Парная камера. Зачем смартфону две основные камеры

Что дает нам двойная камера в смартфоне и почему во многих современных смартфонах две камеры, не считая фронтальной? Наверняка этим вопросом задаются некоторые покупатели. Все больше новинок среди Android-смартфонов и не только оснастили двойными камерами. Для тех, кто еще не знает, мы постараемся объяснить, зачем это было сделано.

Во-первых, определимся с тем, что двойная камера – это камера с двумя сенсорами, что достаточно очевидно. Вы можете увидеть две камеры. На самом деле модуль один, но он является двойным.

О каких сенсорах идет речь? Один из них, как правило, совершенно обычный. Как и в любом другом смартфоне, это сенсор камеры, который предназначен для съемки цветного и максимально качественного изображения.

Второй сенсор служит для того, чтобы захватить те данные, для получения которых не предназначен первый. Два сенсора в двойной камере работают совершенно по-разному. Разные производители смартфонов вложили в двойные камеры. Разница заключается именно в работе второго сенсора.

Эффект 3D

Двойные камеры могут применяться для создания эффекта 3D-изображений. Благодаря второму сенсору можно лучше анализировать информации о дистанции объектов. Это позволяет сделать их практически трехмерными. Так, двойные камеры используют в Honor 6X и Mate 9 от .

Эффект Боке

Наверняка вам нравятся портретные фото с сильно размытым фоном. Речь о так называемом эффекте Боке. В случае со смартфоном такие фото возможно снимать именно благодаря информации со второго сенсора.

Дополненная реальность

Благодаря инфракрасному излучателю и второй камере с широкоугольной линзой, можно изучать отражение света. Это помогает принести в нашу жизнь дополненную реальность. Увидеть, как это работает, можно со смартфонами Lenovo Phab 2 Pro и Asus Zenfone AR.

Улучшение детализации

В смартфонах Huawei P9, Mate 9 и Honor 8 от компании Huawei нашли еще одно интересное применение двойной камере. Второй сенсор их камеры не захватывает информации о цвете. Он видит мир в черном и белом цветах. Но именно это позволяет ему сосредоточить внимание на деталях. Цвета получает первый сенсор, а второй служит для улучшения детализации снимка.

Съемка при слабом освещении

Еще одно преимущество двойных камер – они дают возможность получить более хороший снимок при плохом свете. Свет – самое важное в фотографии. Два сенсора захватывают больше деталей, а освещаются они потом.

Увеличение с минимальной потерей качества

Оптический зум реализован в некоторых смартфонах, но далеко не каждый пожелает их купить. В угоду компактности мобильные камеры, как правило, не оснащены оптическим увеличением. Однако когда один из сенсоров двойной камеры является широкоугольным, все меняется. iPhone 7 Plus и LG G5 используют двойные камеры для того, чтобы дать пользователям возможность увеличивать снимки без ощутимой потери качества. Пользуйтесь.

По материалам Androidpit

На первый взгляд может показаться, что двойная камера — это просто очередная маркетинговая уловка. Но самом деле это не совсем так. В статье "Любительская фотосъёмка: выбор техники" мы уже писали, что главный недостаток смартфонов по сравнению с компактными цифровыми фотоаппаратами — отсутствие оптического увеличения или "зума". Традиционная камера в смартфоне обладает широкоугольным объективом, что, во-первых, совсем не подходит для съёмки лиц — они получаются слишком выпуклыми, с неестественной геометрией. Во-вторых, какие-то удалённые объекты получаются вообще мелкими.

Зум-объектив в фотоаппаратах — довольно сложная конструкция, но если вкратце, то линзы в нём перемещаются дальше и ближе друг к другу. Поэтому все объективы в фотоаппаратах такие выпуклые, исключение составляют разве что отдельные модели компактных камер от Sony, где объектив сделан вровень с корпусом, просто внутри под 45 градусов установлено зеркало, а линзы перемещаются вдоль корпуса.

Короче говоря, для всей этой механики и оптики в смартфоне просто слишком мало места. Можно сделать матрицу (фотосенсор) и линзы маленькими, но тогда пострадает качество изображения. Казалось бы, ситуация патовая.

