Камера с технологией dual pixel. Как работает автофокус в смартфоне? Стоит ли ради Dual Pixel покупать новый смартфон

Статьи и Лайфхаки

Впервые реализованная в флагманском смартфоне Samsung Galaxy S7 технология Dual Pixel пришла в мобильные устройства из цифровых камер, так что такое решение по-настоящему инновационным назвать нельзя.

Именно в то время многие «фичи» камер зеркалок начали постепенно внедряться и в гаджеты.

Что-то приживалось, что-то нет, но к настоящему моменту результат налицо: мобильные устройства научились снимать немногим хуже профессиональных камер.

Суть проблемы

На данный момент оптимальным методом автофокусирования изображения является фазовый. Его набор недостатков можно считать минимальным по сравнению с и контрастным типами автофокуса.

Принцип его работы основан на сравнении фаз пучков света, проходящих через точки, расположенные на противолежащих краях объектива. Для этого используются специальные сенсоры, встроенные в матрицу камеры.

Помимо достаточно высокой стоимости аппаратной части , одним из наиболее неприятных минусов является проблема фронт- и бэк-фокуса.

Из-за невозможности равномерно расположить сенсоры по поверхности матрицы на периферии кадра возникают искажения.

Разумеется, до определенной степени они устраняются в процессе обработки снимка программным обеспечением камеры, но разработчики вознамерились решить проблему кардинально. И в целом им это удалось.

Что такое Dual Pixel

До определенного момента разработчики сенсоров для мобильных устройств во главу угла ставили разрешение.

Однако габаритные ограничения привели к тому, что ситуация была доведена до абсурда: камеры становились всё более мегапиксельными, а качество получаемых снимков начало страдать.

В своем модели One M7 решила пойти против тренда. Еще до анонса гаджета все ожидали какой-то экзотики в его камере, вплоть до , но в реальности всё оказалось гораздо забавнее.

Новинка, получившая название , просто и бесхитростно увеличивала площадь сенсора. Разрешение при этом падало втрое, но на качестве фотографий это почему-то не отразилось.

Вернее, отразилось – но в лучшую сторону. Светочувствительность нового сенсора стала существенно выше, благодаря чему процессор камеры получал больше информации для обработки.

Чуть позже в смартфоны, вначале только топового сегмента, пришел фазовый автофокус. Как и в «зеркалках», сенсоров по сравнению с количеством самих пикселей было ничтожно мало.

Однако по заказу пошла на радикальный шаг: в новой матрице Sony IMX260 были использованы 1,44-микронные пиксели UltraPixel, каждый(!) из которых был снабжен собственным фазовым сенсором.

Так сказать, два в одном – отсюда и название новинки, Dual Pixel.

Новая технология потребовала массы процессорных ресурсов для обработки большого количества поступающей с датчиков информации, но с чем-чем, а с производительностью у S-серии Samsung Galaxy всегда всё было в полном порядке.

Насколько успешна Dual Pixel

Ключевым показателем успеха можно считать тот факт, что уже третье поколение флагманов Samsung использует в своих камерах Dual Pixel.

Кроме того, Google Pixel 2 и Pixel 2 XL тоже получили матрицы камер с двойными пикселями.

Следует отметить, что пионерами в данной области южнокорейцы вовсе не являются. За год до выхода Galaxy S7 реализовала в iPhone 6 Plus технологию под названием : как говорится, те же яйца, только в профиль.

В заключение

Для повышения качества фокусирования разработчики флагманских устройств прилагают массу усилий: используют лазер, создают , совмещающий преимущества фазового и контрастного типов, внедряют в программное обеспечение камер элементы искусственного интеллекта.

Технология Dual Pixel однозначно прижилась, но использовать ее хотя бы в среднем ценовом сегменте Samsung пока что не торопится.

То ли не хватает производительности чипсетов, то ли просто не пришло еще время сделать «фишку» для избранных доступной для широких масс пользователей. Возможно, в следующем году она появится хотя бы в камерах A-линейки.

Все чаще мы видим в характеристиках камеры смартфона опцию Dual Pixel. Но не все знают, что значит эта технология. Давайте узнаем о ней подробнее.

Не секрет, что производители всеми способами стараются улучить качество фотографий при сохранении габаритов имеющихся камер. В ход идут абсолютно разные разработки, начиная от второго сенсора и заканчивая программными примочками. Одной из популярных технологий является Dual Pixel. Что это такое?

Dual Pixel. Особенности.

