Как работает автофокус в телефоне: Вам стоит знать, какой автофокус стоит в вашем смартфоне — Главная

Содержание

Вам стоит знать, какой автофокус стоит в вашем смартфоне

На заре камеростроения для мобильных устройств камеры не оснащались автофокусом. Это было не так плохо и позволяло фотографировать панорамы или объекты на их фоне, обладая достаточно большой глубиной резкости. Но время идет и надо вводить новые функции. Так появился основной элемент, позволяющий улучшить снимки.

При выборе телефона с хорошей камерой многие уделяют внимание количеству мегапикселей. Однако важнее и полезнее взглянуть на другие факторы, которые оказывают не менее серьезное влияние на качество фотографий. Среди них — тип автофокуса камеры смартфона. В настоящее время он имеет три основных типа.

Контрастный автофокус

Это самый распространенный тип, которым оснащены камеры смартфонов низкого и среднего ценового сегмента. Суть его работы сводится к поиску оптимального фокуса, чтобы сделать резким все изображение или какую-то его часть, выбранную пользователем. Специальный микропроцессор постоянно считывает и анализирует изображение с матрицы и перемещает объектив для нахождения зоны с наибольшим контрастом.

Последний момент связан с единственным недостатком контрастного автофокуса — его медленной работой. Поскольку поиск требует время, а сделать это можно лишь после анализа всего изображения и возвращения объектива обратно, кадр может и «уйти», пока камера поймает нужный фокус.

Данный тип автофокуса на сегодняшний день используется преимущественно в бюджетных смартфонах, таких как Samsung Galaxy J7, Huawei Honor 6A и других.

Лазерный автофокус

Более продвинутый тип автофокуса, который способен определять расстояние до объекта и подстраивать под него настройки фокуса. Работает он довольно интересно: смартфон отправляет тонкую полосу света, которая отражается от всевозможных поверхностей и возвращается обратно. После этого камера определяет производит вычисления (время лазера умножается на скорость света) и определяет расстояние до объекта, благодаря чему и удается сфокусироваться.

Вроде бы все здесь очень технологичное, но есть и минус. Лазерный автофокус работает только на небольших дистанциях и совмещается с другими системами для более полного охвата диапазона расстояний. Поэтому производители сейчас совмещают контрастный и лазерный автофокус.

Лазерным автофокусом оснащены преимущественно смартфоны LG, но есть и исключения: тот же флагман Huawei P20 Pro.

Фазовый автофокус

Для его реализации предусмотрены дополнительные датчики, которые позволяют камере получить больше данных для настройки фокуса. Он намного быстрее контрастного, камера поддерживает следящий автофокус, для него необходимо мощное «железо». Чаще всего фазовый автофокус доступен в смартфонах сегмента high-end. Среди них Honor View 10, Huawei P10 и Sony Xperia XZ.

Фазовый тип хорошо подходит для съемки объектов в движении — правда, он все равно не такой быстрый, как лазерный. Наиболее продвинутые смартфоны способны на ходу объединять работу разных способов фокусировки и даже обеспечивать непрерывную автофокусировку, подстраиваются под изменение положения объекта.

Кстати, еще один вид автофокуса не так распространен, поскольку ограничен смартфонами Samsung — это система Dual Pixel. Это существенно улучшенный фазовый автофокус — вместо 5-10 % пикселей, которые использовались для автофокусировки, используются все 100% пикселей. Поэтому он нашел себе применение в новейших смартфонах Samsung.

Очевидно, камера современного смартфона не так проста, как кажется. А автофокус делает ее чуть ли не самым сложным элементом смартфона.

Материал подготовлен при поддержке магазина SmartPrice

Теги

Камера смартфона
Операционная система Android
Смартфоны Huawei
Смартфоны Samsung

Лонгриды для вас

Будет ли Huawei делать автомобили и чем их можно заменить

Долгая, как выяснилось, история началась примерно четыре года назад, когда весной 2019 года у Huawei начались проблемы с правительством США, и с тех пор ее бизнес смартфонов начался заново. Сейчас компания добилась больших высот даже без Google и собственных процессоров, производство которых им запретили. Но теперь смартфоны — не единственный бизнес для технологического гиганта. Компания начала заниматься другими направлениями. Среди них развитие операционной системы, интеграция устройств в единую экосистему и искусственный интеллект. Осталось только собственный автомобиль выпустить. Но не все так просто.

