Досягти масштабування завжди можна було двома основними способами: цифровий зум програмно вирізає необхідну область кадру, а оптичний передбачає використання відповідних об'єктивів. Але якщо в класичних фотоапаратах оптичний зум працює шляхом механічного переміщення лінз усередині об'єктиву, то в смартфонах він часто влаштований дещо інакше. Існує і відносно новий гібридний варіант зумування – він поєднує в одному флаконі цифрове та оптичне збільшення.

Цифрове зумування

Цифровий зум – це софтверний варіант збільшення зображення, що передбачає кадрування певного фрагмента картинки з усього поля кадру. Простіше кажучи, смартфон робить знімок умовно на головну тильну камеру, вирізає з нього необхідний шматок і розтягує його на початковий розмір кадру. Область навколо виділеної сцени зрізається як зайва, проте маніпуляції з фотографією здійснюються програмними методами.

При використанні цифрового зуму з усього кадру вирізається певна частина і програмно розтягується до початкового розміру знімка.

Оскільки цифровий зум – це банальне кадрування, то при його використанні неминуче відбувається падіння деталізації та різкості. Фотографії, створені з великою кратністю програмного збільшення, нерідко виглядають розмитими та нечіткими. Втім, із ситуації є вихід. І криється він у відомій «гонці мегапікселів».

У камерах сучасних смартфонів простежується тенденція до суттєвого нарощування кількості мегапікселів – числа точок на матриці, які відповідають безпосередньо за формування зображення. З одного боку, багатомегапіксельні камери забезпечують підвищення деталізації кадру при зйомці в умовах поганого освітлення. На практиці це можна реалізувати завдяки технології бінінгу — об'єднання сусідніх пікселів у групи по 4, 9, 16 і більше точок для підвищення світлочутливості. Тобто. умовна камера на 64 МП при зйомці в режимі бінінгу з об'єднанням по 4 пікселі видаватиме знімки в підсумковій роздільній здатності 16 МП. Докладніше про це розказано у матеріалі «Мегапікселі в камері смартфона: чи така важлива їх кількість?».

З іншого боку, камери високої роздільної здатності дають змогу майже «безболісно» кадрувати знімки при зйомці з допомогою цифрового зуму. Візьмемо, наприклад, роздільну здатність кадру 12 МП – це фотографія з розмірами 4000х3000 пікселів. Цілком робоча величина для постобробки знятих матеріалів та друку знімків «на папері». А якщо основна камера має роздільну здатність 64 МП, то ми отримуємо фотографії в розмірі 9000х7000 пікселів – з них можна легко вирізати потрібний фрагмент 4000х3000 пікселів без істотного просідання якості.

При кадруванні знімків з камер високої роздільної здатності можна досягти прийнятної якості цифрового зумування. Але лише за умови, що розмір кадру буде зменшено.

Що ж до кратності цифрового зумування, воно буває різним. У маркетингових проспектах нерідко можна побачити цифри на кшталт «Цифровий зум 100х», проте практично суто програмне збільшення має обмежене застосування. Кожен крок цифрового зуму погіршує якість зображення. Тому сенс його використовувати є при необхідності відзняти кадри з невеликим збільшенням (до 5х). При великій кратності програмного зумування знімок просто розсипатиметься на пікселі.

Смартфони з гарним збільшенням

Оптичне зумування

Оптичний зум відрізняється від цифрового підходом до створення картинки. Збільшення під час його використання здійснюється ще до зйомки шляхом зміни реальної фокусної відстані. У цьому бере участь група лінз всередині об'єктиву, за допомогою переміщення яких забезпечується ефект масштабування. Лінзи зменшують кут огляду і цим наближають об'єкт зйомки, камера «бачить» картинку вже масштабованою і робить знімок без втрати якості.

У смартфонах оптичним зумом прийнято називати банальне перемикання з ведучого датчика камери на телеоб'єктив або камеру-перископ. Проте називати його так не зовсім коректно — це скоріше покрокове оптичне збільшення із встановленням проміжних позицій наближення програмними методами. Справжній оптичний зум передбачає плавну зміну фокусної відстані у певному діапазоні (наприклад, 85-125 мм у телеоб'єктиві смартфона Sony Xperia 1 V).

У компактний корпус смартфона складно помістити рухому групу лінз. Та що там говорити, дуже нелегко викроїти місце в корпусі навіть під гарний телеоб'єктив, оптична схема якого має більш витягнуту форму. Однак неможливого в цьому немає — виробники мобільників примудрилися придумати так звану камеру-перископ, що розміщується перпендикулярно до корпусу (див. картинку нижче). Світло на її матрицю надходить шляхом заломлення променів через спеціальне дзеркало, завдяки чому вся площа сенсора задіюється для досягнення ефекту оптичного наближення.

