Зачем нужны 2 камеры. Для чего в смартфонах делают двойные камеры

Сейчас найти в продаже более-менее дорогой смартфон с одной камерой на задней панели — задача практически невыполнимая. Почему? Потому что несколько фотосенсоров позволяют делать то, на что один-единственный сенсор не способен. И подходов к реализации этой идеи много.

В этой статье мы расскажем о том. зачем в абсолютном большинстве топовых и многих среднебюджетных смартфонах устанавливают по две, три и даже четыре камеры. С каждым месяцем производители выпускают все более дешевые мобильники с этой «фишкой», так что разобраться в ее смысле лишним не будет.

Подход «Две (три, четыре) лучше одной»

Разные фотомодули и объективы могут исполнять разные роли. Объектив с низкой апертурой и широким углом обзора отлично справится с детальным захватом объекта, который находится вблизи, но плохо покажет себя во время съемки движущейся цели. Длинный объектив позволит снять что-нибудь на удалении, но пропускает на сенсор меньше света.

Дело тут еще и в том, что смартфоны — штуки по сравнению с полноценными камерами очень миниатюрные. Фотомодуль не может иметь толщину больше нескольких миллиметров, что накладывает на инженеров серьезные ограничения. Добавление нескольких камер — отличный способ эти ограничения обойти.

Основная камера Galaxy S9 использует два одинаковых сенсора, но два разных объектива.

Кроме того, очень важно помнить о роли постобработки картинки. Производители смартфонов соперничают не только в том, сколько камер и какие объективы устанавливаются в их девайсы, но и в эффективности работы сверхсложных алгоритмов, которые отвечают за удачное и корректное комбинирование всей информации, полученной с разных сенсоров. У Google, Sony, Samsung и других они абсолютно разные.

В итоге изображение, полученное с использованием нескольких камер, просто объективно становится лучше обычного — благодаря постобработке в нем совмещаются преимущества сразу нескольких фото, а минусы разных объективов и сенсоров нивелируются. Именно так, к примеру, работает технология HDR — несколько фотографий делаются с разными настройками уровня экспозиции, а результатом становится HDR-картинка с широким цветовым диапазоном.

Благодаря нескольким сенсорам улучшаются все параметры фото (и видео, но там используются другие, менее качественные и более быстрые алгоритмы) — и детальность, и уровень шумов, и степень размытости, и баланс цветов. Стоит лишь помнить о том, что наличие двух и более камер совсем не гарантирует приятный глазу результат — правильно настроенные алгоритмы постобработки важны даже больше.

Один из примеров работы таких алгоритмов — эффект «боке», который в большинстве случаев работает совсем не так, как на традиционных зеркальных камерах. Камеры смартфонов просто «умно» размывают фон изображения — с переменным успехом. Иногда это приводит к поразительным результатам, а иногда — к появлению странных артефактов (например, iPhone на одной из старых версий прошивки могли добавить маленьие зубы на зубы улыбающегося человека).

Примеры такого подхода: iPhone X , iPhone XS , iPhone XS Max ; Samsung Galaxy Note 9 , Galaxy S9 ; LG V30 ; Huawei Mate 20 Pro

Подход «Оптический зум»

Камеры смартфонов способны на многое, но с одним они справляются откровенно плохо — с приближением картинки. Из-за своих размеров объективы мобильников просто не в состоянии менять фокус и захватывать достаточно информации. Исключением можно считать разве что странные решения вроде того, которое использовали в Samsung Galaxy S4 Zoom , а они попросту не прижились.

Что ж, использование двух и более фотосенсоров позволяет решить и этот вопрос, как минимум в какой-то мере. Вспомогательный объектив современных смартфонов часто предназначен именно для этого. Результат не сможет посрамить профессиональную цифровую камеру с полноразмерным объективом, но он все равно гораздо лучше, чем результат, полученный с использованием обычного цифрового зума (а он просто увеличивает картинку с использованием сравнительно примитивных алгоритмов).

К примеру, Apple называет основную камеру топовых iPhone «широкоугольной», а вспомогательную — «телефото». Именно вспомогательная помогает приближать изображение примерно вдвое без особой потери качества.