Зачастую в составе цифрового модуля используется фазовый автофокус, состоящий из фотодиодов. Раньше эти датчики занимали лишь 10% сенсора, поскольку раскатать их по всей матрице технически было невозможно. Dual Pixel предусматривает размещение фотодиодов по всей поверхности матрицы, что в свою очередь позволяет быстро и легко фокусироваться на объекте, находящемся в любом участке кадра (даже на краю).

Главным преимуществом технологии Dual Pixel является то, что теперь идеально «понимает» расположение объекта съемки. Это делает автофокусировку быстрой и легкой. Пока фазовый автофокус страдает от недостатка «материала», Dual Pixel справляется со своей задачей практически мгновенно.

Эта особенность заметна при видеосъемке, когда фокус практически в доли секунды переключается с одного объекта на другой. Перемещаясь в кадре, объект съемки всегда будет в фокусе, что обеспечит должную резкость и надлежащее качество материала. Современная технология автофокусировки уменьшает количество смазанных снимков.

Почему мы так долго ждали эту технологию?

Даже при имеющихся технологиях производство камер для смартфонов имеет свои сложности. Поскольку корпус устройств достаточно тонкий, сами модули обязаны быть маленькими. Однако уменьшать фотоэлементы до минимума нельзя, так как это повлияет на качество съемки (наверняка вы читали наш материал про разрешение и размер пикселя камеры. Если нет – переходите ). Раньше оснащать камеры фотодиодом было невозможно, так как пиксели на тех матрицах были крохотными.

Современные матрицы имеют достаточно широкую диафрагму, что увеличивает светосилу. Также производители активно используют более крупные сенсоры. Теперь можно сохранять прежние разрешения и одновременно с этим снабжать каждый пиксель фотодиодом. Кроме того, производители перестали наращивать разрешение камеры, а сделали ставку на совершенно новые технологии. И Dual Pixel – одна из них.

В каких камерах есть Dual Pixel?

Традиционно новые технологии – прерогатива топовых устройств. Dual Pixel использован во всех последних флагманских устройствах Samsung. К сожалению, только южнокорейский вендор делает ставку на новую технологию.

Dual Pixel присутствует лишь в Google Pixel 2. Остальные производители пока что игнорируют эту разработку, поскольку она запатентована Samsung и все модули следует заказывать именно у этой компании. К слову, Sony на данный момент занимается разработкой аналогичной технологии.

Стоит ли ради Dual Pixel покупать новый смартфон?

Если вы не планировали покупать новый топовый аппарат, то приобретать его исключительно ради Dual Pixel не стоит. Кредит или рассрочка на дорогой смартфон ради одной фото-примочки – не лучшее решение. Другое дело, если вы рассчитывали на такую сумму и хотите обзавестись новеньким флагманом.

27.08.2016 5722 Справочная информация 0

недавно представленной зеркальной фотокамере появилась новая функция — Dual Pixel RAW. Давайте попробуем разобраться в том, что на самом деле предлагает использовать компания Canon в своей новинке.

Как уже стало понятно из анонса, никаких принципиальных изменений в пост-обработке не появилось. Новая функция только немного расширяет возможности для редактирования фотографий. Изначально многие сделали вывод, что двойная запись позволит произвольно менять точку фокусировки. Конечно, в действительности, ничего подобного нет. Dual Pixel RAW позволяет делать две манипуляции:

1) микро-подстройку фокуса;

2) сдвиг боке.

Эти слова означают именно то, что кажется. Зону нерезкости действительно можно «сдвинуть» влево и вправо на некоторое расстояние, которое зависит от нескольких факторов, например от расстояния до фона. Конечно, в связи с некоторым изменением ракурса, можно даже сказать, что меняется рисунок боке. Но это не совсем так. Объектив дает определенную картину, которую нельзя изменить.

Микро-подстройка фокуса работает примерно так же: появляется возможность выбрать чуть другую «точку съемки», которая позволит изменить резкость в определенных зонах изображения.

Вместе с данными изображения записывается информация о работе привода фокусировки. Такая информация дает возможность определять точку фокусировки проще. Не совсем понятно: насколько много такой дополнительной информации сохраняется, ведь и в предыдущих моделях, в том числе и в компактах, можно было посмотреть, по какой точке сфокусировалась камера.

В общем и целом все это приводит к тому, что для качественного использования Dual Pixel RAW нужно выполнять ряд условий:

1) объектив с фокусным расстоянием более 50 мм;

2) значение диафрагме от f/5.6 и больше (меньше значение f/...);

3) чувствительность ниже ISO 1600.

