры обеспечивают повышение детализации кадра при съемке в условиях плохой окружающей освещенности. На практике это реализуемо благодаря технологии биннинга — объединения соседних пикселей в группы по 4, 9, 16 и более точек для повышения светочувствительности. Т.е. условная камера на 64 МП при съемке в режиме биннинга с объединением по 4 пикселя будет выдавать снимки в итоговом разрешении 16 МП. Подробнее об этом поведано в материале «Мегапиксели в камере смартфона: так ли важно их количество?».

С другой же стороны, камеры высокого разрешения позволяют почти «безболезненно» кадрировать снимки при съемке с использованием цифрового зума. Возьмем, к примеру, разрешение кадра 12 МП — это фотография с размерами 4000х3000 пикселей. Вполне рабочая величина для постобработки отснятых материалов и печати снимков «на бумаге». А ежели основная камера имеет разрешение 64 МП, то мы получаем фотографии в размере 9000х7000 пикселей — из них можно без проблем вырезать нужный фрагмент 4000х3000 пикселей без существенного проседания качества.

При кадрировании снимков с камер высокого разрешения можно добиться приемлемого качества цифрового зуммирования. Но лишь при условии, что размер кадра будет уменьшен.

Что же касается кратности цифрового зуммирования, оно бывает самым разным. В маркетинговых проспектах нередко можно увидеть цифры по типу «Цифровой зум 100х», однако на практике сугубо программное увеличение имеет ограниченное применение. Каждый шаг цифрового зума ухудшает качество картинки. Поэтому смысл его использовать есть при необходимости отснять кадры с небольшим увеличением (до 5х). При большой кратности программного зуммирования снимок будет попросту рассыпаться на пиксели.

Оптическое зуммирование

Оптический зум отличается от цифрового подходом к созданию картинки. Увеличение при его использовании производится еще до съемки путем изменения реального фокусного расстояния. В этом принимает участие группа линз внутри объектива, посредством перемещения которых обеспечивается эффект масштабирования. Линзы уменьшают угол обзора и тем самым приближают объект съемки, камера «видит» картинку уже масштабированной и делает снимок без потери качества.

В смартфонах оптическим зумом принято именовать банальное переключение с ведущего датчика камеры на телевик или камеру-перископ. Однако называть его так не совсем корректно — это скорее пошаговое оптическое увеличение с установкой промежуточных позиций приближения программными методами. Истинный оптический зум предполагает плавное изменение фокусного расстояния в определенном диапазоне (например, 85-125 мм в телевике смартфона Sony Xperia 1 V).

В компактный корпус смартфона сложно уместить подвижную группу линз. Да что там говорить, весьма нелегко выкроить место в корпусе даже под хороший телевик, оптическая схема которого имеет более вытянутую форму. Однако невозможного в этом нет — производители мобильников умудрились придумать так званую камеру-перископ, размещаемую перпендикулярно корпусу (см. картинку ниже). Свет на ее матрицу поступает путем преломления лучей через специальное зеркало, благодаря чему задействуется вся площадь сенсора для достижения эффекта оптического приближения.

Дабы в корпусе смартфона хватило места под сложную оптическую схему, так званые камеры-перископы научились размещать перпендикулярно корпусу.

Камеры с оптическим зуммированием — удовольствие не из дешевых и встречаются они лишь в некоторых флагманских смартфонах. К тому же подобные фотомодули имеют сложную конструкцию. Кратность увеличения у камер-перископов обычно невелика (до 3х, реже — 5х). Впрочем, они все равно лучше цифрового зума.

Гибридный зум

А теперь мы подобрались к самому интересному. Многокамерные модули в современных смартфонах позволили реализовать на практике так званое гибридное зуммирование. Допустим, в мобильнике имеется ведущий датчик основной камеры и телевик с кратностью оптического увеличения 2х. Съемка будет производиться следующим образом:

• в диапазоне зуммирования 1х – 1.9х смартфон кадрирует изображение с ведущего сенсора;
• на отметке 2х телефон переключается на съемку телевиком;
• приближение свыше 2х осуществляется на телевик с помощью цифрового зуммирования.

*Вместо множителя 2х можно подставлять любую другую кратность оптического увеличения, прописанную в характеристиках конкретного смартфона.

Гибридное зуммирование предполагает комбинацию методов оптического увеличения и цифрового приближения картинки.

Нехитрая комбинация разных модулей камеры и цифрового зуммирования позволяет получить более качественный результат. Ведь для условной кратности приближения 4х нам бы понадобилось вырезать небольшой фрагмент изображения со всего поля кадра ведущего сенсора камеры. А при использовании телевика кадрировать предполагается вдвое меньшую область — первичное оптическое увеличение 2х мы уже получаем априори.

Гибридное зуммирование реализуемо еще одним способом. И в этом напрямую задействованы алгоритмы искусственного интеллекта. Возьмем, к примеру, вариант, когда смартфон использует при съемке различные датчики для одновременного захвата деталей с нескольких камер. Полученная с них информация может быть использована для интеллектуального улучшения фотографии с цифровым увеличением. До уровня истинного оптического зума камеры такие снимки не дотягивают, однако мелкие детали в них прорисовываются гораздо лучше, нежели при использовании базового цифрового зуммирования.

Гибридный зум нередко использует в работе данные с нескольких датчиков изображения в одночасье, программно объединяя их в итоговый снимок.

В создании снимков при помощи гибридного зуммирования нередко принимают участие методы интерполяции — искусственного наращивания разрешения кадра посредством вставки дополнительных пикселей. Эти точки «дорисовываются» между оригинальными пикселями и черпают информацию о цвете с соседних ячеек. Картинку подобными методами легче растянуть на большой размер, однако качественное улучшение изображения возможно лишь незначительно. О кратностях зуммирования свыше 5х здесь речи не идет.

Наконец, гибридное зуммирование применяется и в моделях с истинным оптическим увеличением. Камера с оптическим зумом условного уровня 5х выполняет первичное приближение картинки, а уже софт добавляет программное зуммирование, позволяя добиться впечатляющей кратности приближения вплоть до 100х.

Смартфоны с переменной кратностью оптического зуммирования

Из всего широкого ассортимента смартфонов лишь считаные единицы мобильных устройств могут похвастать камерой с переменной кратностью оптического зуммирования. Во всех остальных случаях речь идет о банальном переключении между модулями тыльной камеры для достижения эффекта оптического увеличения картинки. Промежуточное приближение при этом достигается сугубо программными методами.

Для удобства мы составили актуальный перечень смартфонов с переменной кратностью оптического зума:

• Sony Xperia 1 III, IV и V.
• Sony Xperia 5 III.

Телеобъектив с переменным набором эквивалентных фокусных расстояний 85-125 мм — коронная «фича» фотофлагманов Sony из линейки Xperia 1.

…И по сути на этом все. Периодически всплывают разнообразные концепты смартфонов с настоящим оптическим зуммированием, но в «железе» они до сих пор не получили широкого распространения.

За технологией оптического зуммирования в смартфонах определенно кроется будущее. Пока же оптическим зумом зачастую именуют съемку с использованием телевика или его более продвинутой разновидности — камеры-перископа. Да, при этом достигается какая-то постоянная кратность увеличения (2х, 3х, 5х или даже 10х), но все промежуточные позиции приближения «дорисовываются» программными методами, для чего нередко применяются алгоритмы искусственного интеллекта.

Статья полезна? Да 0 Нет 0