Обычно вторичный (или один из трех-четырех) сенсоров имеет отличный от основного показатель светопропускания — соотношение апертуры и диаметра объектива. Здесь в дело тоже вступают алгоритмы, без которых комбинация двух картинок была бы просто невозможной. Разные производители добавляют к этому всему свои «фишки» — к примеру, Samsung позволяет «дополнить» приближенную картинку отсутствующими участками, которые сняты основным модулем и обработаны отдельным алгоритмом, чтобы лучше соответствовать изображению со вторичного.

Примеры такого подхода: iPhone X , iPhone XS , iPhone XS Max ; Samsung Galaxy Note 9 , Galaxy S9 ; LG V30

Подход «Волшебник страны Оз»

Окей, «Волшебник страны Оз» — не совсем технический термин. Просто так мы бы предложили назвать подход, при котором одновременно используются цветные и монохромные (черно-белые) фотосенсоры.

Обычные настройки фото в таких смартфонах позволяют получить фотографию с более высоким уровнем деталей — опять-таки, пресловутые алгоритмы берут информацию с монохромного снимка и добавляют ее в цветной, в итоге заметно его улучшая.

Изображения, полученные монохромным сенсором и цветным сенсором Essential Phone.

Опять-таки, здесь очень много зависит именно от реализации алгоритмов. Помимо повышения уровня детальности картинки монохромный сенсор еще и позволяет быстрее работать системе автофокуса, а также даже показывать пользователю результат работы нескольких объективов в реальном времени.

Некоторые компании — например, Huawei со своим P20 Pro — используют сразу несколько описанных нами подходов. У P20 Pro три сенсора — 20-мегапиксельный основной, вспомогательный с тройным зумом и монохромный, который улучшает четкость финального изображения.

Подход Google Pixel и будущее индустрии

А что же Google с ее флагманскими Pixel 3 и Pixel 3 XL ? Эти модели числятся топовыми и используют всего одну камеру на задней панели — почему? Что ж, здесь все предельно просто.

Google — компания, которая, пожалуй, в ходе своей деятельности собрала больше информации, чем любая другая организация, когда-либо существовавшая на нашей планете. В ее распоряжении — тысячи, миллионы и миллиарды фотографий и видео, на которых с помощью мощных серверов тренируют ИИ-алгоритмы.

Понимаете, к чему это все? Google считает (и вполне обоснованно — просто взгляните на рейтинг DxOMark), что алгоритмы — вообще всему голова, и им достаточно всего одной картинки, чтобы творить чудеса. И получается! Достаточно посмотреть на необыкновенные результаты работы «ночного режима» камеры Pixel 3 или ее портретные снимки. В общем, этот подход тоже пока имеет право на существование. Получится ли у этих алгоритмов еще более впечатляющий результат, если Pixel 4 будет иметь два или три фотомодуля? Все зависит от инженеров Google и ее желания идти на риск. Ну а пока что ее девайсы и так находятся чуть ли не впереди всех конкурентов.

Что дальше? А дальше все станет еще интереснее. HMD Global, к примеру, на выставку Mobile World Congress 2019 в Барселоне привезет новый флагманский смартфон Nokia 9 PureView , который получит целых пять камер. Для чего они все будут нужны? Пока не ясно. А еще в 2019 в смартфонах начнут использовать специальные сенсоры типа 3D Time-of-flight, которые с помощью измерения скорости движения света к объекту и обратно позволяют вычислить глубину его расположения в кадре. Эти сенсоры в сочетании с традиционными должны сделать фото еще более реалистичными и детальными.

Как же выбрать смартфон, который снимает фото и видео лучше остальных? Раньше основным советом было «не ведитесь на количество мегапикселей», а теперь к нему добавляется еще и «не ведитесь на количество камер». Главное — результат, так что просто оцените его по обзорам специалистов. Например, той же лаборатории DxOMark.

Сдвоенная фотокамера - это тренд 2016 года в смартфоностроении, хотя первые попытки расположить сзади мобильного устройства два модуля для фото, предпринимались куда раньше. Учитывая, что двойной камерой оборудован iPhone 7 Plus, а другие (особенно китайцы) любят подражать Apple – традиция оснащать свои детища парой фотокамер продолжается и в 2017. Зачем смартфону двойная камера – попробуем разобраться.

