Вредоносное ПО (malware) - это назойливые или опасные программы,...
В далеком 1988 году фирма Fuji представила первый потребительский, по-настоящему цифровой фотоаппарат DS-1P. Он мог делать снимки в 0,4 мегапикселя и сохранять их на съемную карту памяти типа SRAM. А уже в 2000 году снимать цифровые фото умел и мобильный телефон — Sharp J-SH04, релиз которого состоялся в Японии. Да, на то время он делал не совсем качественные кадры, но он их делал! Далее была легендарная К-серия от Sony Ericsson, N-серия Nokia, первый в мире 8-ми мегапиксельный камерофон от Samsung.
С каждым годом фототехника училась снимать все лучше и лучше, появлялись зеркальные и беззеркальные камеры, ультразумы и ультракомпакты. Но если габариты фотоаппаратов позволяли внедрять ту или иную технологию в полном объеме, то с мобильными телефонами это сделать было проблематично. И все же производители стараются улучшать характеристики камер смартфонов, искать золотую середину между габаритами и качеством. Давайте же рассмотрим основные параметры, которые влияют на получаемый снимок.
В первой части этого выпуска мы рассмотрим самую важную часть любой камеры — матрицу. Светочувствительный сенсор, который преобразует оптический сигнал, получаемый извне, в цифровой снимок.
На качество фотографии влияют несколько параметров:
Размер матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица, тем больше света она может принять и тем лучше будет снимок, особенно при плохой освещенности. Размеры принято обозначать в дюймах в дробном виде, например — 1/2,3” (6.17×4.55 мм), 4/3” (17.30×13.00 мм). Максимально большой сенсор имеет размер 36×24 мм, равный кадру 35 мм пленки. Такие матрицы называют «полнокадровыми». Их наличие - это прерогатива профессиональных, дорогих фотоаппаратов. Естественно, что камеры мобильных телефонов не могут оснащаться большими матрицами. Для сравнения приведу следующий рисунок и таблицу:
|
Nikon D3200 |
Olympus PEN E-PL1 |
Nikon Coolpix P300 |
Samsung Galaxy S4 I9500 |
||
|
Тип камеры |
Зеркальная |
Зеркальная |
Беззеркальная |
Компактная |
Смартфон |
|
Типоразмер |
Micro Four Thirds |
||||
|
Размер сенсора, мм |
Размер матрицы у всех современных смартфонов примерно одинаковый. Особняком стоят камерофоны от Нокии 808 PureView, Lumia 1020. Первый имеет размер сенсора 1/1.2” (10.67×8.00 мм), а второй - 2 /3” (8.80×6.60 мм). На следующем рисунке вы сможете увидеть визуальное сравнение размеров матрицы некоторых телефонов:
Тип матрицы. По технологии производства сенсоры современных камер делятся в основном на два типа — ПЗС (CCD) и КМОП (CMOS). Я не буду углубляться в детали, скажу лишь, что CMOS матрица на сегодняшний день является наиболее распространённой, так как обладает следующими преимуществами:
- низкой стоимостью производства
- низким энергопотреблением
- более быстрой работой (влияет на скорость фокусировки)
Хотя и есть недостаток она более шумная, нежели CCD. Поясню: цифровой шум — это дефект изображения, который возникает в основном в условиях недостаточной освещенности. Также существуют модернизированные сенсоры на основе технологии CMOS. Например, BSI-CMOS с технологией задней подсветки, которая облегчает попадания света на сенсор, впоследствие чего увеличивается светочувствительность и, соответственно, уменьшается количество цифрового шума. Такая матрица используется в большинстве современных смартфонов. Единственное, что существуют ее вариации в зависимости от производителя. У Sony это Exmor R, Exmor RS, у OmniVision - OmniBSI.