Но решение оказалось очень простым — достаточно лишь установить не одну камеру, а две, с разными фокусными расстояниями объективов. Пусть один объектив имеет эквивалентное фокусное расстояние, например, 24 мм (широкий угол), а второй — 50-55 мм (нормальное фокусное расстояние). Таким образом можно выполнять оптическое увеличение в два раза, просто переключая камеры программно.

Учитывая, что в наши дни стоимость самого модуля камеры в смартфоне (даже очень качественного) не такая уж высокая, удвоение камеры практически не отразилось на цене флагманских смартфонов.

Впрочем, оптический зум — не единственное использование второй камеры. Прежде чем двукратный зум стал трендом, вторую камеру различные производители использовали и для других целей. В LG G6 дополнительный модуль обладал, напротив, ещё меньшим фокусным расстоянием, таким образом превращаясь в сверхширокоугольный объектив. А в Huawei P9 вторая камера делала только чёрно-белые снимки, но с более высокой светочувствительностью. Программное обеспечение смартфона объединяло изображение с обеих камер, достигая меньшего количества шумов и большей резкости, чем при использовании только первой камеры.

Однако поскольку моду на вторую камеру ввела, по сути, Apple в своём iPhone 6 Plus, то рано или поздно все производители пришли именно к тому решению, которое внедрила эта компания, а именно: двукратный оптический зум. Тем не менее, как мы уже видели на примере Huawei P9, информация с обоих модулей может использоваться для того, чтобы улучшать качество снимков.

Действительно, двойная камера расширяет функциональность фотосъёмки на смартфон. Например, она позволяет программному обеспечению отделять фон от объекта съёмки (объект — то, на чём сфокусировался объектив камеры). Фон потом можно размывать для создания впечатления "профессионального" портрета или вообще убрать — якобы портрет был снят в профессиональной студии.

Также практически все производители смартфонов в один голос обещают, что в любом случае при съёмке информация с обеих камер используется для фильтрации шумов и достижения большей резкости. Это, впрочем, уже как раз может оказаться и чисто маркетинговой заманухой. К примеру, если сравнить "однокамерный" iPhone 8 и "двухкамерный" iPhone 8 Plus, то окажется, что при съёмке на широкоугольную камеру заметить хоть какую-то разницу не представляется возможным. Разве что данные с широкоугольной камеры используются при съёмке на вторую камеру — это имело бы смысл. Дело в том, что, опять же, законы физики не позволяют при текущих технологиях реализовать одинаковую светосилу для широкоугольной и "нормальной" камер смартфонов, поэтому основная, широкоугольная, камера имеет большую светосилу и способна снимать с меньшим количеством шумов в потёмках, чем дополнительная.

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.

Одним из главных трендов в мире смартфонов в 2017 году стали двойные камеры. Это уже далеко не инновация, поскольку впервые использовать одновременно два модуля камер в смартфонах решила компания HTC в Evo 3D (2011 год) и позднее в One M8 (2014 год). Реализация тайваньцев не обрела широкой популярности на рынке. И вот, в 2017 году производители решили снова сделать ставку на двойные камеры.

На сей раз все получилось. После выпуска LG G5 и в 2016 году Apple решила ответить конкурентам - стал первым флагманом компании с двойной камерой. В итоге к двойным камерам пришли практически все известные компании - сейчас их используют Samsung, Apple, Huawei, LG, Nokia, Xiaomi, Meizu, Lenovo (Motorola), Essential, ZTE и даже небольшие китайские вендоры типа UMIDIGI, Doogee, Vernee и прочих.

HTC Evo 3D с двойной камерой, 2011 год

Все они используют различные системы двойных камер: кто-то делает акцент на монохромный датчик, кто-то на широкоугольный, а кто-то - на телеобъектив. Трешбокс решил разобраться, что предлагает тот или иной дуэт фотомодулей, как это работает, а также в чем преимущества и недостатки используемых производителями решений.