Как правильно снимать на телефон так, чтобы получались шедевры

Камера любого современного смартфона, даже если он недорогой, позволяет снимать настоящие шедевры, которые можно смело отправлять в социальные сети, а иногда даже на выставки. Я лично знаю пару людей, которые размещали фотографии со смартфона на фотостоках и получали деньги. В текущих условиях с этим стало сложнее, но сама такая возможность говорит о значимости мобильной фотографии и ее потенциале. Как и в любом другом деле тут есть своя ”азбука”, которая состоит из нескольких основ, применяя которые в разной комбинации, каждый может ”написать целое произведение”. Вот и давайте посмотрим, с чего надо начать и как сделать свои фотографии достойными выставки.

Что будет, если США отключат в России все смартфоны на iOS и Android и есть ли выход

Выход с новогодних каникул в этом году ознаменовался новостью о возможном отключении смартфонов всех россиян, о чём не вспоминали, кажется, ещё с прошлой весны. Несмотря на то что поначалу этого действительно боялись, со временем стало ясно, что ничего подобного ни Apple, ни Google скорее всего делать не будут. Да и зачем, если финансово от этого точно не выиграть, а репутационные потери будут весьма и весьма существенными, поскольку люди во всём мире будут знать, что они тоже подвержены такому же риску. Но, судя по демаршам западных компаний, которые одна за другой уходят с российского рынка, быть в чём-либо уверенным на 100% уже точно нельзя. Поэтому будет не лишним заранее разобраться, что нас может ждать, если iOS и Android в России всё-таки отключат.

Новости партнеров

Как сделать крутой анимированный рабочий стол на iPhone. Такого нет даже на Андроиде
Скорее качай эти бесплатные приложения на Айфон для комфортного отпуска. Потом спасибо скажешь
Вышла macOS Ventura 13.4, которую ты срочно должен установить на свой Mac
Apple выпустила iOS 16.6 beta 1 для разработчиков. Можно ли установить ее на Айфон

Как работает автофокус камеры телефона

Еще несколько лет назад камеры на смартфонах были скромными по характеристикам и простые в устройстве. Сегодня флагманы рынка имеют в своем составе камеры с оптической стабилизацией изображения, высокой светочувствительностью, состоящие из большого количества линз. Рассмотрим работу автофокуса в телефоне.

Фокусировка методом катушек

Если смотреть на работу автофокуса со стороны механики, то рассмотрим пример.

Блок линз, представляет в сборке один модуль, свободно расположен в корпусе камеры. Для свободного передвижения (очень маленькие расстояния) блока линз используют пластиковые шарики, которые вмонтированы в этот внешний корпус камеры. По этим шарикам и перемещается блок линз.

По бокам блока линз в корпусе камеры расположены миниатюрные катушки из тонкого медного провода, такие катушки можно использовать как электромагниты.

В блоке линз вмонтированы несколько миниатюрных магнитов. Получается, что на катушки подается напряжение от системы автофокуса, создается магнитное поле, которое действует на магниты в блоке линз и модуль с линзами перемещается.

Это магнитное поле заставляет двигаться блок линз по шарикам в корпусе, о которых мы говорили выше. Возвратное движение обеспечивают пружины. Так достигается нужное положение линз в пространстве, чтобы объект оказался в фокусе на снимке или сработала стабилизация.

В положении покоя линзы размещены так, что фокус настроен на бесконечность.

При автофокусировке процессор вычисляет в фокусе ли объект по показаниям максимального контраста или фазовых датчиков или по лазерному дальномеру. И дает электронике указание подать на катушки электромагнита такое напряжение, чтобы сместить блок линз на нужное расстояние по отношению к матрице.

При использовании катушек (метод VCM) для создания магнитного поля есть свои недостатки:

Электромагнитные материалы имеют такую характеристику, как гистерезис. Это физическое явление приводит к замедлению, неточности фокусировки, особенно на видео.
Второй недостаток — это большая потребляемая мощность, обычно больше 100 мВт. Это разряжает батарею, выделяется тепло на катушках.
И третий недостаток — это наклон и децентрирование линзы, который вносит погрешности в фокусировку.

И все эти недостатки усугубляются при увеличении количества пикселей, и уменьшении размеров камеры. Что и происходит сегодня.

MEMS в фокусировке камеры

Второй способ механической реализации фокусировки является использование MEMS приводов.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) — устройства, объединяющие в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты.

Технология в MEMS-камере обеспечивает ультрабыструю фокусировку: в 7 раз выше (обычно в 3–4 раза), чем обладают другие камеры на смартфонах.

