Руководство по апертуре камеры смартфона: что на самом деле способен показатель F1.7?

Руководство по апертуре камеры смартфона: что на самом деле способен показатель F1.7? Советы

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?

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.

Выглядит большим, но это далеко от 12-миллиметрового входного зрачка: Xiaomi Mi 10.
Выглядит большим, но это далеко от 12-миллиметрового входного зрачка: Xiaomi Mi 10.

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.

Постепенное увеличение размера фотосенсора в камерах смартфонов сопровождалось увеличением фокусного расстояния, даже при широкоугольной съемке. Это приводит к меньшей глубине резкости, что можно увидеть на этой фотографии бургера, сделанной камерой Oppo Find X2.
Постепенное увеличение размера фотосенсора в камерах смартфонов сопровождалось увеличением фокусного расстояния, даже при широкоугольной съемке. Это приводит к меньшей глубине резкости, что можно увидеть на этой фотографии бургера, сделанной камерой Oppo Find X2.

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:

  1. Фотография сделана с половиной чувствительности ISO. Половинная чувствительность означает меньшее усиление сигнала изображения и меньший шум изображения.
  2. 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.

В этом примере показано влияние чувствительности ISO на качество изображения.
В этом примере показано влияние чувствительности ISO на качество изображения.

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.

При хорошем освещении телеобъективы Galaxy S20 Ultra по-прежнему на достойном уровне. Фотосенсор начального топового уровня IMX586, работающий в паре с ними, вносит и свою лепту в качество снимков.
При хорошем освещении телеобъективы Galaxy S20 Ultra по-прежнему на достойном уровне. Фотосенсор начального топового уровня IMX586, работающий в паре с ними, вносит и свою лепту в качество снимков.

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.

Противные цветовые полосы: хроматические аберрации имеют тенденцию быть фиолетовыми или зелеными в цвете. Realme X3 SuperZoom может делать их в двух цветах одновременно.
Противные цветовые полосы: хроматические аберрации имеют тенденцию быть фиолетовыми или зелеными в цвете. Realme X3 SuperZoom может делать их в двух цветах одновременно.

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.

Чтобы избежать аберраций, Samsung оснастила свой Galaxy S9 + механической апертурой, которая уменьшает входной зрачок и, таким образом, увеличивает значение апертуры с F1,5 до F2,4.
Чтобы избежать аберраций, Samsung оснастила свой Galaxy S9 + механической апертурой, которая уменьшает входной зрачок и, таким образом, увеличивает значение апертуры с F1,5 до F2,4.

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!

Автор статьи
Богдан Чуб
Люблю свой Android, видео с котиками и хорошие дизайнерские решения для смартфонов будущего.
Написано статей
603
DoitDroid