как работает автофокус в телефоне
Как работает автофокус в телефоне
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.
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:
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.
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.
При таком методе, перемещается только первая линза, а остальные крепятся в модуле, который остается неподвижным.
Навестись за мгновение: фазовый автофокус в работе
Всем продвинутым пользователям известно, что качество снимков определяется не количеством мегапикселей, а размером матрицы, светосилой, объективом и другими характеристиками. Одним из важных параметров современной мобильной камеры стал автофокус — от его работы зависит, будет ли объект съёмки чётким даже при быстром движении. Сейчас существует несколько разновидностей автофокусировки, но самым последним тенденциям соответствует фазовая. О преимуществах фазового автофокуса мы и поговорим в сегодняшней статье, вооружившись Honor View 10.
Зачем нужен автофокус?
Начнём с того, что сегодня практически в любом смартфоне, даже самом бюджетном, есть система автофокусировки. Грубо говоря, автофокус — это когда камера гаджета самостоятельно наводит резкость во время съёмки фото и видео. Он нужен для того, чтобы максимально упростить процесс и не крутить каждый раз настройки, как при съёмке на профессиональный зеркальный фотоаппарат.
Работу автофокусировки вы в большинстве случаев просто не заметите: резкость настраивается автоматически, как только вы включаете камеру или нажимаете на кнопку затвора. Если нужно сделать фокус на каком-то определённом объекте, как правило, достаточно лишь тапнуть по нему на экране устройства.
Актуальные типы автофокусировки
На сегодняшний день существует три основных вида автофокусировки.
Контрастный автофокус. Относится к пассивному типу, то есть сенсоры камеры ничего не излучают. В основном данное решение применяется в недорогих смартфонах. Главная причина в том, что такой вид фокусировки — самый простой. Камера ориентируется на величину светового потока, попадающего на матрицу. Перемещая линзу, программное обеспечение добивается наибольшего контраста и таким образом фокусируется на объекте съёмки. Именно поэтому бюджетным гаджетам на фокусировку требуется несколько секунд, за которые легко упустить или смазать движущийся объект.
Лазерный автофокус. Достаточно свежая технология, относящаяся к активному типу фокусировки. В основе лежит принцип лазерного дальномера: лазер освещает объект, а сенсор измеряет расстояние до него, основываясь на времени поступления отражённого лазерного луча.
Один из главных плюсов лазерного фокуса — время. Весь процесс занимает доли секунды, что позволяет мгновенно делать резкие снимки. Причём лазерный фокус не теряет в скорости ни в тёмное время суток, ни в непогоду. Но у данной системы есть серьёзный недостаток. Дальность работы лазера в камере едва переваливает за пару метров. На всё, что располагается дальше, гаджет наводится при помощи других типов фокусировки.
Фазовый автофокус (PDAF). Также относится к активному типу. Его устанавливают во многие смартфоны, включая Honor View 10. При фазовой автофокусировке лучи из разных точек объектива сводятся на встроенные в матрицу датчики. Если объект находится в фокусе, то световые потоки от него сходятся в одну точку на датчике. Если же нет, то программное обеспечение, основываясь на расстоянии между лучами, сдвигает линзы на нужную величину.
Данная система хороша в первую очередь высокой скоростью работы: можно фокусироваться на быстро движущихся объектах. Например, Honor View 10 требуется менее 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться.
Единственный недостаток — ночная съёмка. В диафрагму смартфона поступает недостаточно света, из-за чего автофокусировка может занимать чуть больше времени. Кроме того, у фазового автофокуса довольно сложная реализация. Система призм, зеркал, линз требует сверхточной установки и не менее скрупулезной программной настройки.
Пример работы фазового автофокуса
Как уже было сказано выше, принято считать, что фазовый автофокус в тёмное время суток хуже справляется со своей задачей. Однако современные гаджеты оснащаются высокочувствительными сенсорами и продвинутыми алгоритмами, которые помогают камере правильно сфокусироваться даже при недостатке освещения.
