Что такое фазовый автофокус в смартфоне

Что такое фазовый автофокус в смартфоне

Рассказываем о широко распространенной и полезной технологии в камерах смартфонов.

Все хотят, чтобы при съемке фотографии получались ясными и четкими, а фотографируемый объект — отчетливым и резким, то есть находился в фокусе. В настоящее время во всех современных гаджетах есть автоматический фокус, при котором устройство самостоятельно размещает линзы на таком фокусном расстоянии, которое позволит запечатлеть предмет съемки без смазывания.

Со стороны кажется, что все происходит просто и быстро — достаточно навести камеру на нужную область кадра, и фотография готова. На самом деле за короткий промежуток времени происходит масса незаметных нам процессов и вычислений.

В большинстве устройств используется автоматическая фокусировка, реализованная на основе сканирования световых фаз — фазовый автофокус. Попробуем описать его принцип действия доступным языком.

Впервые такой тип автофокусировки был установлен в зеркальных фотоаппаратах, где зарекомендовал себя как стабильный и быстрый. Позже фазовым автофокусом стали снабжаться фотокамеры смартфонов — сейчас этим никого не удивить.

Как работает фазовый автофокус?

От всех областей фотографируемой картинки потоки света попадают в объектив камеры, а после этого на светочувствительный сенсор — матрицу камеры. На ней расположен фазовый датчик (зачастую не один), который анализирует равномерность поступивших световых фаз. Если они одинаковы, фокусное расстояние относительно объекта съемки выбрано верно. При расхождении характеристик полученных световых потоков этот датчик сообщает об этом процессору камеры, который перемещает линзы объектива для получения верных параметров световых фаз. Эти измерения происходят очень быстро.

В большинстве мобильных камер фазовые датчики располагаются равномерно по площади будущего кадра, чтобы охватить зоной резкости любой отдельный объект. Благодаря этому возможно объединение резкости на нескольких объектах съемки, находящихся на примерно одинаковом расстоянии от объектива.

Чтобы наглядно представить работу и расположение фазовых датчиков на матрице, давайте вспомним процесс фотографирования на цифровой мыльнице или зеркальном фотоаппарате. Перед тем, как сделать фотографию, мы не до конца нажимаем на кнопку спуска затвора. В этот момент происходит оценка возможных объектов фокусировки — на дисплее они помечаются многочисленными квадратиками или красными точками. Это и есть проявление работы фазовых детекторов.

Плюсы и минусы

Достоинство фазового автофокуса — высокая скорость наведения, особенно по сравнению с устаревшим контрастным аналогом. Процессору камеры и детекторам необходимы доли секунды для замера и установки резкости, причем ошибки фокусировки достаточно редки.

В современных флагманских смартфонах количество детекторов настолько велико, что может покрывать до 20% матрицы, поэтому качество снимков значительно возрастает. Некоторые производители, например Samsung, снабжают матрицу камеры своих гаджетов световыми датчиками на все 100% — речь идет о технологии Dual Pixel , о которой мы подробно рассказывали в этой статье.

Еще один несомненный плюс фазового автофокуса — возможность фокусироваться на движущихся объектах. Несмотря на то, что картинка в этом случае стремительно меняется, датчики наводят резкость на нужный предмет.

Недостаток фазового автофокуса — увеличение вероятности неверной фокусировки при недостаточном освещении, когда фотографируемый объект располагается на значительном расстоянии от камеры. В этом случае световым детекторам недостаточно информации о фотографируемых объектах.

Напоследок простой, но полезный совет. Чтобы получить фотографию с резкостью в нужной вам области (не только по центру), при наведении смартфона прикоснитесь к дисплею в требуемой точке фокуса.

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.

Читайте также:  Aurora 3d animation maker как пользоваться

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.

Читайте также:  Zyxel keenetic lite как настроить ростелеком

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.

Всем продвинутым пользователям известно, что качество снимков определяется не количеством мегапикселей, а размером матрицы, светосилой, объективом и другими характеристиками. Одним из важных параметров современной мобильной камеры стал автофокус — от его работы зависит, будет ли объект съёмки чётким даже при быстром движении. Сейчас существует несколько разновидностей автофокусировки, но самым последним тенденциям соответствует фазовая. О преимуществах фазового автофокуса мы и поговорим в сегодняшней статье, вооружившись Honor View 10.

Зачем нужен автофокус?

Начнём с того, что сегодня практически в любом смартфоне, даже самом бюджетном, есть система автофокусировки. Грубо говоря, автофокус — это когда камера гаджета самостоятельно наводит резкость во время съёмки фото и видео. Он нужен для того, чтобы максимально упростить процесс и не крутить каждый раз настройки, как при съёмке на профессиональный зеркальный фотоаппарат.