Датчик глубины

Мы начнем с датчика глубины, поскольку это самая простая форма возможной системы двойной камеры. В данном случае основная камера сопровождается вторым датчиком, единственной функцией которого является создание трехмерной карты области снимаемого объекта. Как вы, возможно, знаете, человек видит трехмерный мир в двухмерной проекции, но способен составлять полное представление о расстоянии, форме, размерах и глубине окружающих объектов. За это отвечают наши глаза, имеющие стереоскопическую способность благодаря разным перспективам.

Датчик глубины в системе двойной камеры работает аналогично основной камере. Используя вторичный модуль, двойная камера может приблизительно рассказать, насколько далеко перед ней стоят объекты относительно друг друга. Затем эта информация используется для отделения объекта переднего плана от фона.

Пример работы датчика глубины на HTC One (M8)

Главная фишка двойной камеры с этим датчиком заключается в создании реалистичного эффекта глубины резкости. Технология в своем виде пришла из DSLR-камер с их большими сенсорами и объективами, однако воссоздать эффект такой же мелкой глубины резкости смартфоны не могут. Датчик глубины сначала определяет границы объекта переднего плана, а затем применяет эффект размытия на все окружающее. Отмечу, что получаемый результат - очень близок, но иллюзорен.

В теории и на практике датчик глубины имеет свои подводные камни. Если снимаемый объект не имеет глубины (например, вы можете снимать что-то плоское), камера не сможет это определить и вместе с задним фоном размоет края объекта. Даже если датчик глубины отлично справляется со своей задачей, итог в любом случае не выглядит естественным. В DSLR-камерах интенсивность размытия увеличивается с расстоянием от точки фокусировки. В смартфонах этого нет.

Системы двойных камер со специальным датчиком глубины - один из самых редких дуэтов фотомодулей. Впервые такая система была установлена во флагмане HTC One (M8) - это самый популярный пример. В наши дни датчик глубины используется в таких смартфонах, как или Lenovo K8 Plus, то есть не во флагманских моделях.

Монохромная камера

Несколько более популярная реализация вторичного фотомодуля - монохромная камера. В такой системе основная камера дополняется аналогичным датчиком, особенность которого заключается в монохромной съемке. Обе камеры обычно имеют одинаковые сенсоры, светосилу, линзы и фокусирующие системы. Единственное различие между ними состоит в том, что у второй камеры отсутствует цветной RGB-фильтр. Это означает, что монохромный датчик не может фиксировать информацию о цвете, однако он может захватывать больше света, чем обычная камера.

Двойная камера с монохромным датчиком делает одновременно две фотографии. Принцип работы такой системы - объединение снимков с обеих камер в одно изображение. Как итог - два совмещенных изображения имеют более подробную информацию и уменьшенный уровень шумов. Кроме того, вы можете делать исключительно черно-белые фотографии на монохромную камеру и получать наиболее высокое качество изображения. Цветной модуль не может обеспечить такого результата даже после применения ЧБ-эффекта.

ЧБ-режим монохромной камеры на Huawei P9

Одним из первых смартфонов с дополнительной монохромной камерой можно назвать флагман Huawei P9. С тех пор китайская компания продолжает улучшать свою двойную камеру и сегодня у нее лучшая система с монохромным датчиком. Стоит отметить, что в разработке двойных камер и алгоритмов обработки Huawei участвует Leica - популярный немецкий производитель, выпускающий фотокамеры и оптику премиум-класса.

Широкоугольная камера

Впервые двойная камера с широкоугольным объективом дебютировала в смартфоне LG G5 в начале прошлого года. LG установила в свой новый флагман 16-мегапиксельный первичный сенсор (29 мм) со светосилой f/1.8 и дополнительный 8-мегапиксельный датчик (12 мм) со светосилой f/2.4. Фокусное расстояние 12 мм придает второстепенной камере значительно более широкое поле зрения, которое захватывает гораздо более широкую область сцены без необходимости намеренного отдаления от объекта.

В основном широкоугольная камера применяется во флагманах LG. Недавно Motorola оснастила такой системой свой новый смартфон Moto X4. Широкоугольный объектив представляет уникальную перспективу для мобильной фотографии, которую не может предложить ни одна другая камера для смартфонов. Помимо своей практической ценности (к примеру, захвата большой группы людей с близкого расстояния), широкоугольный датчик также позволяет создавать красивые пейзажи за счет захвата полной или хотя бы большей части сцены.