Мы протестировали работу камеры Honor View 10 ночью. В устройстве имеется система «искусственного интеллекта»: она дополнительно анализирует картинку с камеры и настраивает параметры съёмки и фокусировки таким образом, чтобы получить максимально резкий и качественный кадр.
С фокусировкой как в дневное, так и в ночное время на Honor View 10 никаких проблем нет. Она работает быстро и точно, ловя объект за доли секунды.
Вдобавок для съёмки динамичных сюжетов у камеры View 10 есть опция «Автофокус в движении».
Если она заранее активирована в меню, то после тапа по объекту автоматика начинает отслеживать его перемещения, фокусируясь на нём постоянно.
Это удобно при съёмке детей или животных — тех, кто двигается быстро, а порой и вовсе молниеносно. Благодаря данной функции можно поймать интересный момент, который бы пропустил или смазал другой смартфон. Например, две собаки, носящиеся по двору, получаются такими же чёткими и резкими, как если бы они неподвижно стояли на месте.
Итоги
В данный момент самая актуальная технология фокусировки в смартфонах — фазовая. Она быстро и точно работает, а при недостатке освещения ей помогают программные ухищрения — такие, как специализированные интеллектуальные алгоритмы в Honor View 10, позволяющие автофокусу работать ещё более успешно в любых условиях.
Как работает автофокус в смартфоне?
Как работает автофокус в смартфоне? На этот вопрос нет простого ответа. Нужно разобраться с каждой разновидностью автофокуса, изучить особенности конкретной технологии фокусировки. Только после этого можно делать хоть какие-то выводы. Поэтому сейчас мы поговорим и о разновидностях технологий автоматической фокусировки, и о достоинствах и недостатках каждой из них.
Что такое фокус и автофокус камеры
Тут все просто: линза объектива преломляет лучи и собирает весь свет в одной точке – фокусе. И если в этой точке находится сенсор матрицы, то кадр получается более детализированным и качественным. Естественно этим физическим явлением пользуются все фотографы. Они помещают «в фокус» какую-либо часть кадра, настраивают объектив вручную и акцентируют внимание зрителя на переднем или заднем плане, главном объекте или второстепенной детали. Остальная часть картинки окажется размытой.
Ну а начинающие фотографы могут воспользоваться системой автоматической фокусировки, когда автоматика захватывает «в фокус» один или несколько объектов в кадре, управляя и объективом, и матрицей. И эти объекты (или объект) получаются максимально резкими и детализированными. И никакого мастерства и чувства кадра здесь уже не нужно.
Вероятно, именно поэтому цифровая фотография стала более популярной, чем пленочно-бумажная версия искусства. Ведь автофокус в камере телефона или дешевого фотоаппарата позволяет сделать детальный снимок без лишних усилий. Весь процесс сводится к простому правилу: «наводи и щелкай».
Разновидности автофокусов и базовые принципы их работы
Линза камеры фокусирует лучи, отраженные от предмета, расположенного в пространстве перед объективом. При наведении фокуса камера ориентируется на расстояние до объекта и на интенсивность свечения, исходящего от него. На сегодня существует две разновидности режимов автоматической фокусировки:
Первый (активный) режим использует лазерное инфракрасное или ультразвуковое излучение с известной скоростью распространения волны в воздухе. Модуль-излучатель испускает направленный поток, который отражается от объекта и улавливается модулем приемником через некоторый промежуток времени. Далее вычислитель автофокуса умножает это время на известную скорость распространения волны и делит результат на два, получая точное значение расстояния. Направив излучатель на нужную область, пользователь получает оптимальную фокусировку, ориентируя внимание зрителя именно на этот участок фотографии.
Второй (пассивный) режим устроен несколько иначе. Он использует особые датчики (фотодиоды), измеряющие интенсивность свечения и специальный процессор, который определяет фокус по величине этого параметра. На практике это выглядит вот так: датчики фиксируют интенсивность свечения, далее процессор сдвигает фокус, после этого происходит повторный замер интенсивности, если плотность потока увеличилась, то фокусировка считается приемлемой. Если нет – происходит повторное смещение фокуса. И так до обнаружения максимальной интенсивности. В матрицах серьезных камер присутствует до 40-60 фотодиодов.
