Разбираемся, как работает камера Samsung Galaxy Note20 Ultra

Флагманы Samsung сразу после выхода обычно занимают первые строчки по качеству фотографий. Таких успехов компании удаётся достичь благодаря огромным вложениям в R&D, направленным именно на развитие фоточасти.

На примере нового Galaxy Note20 Ultra я решил простым языком рассказать, как вообще работает камера смартфона, а также чем примечательны модули именно этого устройства.

Строение

Камера смартфона мало чем отличается от камеры фотоаппарата, а по типу компонентов они вообще практически идентичны: изображение поступает через набор линз. Проходя сквозь них, изображение попадает на матрицу камеры. В этот момент процессор обработки изображений получает информацию и проводит конечную обработку изображений.

Один из ключевых элементов любой цифровой камеры — матрица, которую иногда ещё называют сенсором. В Note20 Ultra используется сразу четыре матрицы — каждая для собственной камеры.

Основная камера

Самая главная из них очень интересна с технической точки зрения — это самый большой RGB-сенсор, когда-либо использовавшийся в смартфонах. Его размер составляет 1/1,33 дюйма, то есть почти 20 мм в диагонали. На нём содержится более 108 млн точек — пикселей, размер каждого составляет 0,8 μm.

В обычном режиме камера делает снимки меньшего разрешения — всего 12 Мп. Однако тут работает не простое уменьшение размера, а довольно хитрое: каждый из пикселей матрицы объединяется с соседними. В 2017 году Samsung представила технологию Tetracell, объединяющую четыре соседних пикселя в один большой пиксель по технологии 2×2.

У Galaxy Note20 Ultra используется матрица Nanocell, и тут уже идёт объединение девяти пикселей в один, отвечающий за каждый конкретный цвет (красный, синий или зелёный), по принципу 3×3. И если в случае с Tetracell размер каждого пикселя увеличивается до 1,6 μm, то у Nanocell — до 2,4 μm. Таким образом камера Samsung Galaxy Note20 Ultra в обычном режиме делает снимки разрешением 4000 × 3000, то есть 12 Мп.

Объединение пикселей помогает решить самую большую проблему мобильных матриц — они довольно маленькие, а размер пикселя напрямую влияет на поглощение света и восприятие информации. То есть обычно работает такая зависимость: чем больше пиксель, тем лучше качество картинки. Это работает и при съёмке вечером или ночью: чем больше матрица, тем меньше она «шумит», пытаясь восполнить недостающую информацию, которой у сенсора просто нет.

Вслед за матрицей идёт система линз объектива. Его эквивалентное фокусное расстояние составляет 26 мм, то есть объектив широкоугольный. Апертура или величина светопропускания объектива составляет f/1.8. Это очень светлый объектив — сквозь него проходит много света, что позволяет делать хорошие снимки даже ночью.

На больших матрицах величина светопропускания объектива влияет и на другой фактор — размытие на снимке вне точки фокуса. А в Galaxy Note20 Ultra используется очень большая матрица, поэтому при съёмке объектов вблизи за границей фокусировки их может сильно размывать. Такой эффект называется ГРИП, то есть глубина резко изображаемого пространства. И это не плохо и не хорошо. Это просто такая особенность, грамотно используя которую можно сделать очень крутые снимки.

Перископ

Но у Galaxy Note20 Ultra, как и у большинства современных смартфонов, больше одной камеры. Если на обычной фото- или видеокамере просто меняют объектив, то со смартфонами такая штука не прокатит, поэтому приходится обращаться к другим методам. Каждый объектив получает собственную матрицу. У Note20 Ultra, помимо широкоугольной камеры, есть ультраширокоугольная и телеобъектив, выполненный по методу перископа.

У телеобъектива Note20 Ultra эквивалентное фокусное расстояние составляет 120 мм, то есть оптическое увеличение относительно широкоугольного объектива близко к пятикратному. Но из-за особенностей строения подобных объективов для них требуется много пространства, поэтому оптическая система телевика Galaxy Note20 Ultra расположена вдоль корпуса смартфона, а не поперёк него. Поэтому в оптической системе этого объектива используется небольшая призма, разворачивающая изображение на 90°.

Примеры снимков, сделанных с оптическим увеличением 5×:

На последнем снимке мне особенно понравилось, как камера справляется с очень сложными условиями освещения: объекты в тени не выглядят просто тёмным пятном, в них есть объём.

Автофокус

Чтобы объект, который вы фотографируете, был чётким, камеры смартфонов используют автофокус. В Galaxy Note20 Ultra на большинстве модулей используется фазовый автофокус (PDAF). Этот хитрый способ помогает смартфону понять, что объект находится в фокусе: матрица получает два изображения с разных уголков линзы — левой и правой. После этого процессор обработки изображений сверяет их и определяет, насколько объекты совпадают. Если полностью, то объект в фокусе, если же границы расходятся, то случился расфокус. Чтобы исправить эту ситуацию и сделать объект чётким, смартфон подстраивает положение линз относительно матрицы и друг друга и выдаёт чёткий объект.

Но фазовый автофокус — это не новая технология. В смартфонах она используется уже шесть лет, начиная с Samsung Galaxy S4. Новшеством Note20 Ultra для всей серии Galaxy стал лазерный автофокус. Принцип его работы похож на ToF-модуль или, как его ещё называют, «времяпролётной камеры»: специальный «проектор» посылает пучок света, а отдельный от него сенсор ловит его отражение. На основе константы скорости света смартфон понимает, насколько удалён объект и размывает задний фон.

Лазерный автофокус работает по аналогичному принципу, но только данные об удалённости объекта необходимы не для размытия, а, наоборот, для настройки линз, чтобы выбранный объект был чётким.

Оригиналы всех снимков, сделанных на Galaxy Note20 Ultra, вы можете посмотреть на Google Drive.

Самое интересное, что смартфон обрабатывает изображение за доли секунды — вы даже кнопку не успеваете нажать, а у него уже есть информация о том, что вы собираетесь сфотографировать. Причём запуск всех этих процессов начинается в момент тапа по иконке камеры на рабочем столе Galaxy Note20 Ultra. И сделано это всё для того, чтобы вы получали удовольствие от тех снимков, которые делаете на ваш смартфон.

Купить Samsung Galaxy Note20 Ultra вы можете на официальном сайте компании.

Текст подготовлен при поддержке Samsung.