Для объектива с ФР 50 мм — дистанция 1...10 метров

Для объектива 100 мм — дистанция 2...20 метров

Для объектива 200 мм — дистанция 4...40 метров

Каждая двойная точка в Dual Pixel RAW формируется из двух разных фотоприемников (пикселов), которые расположены на матрице. Изначально технология использовалась для ускорения работы автофокуса. В данный момент камера 5D Mark IV позволяет записывать отдельные данные для получения фактически двух изображений для одного снимка. Со временем это может развиться, и появятся интересные алгоритмы обработки, которые анализируя зону резкости позволят менять силу применения эффекта в зависимости от "расстояния" до объекта, которое косвенно можно получить из двух разных кадров, снятых как бы с немного разных ракурсов. В теории это позволит очень легко определять зону размытия и размыть ее еще больше. Хотя производители портретных объективов с большой диафрагмой вряд ли будут прилагать усилия к развитию этой технологии.

К сожалению, за новые дополнительные возможности приходится расплачиваться огромным объемом данных. При использовании Dual Pixel RAW фотоаппарат записывает два файла для одного снимка, поэтому место на карте памяти расходуется в два раза быстрее.

В видеоролике ниже показана работа программы микро-коррекции фокуса. Отчетливо видно, что есть два положения фокуса — по количеству кадров.

Google Pixel 2 (XL) стал смартфоном, который создавался с упором на искусственный интеллект. И даже камера Pixel 2 получила выгоду от подобного переосмысления. Например, с помощью ИИ компании удалось создать портретный режим, который способен обрабатывать фотографии программно без использования дополнительной камеры. И Pixel 2 — первый в мире смартфон, который способен делать подобное. Но как это возможно? С коллегами из phonearena мы попытаемся разобраться в данном вопросе.

Так работает портретный режим 12-Мп камеры Pixel 2:

Такой результат удалось получить с помощью трех этапов:

• Маска сегментации
• Карта глубины

HDR+

HDR — высокий динамический диапазон. Режим HDR работает с двумя изображениями, которые имеют различную экспозицию (светлый кадр и темный кадр), комбинируя два кадра в один. Режим HDR+ гораздо сложнее. Он берет не две, а до десяти фотографий, которые сделаны при недостаточной экспозиции, чтобы на выходе при комбинации всех изображений получилась картинка без пересветов. Именно поэтому режим HDR+ работает так долго.

В случае с портретным режимом сделанная фотография первым делом проходит через режим HDR+, а дальше за дело берется ИИ.

Искусственный интеллект

Чтобы выбрать, какая область должна быть в фокусе, а какая нет, смартфон использует искусственный интеллект. Google натренировала нейронную сеть с помощью миллиона фотографий таким образом, чтобы она могла различать людей, животных, цветы и другие подобные объекты, задавая веса каждому нейрону.

Карта глубины

Выделить объект на изображении недостаточно. Нужно знать, как сильно размывать объекты в фоне, ведь одни могут располагаться ближе, другие, наоборот, дальше. То есть нужна карта глубины.

Удалось ее получить с помощью технологии Dual Pixel. Суть технологии заключается в том, что каждый пиксель разделен на два субпикселя, каждый из которых получает информацию под незначительно иным углом. Разница в углах позволяет определить расстояние до объекта. Эту же технологию использует Samsung в S7 и S8, чтобы быстро фокусироваться на объекте. И с технической точки зрения Samsung может реализовать портретный режим в S7 и S8, опираясь на аппаратные особенности камер данных смартфонов.

На выходе получаем такой результат:

Чем область светлее, тем она ближе к объективу камеры, и наоборот

Итоговый результат радует глаз. Но есть один небольшой нюанс. В случае с фронтальной камерой карту глубины получить не удастся, так как она не использует технологию Dual Pixel, поэтому результат будет не таким хорошим, как с основным модулем.

Google можно похвалить за то, что им удалось реализовать подобное без использования второго модуля камеры, а ведь это куда сложнее, нежели попросту внедрить второй модуль.

По материалам phonearena

Как работает автофокус в смартфоне? Какой тип автофокуса работает лучше? Плюсы и минусы лазерного, фазового и контрастного АФ. Чем так хорош dual-pixel?

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:

1. Активный вариант – он базируется на измерении расстояния с помощью локатора-дальномера.
2. Пассивный вариант – он работает со световым пучком, замеряя его интенсивность.

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.