Работу автофокусировки вы в большинстве случаев просто не заметите: резкость настраивается автоматически, как только вы включаете камеру или нажимаете на кнопку затвора. Если нужно сделать фокус на каком-то определённом объекте, как правило, достаточно лишь тапнуть по нему на экране устройства.

Читайте также:  Как смонтировать диск в ubuntu

Актуальные типы автофокусировки

На сегодняшний день существует три основных вида автофокусировки.

Контрастный автофокус. Относится к пассивному типу, то есть сенсоры камеры ничего не излучают. В основном данное решение применяется в недорогих смартфонах. Главная причина в том, что такой вид фокусировки — самый простой. Камера ориентируется на величину светового потока, попадающего на матрицу. Перемещая линзу, программное обеспечение добивается наибольшего контраста и таким образом фокусируется на объекте съёмки. Именно поэтому бюджетным гаджетам на фокусировку требуется несколько секунд, за которые легко упустить или смазать движущийся объект.

Лазерный автофокус. Достаточно свежая технология, относящаяся к активному типу фокусировки. В основе лежит принцип лазерного дальномера: лазер освещает объект, а сенсор измеряет расстояние до него, основываясь на времени поступления отражённого лазерного луча.

Один из главных плюсов лазерного фокуса — время. Весь процесс занимает доли секунды, что позволяет мгновенно делать резкие снимки. Причём лазерный фокус не теряет в скорости ни в тёмное время суток, ни в непогоду. Но у данной системы есть серьёзный недостаток. Дальность работы лазера в камере едва переваливает за пару метров. На всё, что располагается дальше, гаджет наводится при помощи других типов фокусировки.

Фазовый автофокус (PDAF). Также относится к активному типу. Его устанавливают во многие смартфоны, включая Honor View 10. При фазовой автофокусировке лучи из разных точек объектива сводятся на встроенные в матрицу датчики. Если объект находится в фокусе, то световые потоки от него сходятся в одну точку на датчике. Если же нет, то программное обеспечение, основываясь на расстоянии между лучами, сдвигает линзы на нужную величину.

Данная система хороша в первую очередь высокой скоростью работы: можно фокусироваться на быстро движущихся объектах. Например, Honor View 10 требуется менее 0,3 секунды, чтобы сфокусироваться.

Единственный недостаток — ночная съёмка. В диафрагму смартфона поступает недостаточно света, из-за чего автофокусировка может занимать чуть больше времени. Кроме того, у фазового автофокуса довольно сложная реализация. Система призм, зеркал, линз требует сверхточной установки и не менее скрупулезной программной настройки.

Пример работы фазового автофокуса

Как уже было сказано выше, принято считать, что фазовый автофокус в тёмное время суток хуже справляется со своей задачей. Однако современные гаджеты оснащаются высокочувствительными сенсорами и продвинутыми алгоритмами, которые помогают камере правильно сфокусироваться даже при недостатке освещения.

Мы протестировали работу камеры Honor View 10 ночью. В устройстве имеется система «искусственного интеллекта»: она дополнительно анализирует картинку с камеры и настраивает параметры съёмки и фокусировки таким образом, чтобы получить максимально резкий и качественный кадр.

С фокусировкой как в дневное, так и в ночное время на Honor View 10 никаких проблем нет. Она работает быстро и точно, ловя объект за доли секунды.

Вдобавок для съёмки динамичных сюжетов у камеры View 10 есть опция «Автофокус в движении».

Если она заранее активирована в меню, то после тапа по объекту автоматика начинает отслеживать его перемещения, фокусируясь на нём постоянно.

Это удобно при съёмке детей или животных — тех, кто двигается быстро, а порой и вовсе молниеносно. Благодаря данной функции можно поймать интересный момент, который бы пропустил или смазал другой смартфон. Например, две собаки, носящиеся по двору, получаются такими же чёткими и резкими, как если бы они неподвижно стояли на месте.

Итоги

В данный момент самая актуальная технология фокусировки в смартфонах — фазовая. Она быстро и точно работает, а при недостатке освещения ей помогают программные ухищрения — такие, как специализированные интеллектуальные алгоритмы в Honor View 10, позволяющие автофокусу работать ещё более успешно в любых условиях.

Ссылка на основную публикацию
Что такое удар в физике
При ударе выполняется закон сохранения импульса и закон сохранения момента импульса, но обычно не выполняется закон сохранения механической энергии. Предполагается,...
Что означает охват в статистике вконтакте
Что такое охват подписчиков во Вконтакте Как посмотреть охват? Для сообщества Перейдите в сообщество, на панели управления нажмите кнопку «Статистика»,...
Что означает ошибка esp
Однажды ни с того ни с сего во время достаточно спокойной езды загорелась ошибка: "Сервис: ESP", затем следом появилось сообщение...
Что такое узел хост
Хост (от англ. host — «хозяин, принимающий гостей») — любое устройство , предоставляющее сервисы формата «клиент-сервер» в режиме сервера по...
Adblock detector