Один из способов использования двойной камеры – съемка стереофото, предназначенных для просмотра на 3D мониторе. Для этого смартфон оборудуют парой модулей, расположенных на небольшом расстоянии друг от друга. Объектив каждого из них имеет немного другое поле зрения, подобно тому, как левый глаз видит все из немного другого ракурса, чем правый. За счет разделения картинок с камер (обычно анаглифного, с помощью красного и синего светофильтров) – при использовании специальных очков такие фото кажутся объемными, трехмерными.

Первыми смартфонами с двойной 3D камерой были LG Optimus 3D Max и HTC Evo 3D. Однако технология не лишена недостатков, в первую очередь, из-за того, что расстояние между объективами отличается от расстояния между глазами. Смартфоны с камерами, снимающими в стереоформате, не стали популярными.

Расширение поля зрения

Второй способ использования двойного модуля в смартфоне – расширение поля зрения объектива. Обычая (универсальная) оптика рассчитана на съемку как в макро, так и пейзажей. Из-за этого ее угол обзора довольно ограничен: чтобы все попало в фокус, придется использовать сильно выгнутые линзы с эффектом рыбьего глаза, или делать нестандартные широкоформатные фотосенсоры (например, с пропорциями 2:1). Дополнительный модуль, оснащенный наиболее подходящими для фото пейзажей и панорам компонентами, спасает ситуацию.

Пример смартфона, в котором вторая камера используется для съемки панорам и пейзажей - LG G5. У таких гаджетов основная матрица универсальная, и имеет углы обзора 70-90 градусов. Вторая более узкоспециализированная, с расширенным до 100-120 и более градусов полем зрения. Это позволяет делать панорамы в один миг, без использования склейки и перемещений смартфона, неизбежно приводящих к возникновению графических дефектов на картинке.

Снимок при помощи LG G5

Оптическое приближение

Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие оптического зума. При приближении объекта съемки система просто берет кусок изображения и “растягивает” его до нужного размера, но детализация от этого не улучшается. Встроить полноценный механизм зума пытались еще в 2005-2006 годах (например, в Nokia N93). Однако он сложен, крупноват (чтобы убедиться, достаточно взглянуть на “мыльницы” с телескопическим объективом) и дорог, потому не подходит. А вот если просто поставить две одинаковых камеры, одна из которых имеет стандартную оптику, а вторая телескопическую, то переключаясь между модулями – можно приближать объект съемки.

Двойной модуль, использующийся для оптического зуммирования, имеет Apple iPhone 7 Plus. Обе матрицы в нем одинаковы, но одна оснащена светосильной оптикой со стандартными параметрами, а вторая с ограниченным углом обзора, но с дальним обзором.

Оптическое приближение в iPhone 7 Plus

Повышение четкости, детальности и контрастности фото

Цифровая камера лучше всего передает на картинке объект, на который производилась фокусировка. Побочные детали будут переданным менее качественно. Учитывая, что две камеры и света уловят больше, и фокусироваться могут по разным точкам независимо, то смогут обеспечить более четкую передачу деталей. Две фотографии, соединяемые по принципу HDR воедино, объединяют достоинства обоих камер. К примеру, если одна фокусируется на ярком летнем небе, а вторая - на предметах в тени, то в кадре и небо будет таким же ярким, и затененные объекты не окажутся в темноте.

Применение двойного модуля с камерами, одна из которых цветная, а вторая - монохромная (как у Huawei), повышает четкость и детализацию. Черно-белый сенсор не нуждается в четкой передаче оттенка (он передает его просто одной из градаций серого), благодаря чему он “сосредоточен” на контурах, а не цвете. Именно по этой причине ночные камеры наблюдения делают монохромными. Цветная матрица занимается фиксацией цветов, черно-белая - лучше регистрирует мелкие детали, а вместе - они дают и яркую, и детальную картинку.