При этом приводы автофокуса камеры MEMS потребляют менее, чем 1 мВт. Это способствует продлению службы срока аккумулятора и сокращает тепловую нагрузку на датчик изображения, на объектив и другие прилегающие компоненты.

Технология MEMS позволяет объединить все три части линейного привода в единый компонент. Это блок для обеспечения вертикального перемещения, пружина для обеспечения возвратной силы и электростатический гребенчатый привод для перемещения блока.

Гребенчатый привод представляет собой пару электропроводящих гребенок, расположенных таким образом, что встречные зубья никогда не соприкасаются. При подаче постоянного напряжения результирующий заряд развивает силу притяжения, которая заставляет гребни соединяться вместе. Прикрепив линзу в центре, можно создать кремниевый привод MEMS с автофокусировкой.

Собранный МЕМС привод

При таком методе, перемещается только первая линза, а остальные крепятся в модуле, который остается неподвижным.

Камера с MEMS приводом

Преимущества:

Передвигается только одна линза весом 3,5 мг, тогда как электромагниты в первом способе перемещают блок линз весом 45 мг. Из-за этого повышается скорость работы.
В методе с катушками (VCM) нужно передвигать весь модуль на расстояние 250 мкм, а в случае использования МЕМС только 80 мкм.
У МЕМС намного меньше влияние гистерезиса. Если здесь погрешность <1 мкм, то в случае использования электромагнитных катушек погрешность 10–20 мкм. Это приводит к фокусировке в несколько этапов с использованием обратной связи. У МЕМС фокусировка в один этап, а это скорость.

Общий размер камеры MEMS получается меньше, а долговечность больше.

Вам также понравится

Как работает автофокус на iPhone? | Small Business

Автор Matt McGew

В iPhone изначально отсутствовало несколько важных функций, включая автофокус для встроенной камеры. В каждом новом поколении iPhone появилось больше функций, в том числе улучшенная функциональность камеры. Первым iPhone с автофокусом камеры был iPhone 3GS. Эта функция автофокуса работает без использования объектива для настройки фокуса.

Пассивный автофокус

Камеры с системой автофокусировки используют либо активный, либо пассивный механизм автофокусировки. В iPhone используется пассивный автофокус. Пассивная автофокусировка срабатывает, как только вы нажимаете кнопку спуска затвора, сравнивая контраст между пикселями в выбранной области. Затем автофокус вычисляет правильное положение объектива, в то время как процессор продолжает запись и регулировку положения объектива. Как только автофокус определит наилучшее положение фокусировки, камера сделает снимок.

Использование автофокуса

Функция автофокуса iPhone позволяет сфокусироваться на определенном изображении. Например, если вы хотите увеличить фокус на определенном человеке на заднем плане, вы должны коснуться изображения этого человека на дисплее iPhone. После выделения вокруг изображения появится зеленая рамка. iPhone также позволяет настраивать несколько параметров, включая фокус и освещение. iPhone 4S также имеет возможность отслеживать и автофокусироваться на движущемся объекте.

HDR

Расширенный динамический диапазон — это функция камеры iPhone 4S, которая делает три разных снимка одного и того же изображения с разной экспозицией. HDR использует недоэкспонированное изображение для получения темного изображения, переэкспонированное изображение для получения более светлого изображения и нормальную экспозицию. Затем программное обеспечение iPhone выбирает лучшие аспекты трех изображений и создает одно изображение. Окончательное изображение передает нюансы теней и света, которые были бы потеряны при использовании одного изображения с автофокусом. iPhone сохраняет исходные и HDR-изображения в фотопленке. Это позволяет просматривать отдельные изображения, используемые для создания окончательного HDR-изображения.

Технические характеристики камеры 4s

В iPhone 4S используется улучшенная камера и программное обеспечение для получения более качественных фотографий. Эта модель iPhone стандартно поставляется с 8-мегапиксельной камерой с системой автофокусировки касанием. Камера также оснащена встроенным программным обеспечением для распознавания лиц и светодиодной вспышкой. Система распознавания лиц может сбалансировать экспозицию до 10 лиц. Камера также записывает видео высокой четкости в разрешении 1080P со скоростью до 30 кадров в секунду, с полной стабилизацией видео и звука.

