Глядя на новейшие флагманы, будь то Samsung Galaxy S21 Ultra, серия iPhone 12 или Huawei Mate 40 Pro, нельзя не заметить, что выступ блока камер стал большим, как никогда ранее. При этом смартфоны, у которых блок камер внушительнее, обычно и снимают лучше. В свою очередь, сверхтонкие аппараты откатываются в конец списка по качеству фото. Да, этот тренд положительно сказывается на качестве получаемых снимков, но вот с точки зрения дизайна позитивным его не назовешь. Смартфоны вновь становятся громоздкими.
Факт остается фактом, если мы хотим получать высококлассные снимки со смартфона, в настоящий момент от выступающего блока камер никуда не деться. Но почему так происходит? Чтобы разобраться, придется освежить в памяти, как работает камера в смартфоне.
Фокусное расстояние, объективы и кроп-фактор
Прежде чем разобраться с выступающим блоком камер, вспомним о ряде важных атрибутов для камер любой конструкции.
Начнем с объективов и фокусного расстояния. Объектив любой камеры, от зеркальной фотокамеры до смартфона, собирает падающий свет в точке фокусировки. Эта точка фокусировки – место, где размещается сенсор, который осуществляет цифровую фиксацию вашего изображения. Фокусное расстояние – это расстояние от объектива до точки фокусировки, измеряемое в миллиметрах. В действительности использование нескольких линз приводит к тому, что фактическая длина часто меньше указанной. Однако суть эффекта одна и та же.
Простыми словами, фокусное расстояние определяет угол обзора и степень увеличения для камеры. Более длинное фокусное расстояние сужает угол обзора, но увеличение при этом выше, что приводит к эффекту фотоувеличения. Это можно представить, рассмотрев, как изменение фокусного расстояния меняет угол обзора, когда свет преломляется в объективе камеры. Пример представлен на изображении ниже.
Важно отметить, что фокусное расстояние также влияет на перспективу в получаемом изображении. При большем увеличении наблюдается менее заметное разделение и различие между объектами на переднем и заднем плане.
Другой, не менее важной частью этого уравнения является кроп-фактор. Его часто путают со свойствами фокусного расстояния. Кроп-фактор камеры зависит от размера матрицы.
Представьте, что вы смотрите через объектив камеры. Объектив захватывает изображение независимо от размера сенсора. Поэтому окончательное изображение, полученное через объектив, обрезается в зависимости от размера матрицы.
Обратите внимание, что матрица меньшего размера вызывает более сильное кадрирование и более узкий угол обзора. Происходит т.н. увеличение фокусного расстояния, в результате которого итоговое изображение оказывается приближенным. Это одна из причин, по которым в телеобъективах смартфонов используются сенсоры меньшего размера. Однако кадрирование не дает такого же эффекта перспективы, как собственное полнокадровое фокусное расстояние при том же увеличении. Кроп-фактор важен, так как он играет ключевую роль для угла обзора как в зум-камерах, так и в широкоугольных камерах смартфонов.
В поисках большего сенсора и большего зума
Теперь можно обратиться и к проблеме увеличения толщины корпусов камер смартфонов. Первая причина увеличения корпуса камеры – стремление к увеличению зума. Как упоминалось ранее, фокусное расстояние – ключевой компонент для возможности камеры приближать изображение. Хотя сложная конструкция объектива может увеличить эффективное фокусное расстояние, в конечном итоге для увеличения зума требуется большее расстояние между объективом и матрицей. Это требование является движущим фактором развития перископической технологии для камер с очень большим зумом без огромного выступа. В них расстояние от объектива до матрицы увеличивается при помощи зеркал, отражающих свет. Так что в увеличении выступа блока камер во многом виновато стремление к большим значениям зума в телефотокамере.
Второй фактор, вызывающий увеличение выступа блока камер, – это потребность в больших сенсорах. Такие матрицы лучше захватывают свет, и качество изображения повышается. Хотя размер сенсора связан с кроп-фактором, а не с фокусным расстоянием, есть причины, по которым более длинные фокусные расстояния могут быть желательны для более крупных сенсоров.
Во-первых, в смартфонах наверняка захотят сохранить те же возможности увеличения и угол обзора, что и в предыдущих моделях, при переходе на более крупный сенсор. Для сохранения того же кроп-фактора при увеличении размера матрицы требуется большее фокусное расстояние. В противном случае вы получите более широкий угол обзора, что может быть нежелательно. Это более важно в контексте систем из нескольких камер, где требуется заданная степень увеличения для сверхширокоугольной, основной и телефотокамеры.
Наконец, нам нужно учитывать искажение, которое обычно наиболее заметно по краям объектива. Увеличение размера сенсора и использование большего кропа может привести к более заметным искажениям. Эта проблема в большей степени характерна для маленьких объективов с широкой диафрагмой, используемых в мобильных телефонах. См. пример на изображении ниже.
Здесь могут помочь более качественные объективы. Однако, как известно, их сложно использовать в компактном форм-факторе смартфона с его широкой диафрагмой. Альтернативное решение – изменить фокусное расстояние так, чтобы кадр брался в зоне наилучшего качества объектива ближе к центру, где искажения меньше. Однако это опять же требует использования большего фокусного расстояния, а следовательно, большего размера корпуса камеры.
Есть и обратные требования к широкоугольным датчикам. Датчики большего размера или меньшие фокусные расстояния используются для расширения кадра и/или увеличения угла обзора. Вот почему вы заметите гораздо больше искажений по краям широкоугольных изображений.
Так зачем нам эти уродливые выступы?
Хотя единого объяснения увеличения толщины блока камер в последние годы нет, есть некие общие места. Смысл в том, что разработчики камер для смартфонов борются против законов физики, чтобы улучшить возможности камеры и качество изображения.
Стремление к большим значениям зума и большим датчикам изображения, чтобы сгладить отличие от цифровых зеркальных камер, – вот основной фактор, определяющий тенденцию. Не зря у смартфонов с самыми лучшими на рынке возможностями зума и качеством изображения, как правило, более крупные выступы на корпусе, в то время как устройства с более скромными возможностями камер могут оставаться в более тонком форм-факторе.
Что уж говорить о потребностях в аккумуляторах большего размера, антеннах 5G и различных других технологиях, которые борются за драгоценное место внутри современных смартфонов. Нет другого выхода, кроме как создавать более толстые аппараты или более крупные выступы камеры, если вам нужны эти технологии в вашем смартфоне.
А что важнее для вас, дизайн или возможности камер? Готовы ли вы пренебречь новейшими достижениями разработчиков камер ради того, чтобы смартфоны оставались тонкими и легкими?
И ты, Брут? Гибель советского "Цезаря"