Акцент на объекте съемки, эффект боке

Фишкой ближнеплановых объективов, используемых совместно с профессиональными камерами (беззеркалками, зеркалками) является естественный “эффект боке” – замыление фона, при необычайной четкости предметов в фокусе. Универсальный объектив (коим оборудована матрица среднестатистического смартфона) так не может в принципе – оптические параметры не те. А вот если сделать два модуля, один из которых будет фокусироваться на объекте съемки, а второй зафиксирует то, что нужно замылить – склейка кадров с них позволит добиться должного эффекта. Это размытие достигается программным способом. Эталонным в съемке кадров с эффектом боке считается iPhone 7 Plus. Пример эффекта "боке" при помощи iPhone 7 Plus:

Для эффекта боке и детализации предмета съемки двойная матрица используется еще в смартфонах Xiaomi (Mi5S Plus, Redmi Pro). Не всегда очень успешно, но в среднем - эффект получается немного лучше, чем при использовании чисто программных методов размытия фоновой обстановки.

Другие эффекты

Существуют и иные цели, для которых может применяться двойная камера в смартфоне, но они не столь распространены. К примеру, в Xiaomi с двойной матрицей можно делать фото со сменным фокусом, но эта возможность фактически является производной от уже упомянутой функции повышения четкости. Также можно сделать две камеры с разным полем зрения, из снимков которых будет склеиваться бесшовная широкоугольная панорама, но такая функция тоже пока не востребована. В принципе, использовать двойной модуль можно многими способами, все ограничивается лишь фантазиями разработчиков. Так что в 2017 году можно ожидать и новые варианты применения.

Также вам понравятся:

Все что нужно знать об архитектуре big.LITTLE и как она работает в смартфонах Обзор bluetooth-клавиатур для смартфона: подборка 7 моделей
Технология Push to talk: что это, какие смартфоны и операторы поддерживают

Зачем в современных смартфонах устанавливают двойные камеры, для чего их вообще изобрели? Всё дело в дополнительных функциях и свойствах, с которыми не может справиться обычная камера.

3D стерео-эффект

Некоторые двойные камеры могут снимать фото и видео со стереографическим (пространственным) эффектом. Такие медиафайлы можно посмотреть на специальных 3Д-мониторах в стерео-очках (вы видели такие в кинотеатрах, они с синими и красными стеклами).

Модули таких камер как правило имеют одинаковое разрешение, например 13/13МП, но найти такие смартфоны стало непросто: технология не обрела популярности и производители начали закладывать в камеры другие функции.

Расширение поля зрения

Вы замечали, что профессиональные фотографы носят с собой несколько объективов? Если не вдаваться в подробности, то им нужны минимум 2: первый нужен для портретов (снимать близко), второй для пейзажей (снимать далеко).

Одинарная камера всегда универсальна и снимает одинакового хорошо (или плохо) объекты вблизи и на удалении. Но все мы хотим снимать как настоящие ПРОФИ ! И нас услышали: изобрели двойные камеры!

Первый объектив снимает близко (широкоугольный), а второй далеко («телевик», снимает далеко, вы их видели у папарацци, выглядят как здоровенные тяжелые и длинные трубы).

Эффект получается довольно красивым: снимаем широкое здание издалека, но оно всё влазит в кадр! Теперь не надо склеивать фото. А пример того, о чем мы говорим на картинке ниже:

Оптическое приближение

Игра с модулями на этом не останавливается: некоторые производители хотят от своих камер выполнения других функций. Например, Apple в своём , решила реализовать крутой зум (увеличение). Для этого она сделала первый модуль стандартным, а в качестве второго использовала уже знакомый нам «телевик».

Работает это так: первый сенсор выполняет роль обычной камеры. Когда дело доходит до оптического увеличения (зума), то ей помогает вторая «дальнобойная» камера . При такой слаженной работе снимки удаленных объектов получаются очень детализированными и четкими. Ниже пример:

Вторая камера (точнее сенсор) сделает фото четким и детальным

Это не еще одна функция, а скорее дополнение разъяснение предыдущих пунктов. Вы знаете, что при фотографировании «прицел» (крестик, кружочек и пр.) всегда ищет цель и фокусируется на ней. В этой части снимка всё будет четко и детально. Но вот по бокам могут появляться проблемы в виде нечеткостей и размытостей.

Кстати, иногда эта размытость нужна по художественному замыслу фотографа. Называется она «эффект боке» и о ней чуть позже.

Вот тут придет на помощь второй модуль , который не зависимо от первого выхватит все упущенные детали окружения объекта. Каждый занят своим делом и а результат получается великолепным.

