F2.0, F1.7 или даже F1.4: в последние годы так называемые термины «апертура», «фокусное расстояние», или «f-число», касающиеся смартфонов, стали популярным маркетинговым инструментом.
Но что на самом деле представляет собой понятие «апертура» на камерах смартфонов? И как фокусное расстояние влияет на качество изображения?
- Что такое апертура и фокусное расстояние?
- Почему апертура важна для камер смартфонов?
- Что означает апертура в камере смартфона?
- Почему F1.8 лучше, чем F2.4?
- Почему телеобъективы на смартфонах так несовершенны?
- Размер апертуры и качество изображения: много света, меньше резкости
- Резюме: много шума из ничего
Что такое апертура и фокусное расстояние?
Термины «апертура» (также известный как «f-число») и «фокусное расстояние» обычно трактуются неправильно. Точным термином будет «фокусное расстояние», который описывает фокусное расстояние системы к диаметру входного зрачка. Это соотношение обычно выражается в виде дроби, нормализованной к числителю один в обозначениях «f / 1,8» или «1: 1,8».
С другой стороны, f-число является обратной величиной этой дроби и записывается как F1.8. Очень часто упоминаемая «апертура» является разговорным языком и используется различными способами для обозначения f-числа. Так как мы не являемся научной публикацией на Google+, мы также будем придерживаться лингвистического использования понятия «апертура».
Примечание. При расчете фокусного расстояния входной зрачок измеряется в миллиметрах, так же, как и фокусное расстояние. Поэтому результат в любом случае не имеет точных чисел.
Почему апертура важна для камер смартфонов?
Апертура играет важную роль в фотографии смартфонных камер, особенно в следующих двух аспектах:
- чем меньше число апертуры, тем больше света сможет попасть на фотосенсор. Это логично, поскольку диаметр входного зрачка является знаменателем отношения апертуры. Таким образом, диаметр, который вдвое длиннее, делит f-число пополам – например, с F4 до F2. Эта площадь варьируется в зависимости от квадрата диаметра зрачка, при этом существует квадратичная пропорциональная зависимость. Это означает, что вдвое меньшее значение диафрагмы означает наличие в четыре раза больше света. Удвоение количества света, с другой стороны, происходит при делении апертуры на квадратный корень из двух, например, от F2 до F1.4.
- чем меньше число апертуры, тем меньше глубина резкости. Поскольку смартфоны обычно генерируют глубину резкости с помощью алгоритма, этот аспект остается заметкой на полях.
Что означает апертура в камере смартфона?
Те, кто хочет изучить камеру своего смартфона и апертуру, которая является ее неотъемлемой частью, должны понять такой важный момент: фокусное расстояние и (приблизительный) диаметр объектива, по сути, не одно и то же. Апертура с числом 2 будет означать входной зрачок, диаметром 12,5 миллиметра, при фокусном расстоянии 25 миллиметров. Однако вы не найдете многосантиметровый объектив ни на одном из существующих смартфонов.
Причина в том, что производители всегда указывают фокусное расстояние, которое было преобразовано в 35-миллиметровый эквивалент. По сравнению с 35-мм камерой реальное оптическое фокусное расстояние системы линз смартфона намного меньше из-за фотосеносоров небольших размеров. Например, диагональное измерение сенсора с диагональю 1 / 1,7 дюйма в 4,55 раза меньше, чем у 35-мм или полнокадрового сенсора. Точно так же камера смартфона с сенсором 1/1,7 дюйма требует фокусного расстояния, которое в 4,55 раза меньше для достижения аналогичного угла обзора.
Это соотношение между диагональным измерением 35-мм фотосенсора и сравниваемым фотосенсором называется коэффициентом кадрирования или форматным коэффициентом. Фактическое фокусное расстояние, умноженное на коэффициент кадрирования приводит к эквиваленту фокусного расстояния 35 мм.