На основе этих принципов работают самые известные системы фокусировки: фазовая, лазерная, контрастная и dual-pixel. И далее по тексту мы каждый вариант, оценив попутно их базовые достоинства и недостатки.
Достоинства и недостатки лазерного автофокуса
В этом случае в модель камеры телефона встраивают лазерный излучатель и приемник. Первый генерирует узконаправленный луч, второй принимает отраженный сигнал. В итоге скорость наведения фокуса сокращается до тысячных долей секунды. Обычно речь идет о 250-300 миллисекундах, поскольку лазер распространяется со скоростью света.
Основное достоинство лазерного фокуса – высокая скорость реакции модуля, а основной недостаток – частые сбои. Узконаправленный лазерный излучатель иногда «стреляет» мимо цели, а отраженный сигнал легко теряется, особенно на открытых пространствах. Поэтому лазерный автофокус в камере смартфона в большинстве случаев работает в паре с фазовым или контрастным вариантом наведения.
Особенности фазовой фокусировки
Технология основана на дроблении луча, проходящего сквозь объектив на два потока. Это делается для того, чтобы замерить расстояние между потоками, проходящими сквозь противоположные края объектива. Если это расстояние укладывается в определенные величины, заданные в массиве данных, картинка считается сфокусированной. Для фиксации расстояния используются особые датчики, реагирующие на свет. Их сигналы обрабатываются процессором, который сравнивает считанные параметры с базовым массивом данных и дает сигнал сдвинуть фокус в нужную сторону.
Основное достоинство технологии – готовность поймать в фокус движущийся объект. Кроме того, этот вариант работает быстрее контрастного автофокуса. А еще эту систему можно использовать для подсчета такого параметра, как глубина резкости.
Главный минус фазовой технологии – сложная реализация. Система призм, зеркал, линз требует сверхточной физической юстировки и не менее скрупулезной программной настройки. Кроме того, точность такого фокуса зависит от светосилы объектива, а у мобильных телефонов с этим параметром бывают большие проблемы.
Плюсы и минусы контрастного фокуса
Технология не меняет ни матрицу, ни оптическую систему камеры смартфона. В качестве датчика тут используют либо весь фотосенсор, либо его часть. Процессор считывает текущую гистограмму с сенсора и оценивает контрастность кадра. А потом объективу дается команда сместить фокус, после чего происходит новое считывание гистограммы с переоценкой контрастности. И весь цикл повторяется до достижения максимального уровня контрастности в выбранной области кадра, на которую наводится фокус.
Главное достоинство технологии – это сочетание простоты реализации, дешевизны конструкции и компактных размеров. Такими автофокусами пользуются все производители бюджетных смартфонов.
Ключевой недостаток данного варианта – очень медленная скорость работы. Иногда процессор уходит в режим вечной «охоты за фокусом», которая кончается потерей редкого кадра.
Технология Dual Pixel
Такая технология фокусировки используется в дорогих зеркальных камерах. В мобильных устройствах ее пока применяют лишь во флагманских моделях Samsung, намеренно занижая разрешение фотографической матрицы с одновременным увеличением ее физических габаритов.
На эти ухищрения идет из-за желания привязать к каждому пикселю фотографического сенсора индивидуальный датчик, реагирующий на интенсивность свечения. Потом сигналы от датчиков обрабатывают и по фазовому и по контрастному алгоритму фокусировки, добиваясь не только идеально резкого, но и максимально контрастного изображения.
Если в случае с классическим фазовым фокусом на долю датчиков приходится не более 10% от общего числа пикселей в камере, то в случае с Dual Pixel они делятся в пропорции 50/50. Проще говоря, каждый пиксель является светочувствительным элементом и датчиком одновременно. Данная технология обеспечивает более точную и быструю фокусировку.