Широкоугольный и ультра широкоугольный режимы на LG G5

Первые поколения широкоугольных камер имели свои недостатки. Пользователи G5 и V20 жаловались на низкое качество изображения с ультрашироким углом обзора и сильное искажение сцены по углам. Тем не менее, LG продолжает неуклонно улучшать свою двойную камеру с широкоугольным объективом. В последнем флагмане V30 вторичная линза лишилась главных недостатков - качество изображения заметно подтянули, а искажений на снимках стало существенно меньше.

С хорошей реализацией такая система двойной камеры может быть действительно очень полезной, если говорить об определенных сценариях съемки. LG идет своим путем, и это хорошо.

Телефотокамера

Мы подошли к последнему и самому распространенному варианту из всех систем с двумя камерами - телефото. В данной конструкции первичный модуль соединен со вторым датчиком с телеобъективом. «Телевик» является полной противоположностью широкоугольной системы камер. Он фактически позволяет увеличить только масштаб снимаемого объекта, а не масштаб всей сцены целиком.

Начиная с релиза iPhone 7 Plus (первого смартфона Apple с двойной камерой) производители обратили внимание на телеобъектив в качестве второй камеры для фирменных смартфонов. В настоящее время телефото предлагает двукратное оптическое увеличение, то есть вторичный датчик в такой системе имеет увеличенное вдвое фокусное расстояние. Компания OPPO на выставке MWC 2017 в Барселоне представила инновационную систему двойной камеры с рекордным 5-кратным оптическим зумом, однако этому решению еще далеко до коммерческого выхода.

Широкоугольный режим (сверху) и телефото (снизу) на iPhone 7 Plus

У телеобъектива много преимуществ. Во-первых, что наиболее очевидно - это получение двукратного оптического зума без потерь в качестве изображения. Масштабирование фотографии на смартфонах в значительной степени было цифровым до сих пор, но с телеобъективом вы можете быстро «приблизиться» к снимаемому объекту с минимальной потерей качества. И потому как теперь цифровой зум применяется поверх двукратного оптического зума, получаемые результаты - намного более эффективные.

Портретный режим с функцией студийного освещения на iPhone 8 Plus

Съемка с использованием телеобъектива имеет и другие плюсы. Телефотокамеры отлично подходят для портретов, поскольку обеспечивают минимальное искажение и снимают объект сглаженнее, чем широкоугольный объектив. Большинство производителей сегодня также реализует эффект размытости фона. Комбинация телеобъектива и фонового размытия выводит классические портретные фотографии почти на уровень «зеркалок» - результат настолько впечатляет, что не каждый сможет увидеть разницу. Конечно, не стоит забывать о современных алгоритмах обработки.

Какие недостатки

Единственный недостаток для большинства систем двойных камер - пока ни один из производителей не смог достигнуть полного паритета для обоих модулей. Дополнительные датчики имеют меньшую светосилу по сравнению с основной камерой (от f/2.4 до f/2.8, в то время как для обычных камер уже достигнута рекордная отметка f/1.6) и не оснащаются оптической стабилизацией изображения. В этом году только два флагмана получили OIS одновременно для двух камер - это Samsung Galaxy Note 8 и Apple iPhone X.

Из-за такого различия в характеристиках двойных камер наблюдается заметное расхождение в качестве, если речь идет о съемке при помощи конкретного модуля (только широкоугольный или только телефото). Тем не менее, уровень фотовозможностей, который сегодня предлагают такие мобильные устройства, как Galaxy Note 8 или iPhone X - невероятно высок.

Какие перспективы

Развитие камер в смартфонах за последние пару лет действительно превзошло все ожидания. Нет никаких сомнений в том, что технология двойных камер - это будущее мобильной фотографии. Уже сейчас ими оснащаются не только флагманы, но и устройства среднего класса, а также даже некоторые бюджетные модели. Новая жизнь для черно-белых фотографий, портретный режим с размытым фоном прямиком из «зеркалок», качественный зум без потерь, более высокая детализация - все это теперь могут делать и смартфоны благодаря двойным камерам.