Щоб у корпусі смартфона вистачило місця під складну оптичну схему, так звані камери-перископи навчилися розміщувати перпендикулярно корпусу.

Камери з оптичним зумуванням – задоволення не з дешевих і зустрічаються вони лише у деяких флагманських смартфонах. До того ж, подібні фотомодулі мають складну конструкцію. Кратність збільшення камер-перископів зазвичай невелика (до 3х, рідше — 5х). Втім, вони все одно краще цифрового зуму.

Смартфони з камерою з оптичним збільшенням

Гібридний зум

А тепер ми підібралися до найцікавішого. Багатокамерні модулі в сучасних смартфонах дали змогу реалізувати на практиці так зване гібридне зумування. Припустимо, в мобільному телефоні є ведучий датчик основної камери і телеоб'єктив з кратністю оптичного збільшення 2х. Зйомка проводитиметься таким чином:

  • у діапазоні зумування 1х – 1.9х смартфон кадрує зображення з ведучого сенсора;
  • на позначці 2х телефон перемикається на зйомку телеоб'єктивом;
  • наближення понад 2х здійснюється на телеоб'єктив за допомогою цифрового зумування.

*Замість множника 2х можна підставляти будь-яку іншу кратність оптичного збільшення, прописану в характеристиках конкретного смартфона.

Гібридне зумування передбачає комбінацію методів оптичного збільшення та цифрового наближення картинки.

Нехитра комбінація різних модулів камери та цифрового зумування дає змогу отримати якісніший результат. Адже для умовної кратності наближення 4х нам знадобилося б вирізати невеликий фрагмент зображення з усього поля кадру ведучого сенсора камери. А при використанні телеоб'єктива кадрувати передбачається вдвічі меншу область – первинне оптичне збільшення 2х ми вже отримуємо апріорі.

Гібридне зумування реалізується ще одним способом. І в цьому напряму задіяні алгоритми штучного інтелекту. Візьмемо, наприклад, варіант, коли смартфон використовує під час зйомки різні датчики для одночасного захоплення деталей з декількох камер. Отримана інформація може бути використана для інтелектуального поліпшення фотографії з цифровим збільшенням. До рівня оптичного зуму камери такі знімки не дотягують, проте дрібні деталі в них промальовуються набагато краще, ніж при використанні базового цифрового зумування.

Гібридний зум часто використовує в роботі дані з декількох датчиків зображення одночасно, програмно об'єднуючи їх у підсумковий знімок.

У створенні знімків за допомогою гібридного зумування нерідко беруть участь методи інтерполяції – штучного нарощування роздільної здатності кадру за допомогою вставки додаткових пікселів. Ці точки «домальовуються» між оригінальними пікселями та черпають інформацію про колір із сусідніх комірок. Картинку подібними методами легко розтягнути на великий розмір, проте якісне поліпшення зображення можливе лише незначним чином. Про кратності зумування понад 5х тут не йдеться.

Нарешті, гібридне зумування застосовується і в моделях із справжнім оптичним збільшенням. Камера з оптичним зумом умовного рівня 5х виконує первинне наближення картинки, а софт додає програмне зумування, даючи змоги досягти вражаючої кратності наближення аж до 100х.

Смартфони з оптичною стабілізацією камери

Смартфони зі змінною кратністю оптичного зумування

З усього широкого асортименту смартфонів лише лічені одиниці мобільних пристроїв можуть похвалитися камерою зі змінною кратністю оптичного зумування. В інших випадках йдеться про банальне перемикання між модулями тильної камери для досягнення ефекту оптичного збільшення картинки. Проміжне наближення у своїй досягається суто програмними методами.

Для зручності ми склали актуальний перелік смартфонів із змінною кратністю оптичного зуму:

Телеоб'єктив зі змінним набором еквівалентних фокусних відстаней 85-125 мм – коронна «фіча» фотофлагманів Sony з лінійки Xperia 1.

…І по суті на цьому все. Періодично з'являються різноманітні концепти смартфонів зі справжнім оптичним зумуванням, але у «залізі» вони досі не набули широкого поширення.



За технологією оптичного зумування у смартфонах безперечно криється майбутнє. Поки оптичним зумом часто називають зйомку з використанням телеоб'єктива або його більш прогресивного різновиду – камери-перископа. Так, при цьому досягається якась постійна кратність збільшення (2х, 3х, 5х або навіть 10х), але всі проміжні позиції наближення «намальовуються» програмними методами, для чого нерідко застосовуються алгоритми штучного інтелекту.