Из недостатков Dual Pixel следует отметить очень сложную реализацию подобных решений. Такими фокусами оснащают только флагманские устройства, например, аппараты из S-серии компании Самсунг (от седьмой модели и выше). Нечто подобное есть в последних iPhone (от шестой модели и выше), но у Apple эта технология фокусировки называется Focus pixels, и она ближе к обычному фазовому автофокусу, чем к Dual Pixel.
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
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Прошедшая неделя так и не преподнесла нам сюрпризов с точки зрения новостей. Хедлайнерами, как это часто было раньше, стали крупные компании. На этот раз ими оказались Samsung и Google. Первая стала автором патента на использование в смарт-часах солнечных элементов питания, способных существенно увеличить время работы гаджета, а может быть и вовсе позволить отказаться от классической зарядки от розетки. Вторая тоже отметилась интересным патентом. На этот раз его героем стал новый планшет в линейке Google Pixel. Но куда интереснее для простого пользователя стало обновление функций поиска Google, в которых появилось много нового, облегчающего процесс нахождения чего-либо в Интернете. Давайте вспомним все, чем запомнилась прошедшая неделя, и подумаем, чего нам ждать в будущем.
Повышенная частота обновления экрана – это одна из наиболее важных функций современных смартфонов. Ведь если вести профессиональную съёмку на продвинутые камеры, которыми оснащаются флагманы, вы скорее всего не будете, то с экраном будете взаимодействовать на постоянной основе. Поэтому куда приятнее работать с картинкой, которая обновляется быстро и плавно, нежели медленно и с подёргиваниями. Причём для этого даже не нужно покупать флагманский смартфон, потому что есть неплохие бюджетники в сегменте 15 тысяч рублей, которые оснащаются экраном с частотой 90 Гц.
Интересная информация.
Верно я когда-то выбрал Самсунг, с тех пор ни разу не пожалел.
Что такое автофокус в телефоне
Содержание статьи
Автофокус в мобильных телефонах
Автоматическая фокусировка является обязательной частью камеры большинства современных мобильных телефонов. Данная функция является нужной, поскольку зачастую она является единственным способом настроить резкость снимка для получения кадра необходимого качества. И если в полноценных камерах часто существует возможность настроить фокусировку вручную, большая часть мобильных телефонов не имеет такой возможности, а потому улучшить качество снимка другими способами не получится.
Использование автофокуса
В мобильных телефонах и смартфонах функция автоматической фокусировки активирована по умолчанию и используется при проведении любого снимка. Чтобы сделать фокусировку, достаточно нажать на функциональную клавишу аппарата для произведения снимка. Также многие телефоны фиксируют текущий кадр при нажатии на соответствующую область сенсорного экрана. Устройство автоматически определит объект, относительно которого необходимо настроить фокус, и произведет нужный снимок.
Современные мобильные телефоны также поддерживают более полный режим автоматической фокусировки, который реализуется с использованием кнопки затвора камеры. Для произведения настройки пользователю требуется спустить клавишу приблизительно до половины. Это дает возможность камере произвести фокусировку, настройку резкости и яркости.
После срабатывания автофокуса и получения соответствующего сигнала пользователь может дожать кнопку, чтобы сработал затвор. Аналогичным образом работает кнопка фокусировки на сенсорных экранах – пользователю необходимо нажать и удерживать пальцем клавишу до тех пор, пока камера не настроит фокус. Отпустив палец, пользователь произведет снимок, который будет сохранен в памяти устройства.
Недостатки
Тем не менее в технологии автофокуса существуют некоторые недостатки. Зачастую автоматическая фокусировка не может определить объект, относительно которого необходимо выполнять настройки резкости. Иногда камера не способна найти несколько объектов для фокусировки, что также понижает качество снимка.
Тем не менее с выпуском каждого нового мобильного аппарата технология автоматической фокусировки совершенствуется и ее функционирование улучшается, что позволяет делать хорошие и качественные кадры. Также некоторые современные устройства оборудованы настройкой параметров ручного фокуса, что позволит решить данные проблемы при произведении некоторых снимков.