А теперь о крутом эффекте боке, или художественном размытии фона в портрете

К сожалению, универсальные модули камер мобильников не обладают достаточной малой глубиной резкости и большой светосилой своих объективов. Всё дело в универсальности камер: именно она и вставляет палки в колеса начинающим ПРОФИ.

Смотрите, что получается: камеры настроены так, чтобы делать максимально четкие снимки как близких, так и далеких предметов. Щелк!… и вы получаете четкую картинку любимого пёсика и далёкого леса за ним.

Но нам это не подходит, нам нужна малая глубина резкости , которая снимет четко только лицо человека, а остальное красиво размоет! Вот тут и приходит на помощь второй сенсор: в то время, пока первый «ловит» человека, второй снимает задний план. Получаются 2 снимка.

Эти два снимка затем обрабатываются программой (склеиваются) и в процессе склеивания, задний фон размывается. Вуаля! Красивый портрет с боке готов! Можно постить! (Кстати, можете репостнуть и эту статью, будем благодарны.)

Профессионалы наверняка сейчас поморщились, но мы — любители жанровой мобильной фотографии — довольствуемся программной обработкой. А всё потому, что в смартфон невозможно поместить крутой объектив. Ну вы же понимаете…

Напоследок хочется выразить надежду на то, что статья помогла вам и теперь вы понимаете, зачем, а главное — как работает двойная камера в смартфоне. Вы можете с умным видом знатока ответить на провокационные вопросы типа «Нафига она тебе, зачем переплачивать за это?».

p.s.: Кому интересно, заходите в наш . На этом всё, всем вам удачи в делах.

Начнем с очевидного вопроса: что такое двойная задняя камера? По сути, это означает, что вместо одного есть два фотодатчика - смартфоны с этой технологией имеют два разных фотодатчика, которые работают в взаимодополняющем режиме друг к другу. Каждая из них среди деталей телефона числится как «основная камера».

Как правило, основной сенсор смартфона действует более или менее как обычная камера: он наилучшим образом создает цветные изображения. Второй датчик предназначен для добавления элементов, которые не могут быть захвачены первым датчиком, особенно это касается глубины резкости. Сочетание обоих изображений, которое осуществляется в электронном виде приложением камеры, таким образом, две камеры в телефоне дают оптимальный результат. Каждый производитель смартфонов имеет собственную стратегию для разработки функций двойной камеры, чтобы увеличить потенциал фотокамеры. Поэтому без дальнейших церемоний, давайте погрузимся в эту тему подробнее и посмотрим, какие преимущества предлагает двойная камера.

Зачем нужна двойная камера и что она дает

1. Улучшение спецэффектов

• Изображения, которые являются почти трехмерными . Одним из преимуществ двойной камеры на телефонах, очевидно, является перспектива. Давайте возьмем, например, Honor 6X или даже Huatex Mate 9. Благодаря второй линзе, расстояния анализируются лучше, и мы можем получить почти трехмерное изображение. Хотя этот эффект и позволяет создавать красивые фотографии, на самом деле это не основная функция двух камер. Этот анализ глубины резкости является ключевым элементом, который позволяет достичь других специальных эффектов, таких как те, которые описаны ниже.
• Эффект Боке . Дополнительные окружающие элементы, захваченные вторым объективом, позволяют улучшить резкость изображения. Как пользоваться двойной камерой, применяя эту функцию? На HTC One M8 есть возможность добавлять цветовые эффекты к фону и переднему изображению или копировать части изображений и добавлять их к другим фотографиям. Самая интересная часть касается зон, которые не в фокусе, эффект размытости может быть достигнут через объектив камеры.
• Дополненная реальность . В Lenovo Phab 2 Pro и Asus Zenfone AR есть еще одна концепция: в дополнение к традиционной RGB-камере есть также объектив «рыбий глаз» и камера, называемая «время пролета». Действительно, это своего рода камера 3-в-1. Для чего нужна такая функция? Идея проста: благодаря инфракрасному лазеру, встроенному в камеру, свет отражается. Глубина поля вычисляется электронным способом таким точным образом, что его можно зафиксировать с помощью датчиков RBG. Именно по этой причине компания Google заинтересована в этих камерах в своем проекте Tango - большие результаты могут быть достигнуты для дополненной реальности. В дополнение к глубине содержимого поля, которое было захвачено, смартфон также может определять положение пользователя в комнате.