Так как глубина резкости камеры зависит от фокусного расстояния и апертуры, теперь также ясно, почему вы не можете получить ничего похожего на красивый эффект размытия с числом F1,8 и эквивалентным фокусным расстоянием 50 мм, как вы можете сделать это с помощью цифровой зеркальной камеры с F1.8. Фактическое фокусное расстояние остается определяющим, когда дело касается глубины резкости, и обычно оно составляет от 5 до 15 миллиметров. И именно поэтому эффект боке обычно программно ориентирован.
Почему F1.8 лучше, чем F2.4?
В то время как размер апертуры оказывает значительное влияние на эффект боке в полноразмерных камерах, этот эффект незначителен в смартфонах. Это связано с тем, что камеры смартфонов обычно не имеют возможности регулировать размер диафрагмы для использования в качестве творческого варианта дизайна. Но мы вернемся к этой идее позже.
Вместо этого основное внимание уделяется интенсивности света. Например, переход с F2.4 до F1.7 означает, что у смартфона в два раза больше доступного света для фотографии. Это, в свою очередь, дает дорогу для дополнительного освещения:
- Фотография сделана с половиной чувствительности ISO. Половинная чувствительность означает меньшее усиление сигнала изображения и меньший шум изображения.
- Фотография сделана с половиной выдержки. Это снижает риск сотрясения камеры при быстрых движениях или в условиях низкой освещенности.
Так в чем же разница между F1.8 и F2.0? На самом деле, в данном случае нет большой разницы. В итоговом качестве изображения алгоритмы обработки изображений играют гораздо большую роль в эпоху цифровой фотографии.
Почему телеобъективы на смартфонах так несовершенны?
Кстати, приведенные выше детали также объясняют, почему телеобъективы в смартфонах обычно дают странные результаты. Поскольку фокусные расстояния сравнительно велики, интенсивность света, в основном, меньше, по сравнению с широкоугольными объективами. Например, телеобъектив Samsung Galaxy S20 Ultra имеет показатель всего F3.5, но, в то же время, телеобъективы гораздо более чувствительны к дрожанию камеры.
Как правило, для 10,3-миллиметрового телеобъектива в S20 Ultra требуется выдержка примерно в четыре раза больше, чем у основного 26-миллиметрового фотосенсора (при условии, что система оптической стабилизации изображения одинаково хорошо работает на обоих). 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 цифры
100 до 1600. С учетом, как правило, гораздо меньших телеобъективов, становится ясно, что это не будет работать.
Размер апертуры и качество изображения: много света, меньше резкости
Прежде чем ваш мозг передохнет, мы хотели бы обсудить один последний аспект размера апертуры: качество оптического изображения. Создать так называемый «быстрый объектив» намного сложнее, чем просто поместить большой кусок стекла перед фотосенсором. Хотя свет не полностью преломляется до середины линзы, изгиб на пути света к краю всегда сильнее.
К сожалению, у света есть неприятное свойство, когда показатель преломления зависит от длины волны. То, что кажется сложным, можно легко объяснить с помощью солнечного света, который отражается через окно и создает радугу в вашей гостиной. Это явление становится все сильнее и сильнее с более высокой степенью преломления света, а, следовательно, с большей апертурой, и его становится все сложнее исправить.
В техническом жаргоне цветовые полосы, образованные таким образом, известны как «хроматические аберрации». Они обычно сильнее на краю изображения, чем в середине, и встречаются в основном при высококонтрастных переходах, например на ветвях перед ярким небом.
Чтобы не переоценивать спецификацию, получая плохие отзывы, когда дело доходит до фотосъемки, Samsung включила в некоторые из своих ведущих смартфонов механический затвор. Этот затвор покрывает край линзы при хороших условиях освещения, чтобы минимизировать такие ошибки изображения.
Резюме: много шума из ничего
Так нужно ли нам уделять слишком большое внимание тому, что Samsung, Huawei и другие компании продают нам свои рекордные уровни освещенности? Конечно, нет. Поскольку различия между F1.7 и F1.8 незначительны, другие функции камеры играют здесь гораздо большую роль, например, используемый сенсор изображения и программные алгоритмы.
Вам помогла данная статья? Какие еще аспекты смартфонов и особенно их камер вас интересуют? С нетерпением ждем ваших комментариев!