Справочные материалы

Apple: руководство пользователя iPhone
Apple: iPhone 4S — делайте потрясающие фотографии с помощью 8-мегапиксельной камеры для онлайн- и офлайн-бизнеса и публикаций. Предыдущие работы публиковались в Los Angeles Times, Travelocity и GQ Magazine. Макгью специализируется на поисковой оптимизации и имеет степень магистра журналистики Нью-Йоркского университета.
Как работают камеры смартфонов?
Первый мобильный телефон с камерой приземлился на берегах Америки в 2002 году. С тех пор OEM-производители стремятся производить лучшие мобильные камеры. На заре эры смартфонов в 2008 году и рост популярности социальных сетей наличие хорошей камеры в телефоне стало обязательным для всех, кто хочет не отставать от семьи Джонсов. Но до того, как мобильные камеры начали делать большую часть фотографий в мире, снимки делались с помощью устройств, которые были больше, чем почти все мобильные устройства, пришедшие им на смену. Как это возможно? Что происходит внутри нашего телефона, который позволяет делать 200-мегапиксельные фотографии?
Все камеры смартфонов состоят из трех основных частей. Первый — это линза, которая направляет свет в камеру. Второй — датчик, преобразующий сфокусированные фотоны света в электрический сигнал. И третье — это программное обеспечение, которое преобразует эти электрические сигналы в фотографию, готовую для Instagram. Рассмотрим подробнее каждую из этих частей.
Линзы
Прежде чем свет достигнет датчика изображения, он должен пройти через линзу. А перед этим проходит через небольшое отверстие в корпусе телефона. Размер этого отверстия называется апертурой, и он определяет, сколько света попадает на датчик камеры. Как правило, большая апертура — это хорошо для мобильных камер, потому что это означает, что камера может работать с большим количеством света.
Диафрагма измеряется в диафрагменных ступенях, которые представляют собой отношение фокусного расстояния камеры к физическому диаметру апертуры, поэтому апертура f/1,7 шире, чем апертура f/2.
Как только свет попадает в модуль камеры, объектив собирает входящий свет от вашего снимка и направляет его на датчик. Камеры смартфонов состоят из множества пластиковых линз, называемых элементами. Из-за природы света световые волны различной длины (цвета) преломляются (изгибаются) под разными углами при прохождении через линзу. Это означает, что цвета вашей сцены проецируются на датчик вашей камеры с нарушением выравнивания. Камеры нуждаются в нескольких линзах для передачи четкого изображения на датчик, чтобы исправить этот и другие подобные эффекты.
Источник: OnePlus
Фокусировка
Одной из важнейших функций линз, которая традиционно была абстрагирована от пользователя, является фокусировка. Некоторые приложения камеры позволяют вручную управлять фокусом камеры. Тем не менее, большинство из них управляют им с помощью программного обеспечения, используя датчик, дополнительное оборудование, такое как лазерный дальномер, или их комбинацию.
Программная автофокусировка (известная как пассивная автофокусировка) использует данные датчика изображения, чтобы определить, находится ли изображение в фокусе, и регулирует линзы для компенсации. Обычный метод пассивной автофокусировки основан на определении контраста изображения и настройке фокуса до тех пор, пока он не станет максимальным. Этот метод полностью основан на программном обеспечении, что делает его самым дешевым вариантом. Тем не менее, он медленный и не работает в условиях низкой освещенности.
Немного более быстрый метод называется фазовой автофокусировкой. Это гарантирует, что одинаковое количество света достигает двух близко расположенных датчиков на фотодатчике. Традиционные системы PDAF полагаются на специальные фотосайты на датчике (около 5% всех фотосайтов) для измерения света, исходящего либо с правой, либо с левой стороны объектива. Изображение находится в фокусе, если фотосайты, обращенные вправо, измеряют ту же интенсивность света, что и их аналоги, обращенные влево. Если они не измеряют одинаковую интенсивность света, можно рассчитать, насколько камера не в фокусе, что делает системы PDAF быстрее, чем методы определения контраста. Современные системы PDAF (например, на датчике изображения Isocell HP2 на Samsung Galaxy S23 Ultra) используют 100% фотосайтов на датчике изображения и используют фотосайты, обращенные вверх и вниз, в дополнение к фотосайтам, обращенным влево и вправо.
Активный автофокус использует дополнительное оборудование для определения расстояния от телефона до цели. Первые системы активной автофокусировки использовали сонар, аналогичный Soli в Google Pixel 4. Изменения в системах активной автофокусировки добавили маломощный инфракрасный лазер для оценки расстояния, но его можно обмануть другими источниками ИК-излучения, такими как огонь или другие смартфоны.
Датчик