2. Улучшение фотосъемки телефона

• Фотографии с большим количество деталей . У Huawei P9, Mate 9 и Honor 8 есть своя стратегия. Их второй датчик не воспринимает цвет (он видит только в черно-белом стиле), но он способен подбирать детали. Затем цвет добавляется к конечному изображению с помощью программного обеспечения. Подводя итог, этот тип технологии позволяет получить более подробные фотографии, что, конечно же, полезно, если вы хотите сделать максимально детализированную фотографию вашего объекта.
• ... даже при плохом освещении. Управление освещением важно в фотографии, и кошмар каждого фотографа (будь он любитель или нет) – не иметь идеальных условий освещения. Зачем же нужна данная функция? В то время как в профессиональном мире можно достичь требуемых условий освещения, фотограф-любитель окажется в трудном положении, когда наступит ночь, или если условия освещения слишком бедны. К счастью, для них есть вторая камера. Она фиксирует все детали, и освещение добавляется впоследствии. В общем, результирующее изображение не всегда идеально, но оно лучше, чем то, что они захватили бы с помощью только одного датчика.
• Масштабирование с минимальной потерей качества. Некоторые устройства, такие как iPhone 7 Plus, оптимизированы, чтобы предложить отличную функцию масштабирования, которая превосходит цифровой зум, который вы найдете на большинстве смартфонов. LG G5 также отличается, но в целом по-другому: один из его датчиков имеет широкий угол, что означает, что он может захватывать гораздо более широкий диапазон (эта функция делает его идеальным для съемки фотографий природы и окружающей местности, пейзажей, в то время как iPhone 7 будет лучше подходить для более конкретных фотографий, таких как портреты). Другими словами, этот широкий угол добавляет еще одно измерение к изображению, размещая основное изображение в фоновом режиме, активируя функцию масштабирования.Как работает двойная камера и что она дает владельцу смартфона – мы с вами выяснили. Вам остается решить, настолько ли эти функции необходимы именно вам, чтобы отдать за смартфон более крупную сумму.

Максимально открытая диафрагма

Выходит, смартфон обрабатывает фотографию разными алгоритмами, и она получается не такой, как на самом деле?

Смиритесь, это уже давно реальность. Даже самые первые цифровые фотоаппараты умели автоматически устанавливать баланс белого - а ведь это уже обработка. Любая камера «подтягивает» резкость и контрастность и посильно убирает шум. И именно в алгоритмах лежит причина того, что смартфоны Sony снимают в большинстве ситуаций хуже конкурентов , хотя те же самые фотомодули (опять-таки Sony) стоят в доброй половине флагманских смартфонов.

Что именно сделала Leica для Huawei? Смартфон в самом деле будет снимать, как эти дорогущие камеры?

Это знают только Huawei и Leica. Leica как-то поучаствовала. Это не значит, что немцы конструировали объективы или матрицы, как не значит и о, что они создавали алгоритмы обработки снимков для P9. Явный след можно найти только в интерфейсе приложения камеры - там используются фирменные шрифты из камер Leica - и в двух режимах стилизации картинки: «Блеклая плёнка» и «Яркая плёнка». Всё остальное - просто «возможно». Возможно, всё это - целиком чисто маркетинговый шаг и торговля брендом.

Какой в Huawei P9 автофокус?

Три разных. Вблизи работает лазерная фокусировка - смартфон испускает лучи (спокойно, они невидимые и безопасные), ловит отражение от предметов и делает выводы об удалённости тех. Это не такая уж инновация, лазерный автофокус уже был, например, в аппаратах LG G4 и в Google Nexus 6P (его тоже делала Huawei).

Если лазер не срабатывает, смартфон прибегает к плюсам своего бинокулярного зрения, вычисляя расстояние до объектов в кадре. Наконец, есть запасной вариант - контрастный метод, самый медленный.

Что можно настроить в ручном режиме съёмки?

• режим замера экспозиции (оценочный, центрально-взвешенный и точечный)
• чувствительность (от ISO 50 до 3200)
• выдержку (от 1/4000 до 30 секунд)
• поправку экспозиции (от –4 до +4)
• режим автофокуса (ручной, AF-C, AF-S)
• баланс белого (автоматический, несколько предустановок, ручная установка цветовой температуры)