Датчик представляет собой тонкую кремниевую пластину. Его единственная задача — превращать фотоны (свет) в электроны (электрические сигналы). Это фотогальваническое преобразование происходит на миллионах фотосайтов на крошечной поверхности сенсора. Если фотоны не достигают фотосайта, датчик регистрирует этот пиксель как черный. Если на фотосайт попадает много фотонов, этот пиксель белый. Количество оттенков серого, которые может зарегистрировать сенсор, называется его битовой глубиной.
Источник: Huawei
Итак, как ваш телефон делает цветные фотографии? Поверх каждого фотосайта наложен цветной фильтр, который пропускает только определенные цвета света.
Массив цветных фильтров Байера является наиболее распространенным, и он делит каждый квадрат фотосайтов 2 × 2 на один красный, один синий и два зеленых фильтра (RGGB). Датчики Huawei SuperSpectrum являются заметным исключением из традиционных RGGB CFA. Huawei использует желтые фильтры (RYYB) вместо зеленых, чтобы пропускать больше света и улучшать данные о яркости. Эта мозаика цветовых и световых данных должна быть преобразована в полноцветное изображение постфактум с помощью сложных алгоритмов демозаики.
Следует обратить внимание на две метрики сенсора: размер и размер пикселей. Размеры сенсора измеряются в долях дюйма. Вообще говоря, датчик большего размера (например, датчик 1/1,31 дюйма в Google Pixel 7 Pro) дает более качественные изображения, потому что у него больше и больше фотосайтов.
Фотосайты (количество которых составляет потенциальное количество мегапикселей камеры) измеряются в микрометрах (мкм). Большие фотосайты лучше собирают свет, что делает их идеальными для условий низкой освещенности.
Меньшие фотосайты не обязательно означают фотографии более низкого качества. Тем не менее, это показатель, который вы можете учитывать, если планируете использовать камеру телефона в условиях низкой освещенности. Samsung компенсирует маленькие фотосайты (это единственный способ уместить 200 миллионов из них на чипе) путем «объединения» нескольких фотосайтов. На своих последних датчиках он обрабатывает квадраты 4 × 4 из 16 фотосайтов как один «пиксель», что позволяет собирать больше данных о яркости.
Стабилизация изображения
При попытке сделать хороший снимок одним из основных компонентов является устойчивая платформа. Производители смартфонов знают, что у вас вряд ли будет штатив в кармане, поэтому они оснащают свои телефоны технологиями, максимально уменьшающими движение камеры. Стабилизация изображения бывает двух основных видов: оптическая и электронная.
Оптическая стабилизация изображения (OIS) основана на гироскопе для обнаружения движения телефона и крошечных двигателях или электромагнитах для перемещения линз и сенсора для компенсации. OIS идеально подходит для условий низкой освещенности, когда датчику изображения требуется больше времени для сбора света.
Электронная стабилизация изображения (EIS) зависит от акселерометра телефона, который определяет любые движения. Вместо того, чтобы перемещать части камеры, он перемещает кадры изображения или экспозиции. Поскольку экспозиции выравниваются на основе содержимого изображения, а не кадра датчика изображения, конечное изображение или видео имеет уменьшенное разрешение.
Многие новые модели телефонов используют комбинацию обеих систем, иногда называемую гибридной стабилизацией изображения. Совместное использование обеих систем дает вам лучшее из обоих миров, особенно для видеоматериалов.
Программное обеспечение
После того, как датчик изображения выполнил свою работу и преобразовал свет, попадающий на него от линз, в электрический сигнал, задача процессора сигналов изображения (ISP) состоит в том, чтобы преобразовать эти 1 и 0 в достойные Snapchat изображение.

Данные, отправляемые интернет-провайдеру, по сути являются черно-белыми изображениями (изображениями в формате RAW). Первая задача интернет-провайдера — вернуть данные о цвете на основе известного расположения CFA. Теперь у нас есть изображение, но его пиксели имеют разную интенсивность красного, зеленого или синего (или красного, желтого и синего для телефонов Huawei).
Следующим шагом является процесс, называемый демозаикой. Именно здесь интернет-провайдер изменяет цвета пикселей на основе цветов своих соседей. Если, например, в области много зеленых и красных пикселей, но мало синих, алгоритм демозаики преобразует их в желтые.
4 Изображения
Наконец-то у нас есть фото! Большинство интернет-провайдеров применяют шумоподавление и повышение резкости после демозаики. Тем не менее, у каждого OEM есть свой конвейер и алгоритмы для создания конечного изображения. Google, в частности, известен тем, что использует алгоритмы, разработанные искусственным интеллектом, для создания одних из лучших фотографий смартфонов.

Как работает автофокус в телефоне: Вам стоит знать, какой автофокус стоит в вашем смартфоне