Разрешение матрицы. Сенсор любой камеры состоит из пикселей, которые формируют цифровое изображение. Каждый такой элемент отвечает за одну точку на снимке. Количество пикселей называют разрешением камеры. Чем их больше размещено на матрице, тем лучше будет детализация фотографии, ее размер. В современных камерах их количество измеряется миллионами. Допустим, есть камера, снимающая с максимальным разрешением 3888 на 2592 точек. Умножив эти два числа, мы получим количество пикселей - примерно 10 миллионов. И в характеристиках такой камеры увидим, что она делает снимки в разрешении 10 мегапикселей (Мп). Производители очень любят злоупотреблять этим параметром, повышая его для большей привлекательности продукта. Но количество мегапикселей играло важную роль только на ранних этапах развития цифровых камер, когда разрешение было очень маленькое (0,3 Мп, например) и его не хватало даже для распечатки фотографии 10х15. Сейчас уже не редкость и 40 Мп, но это все лишь маркетинговый ход, уловка для потребителя, не слишком разбирающегося в технических деталях. Указывая в характеристиках камеры большое количество мегапикселей, производитель, при этом забывает упомянуть о важнейшем параметре — физическом размере матрицы. Ведь чем больше пикселей размещено на единице площади матрицы, тем они меньше, а от их размера напрямую зависит количество «цифрового шума» на снимке. Например, фотокамера с разрешением 12 Мп и матрицей 4/3” будет делать намного качественнее снимки, чем аппарат с 40 Мп и сенсором 2/3”. Мы рассмотрели основные характеристики матрицы, есть еще дополнительные: светочувствительность, соотношение сигнал/шум. Но они напрямую зависят от параметров, рассмотренных выше.
Зачастую производители мобильных телефонов не документируют никаких особенностей матриц своих камер кроме мегапикселей. Но почти всегда мы можем найти в спецификациях модель модуля камеры, а по нему уже можно многое узнать. Например, у смартфона Xiaomi Mi4 сенсор Sony MX214, «загуглив» название, выясняем характеристики:
- физический размер - 1/3.06"
- тип - Exmor RS (собственная разработка Sony на основе BSI-CMOS)
- разрешение - 13Мп
На этом я закончу первую часть статьи. Во второй рассмотрим, что же еще, кроме характеристик матрицы, влияет на качество получаемого снимка. А также отвечу на главный вопрос — какими параметрами должна обладать камера настоящего камерофона.
Статья:Съемка камерой мобильного телефона (смартфона). Параметры камер мобильных телефонов. Основные характеристики, проблемы и примеры дефектов на снимках . Как выбрать смартфон с хорошей камерой?
Предисловие
Съемка на камеру мобильного телефона (смартфона) прочно вошла в нашу жизнь. Многие пользователи смартфонов считают, что "обычный" фотоаппарат им уже просто не нужен, достаточно иметь смартфон с хорошей камерой.
Но вот вопрос - какую камеру смартфона считать "хорошей"? Или всегда ли она сможет заметить хотя бы простенькую "цифромыльницу"?
Давайте рассмотрим этот вопрос с точки зрения характеристик камер, их особенностей, а также типичных проблем и ошибок, приводящих к потере качества фотографий и видео, снятых с "мобильника". Постараемся это сделать без излишней научной "заумности", на простом и понятном языке.
При этом разделим параметры камер мобильных телефонов на две группы: параметры фотоматриц и параметры объективов.
Физические принципы цифровой фотографии
Физические
принципы цифровой фотосъемки почти не отличаются от работы фотоэлемента
из школьного курса физики. Свет, падающий на чувствительную поверхность
(которая является первым электродом), выбивает из неё электроны, которые
достигают второго электрода. В результате между ними возникает разность
потенциалов, которая считывается и отправляется на обработку. А этот
фотоэлемент является ни чем иным, как элементарным пикселем датчика
изображения. Эти пиксели объединены в матрицу, а их количество
представляет собой то самое число мегапикселей, которое мы видим на
упаковке смартфона или фотоаппарата.
Правда, на самом деле пикселей там в три раза больше, потому что в
цветной фотографии каждый пиксель образуют три датчика, чувствительных к
разным цветам: красному, зеленому, синему (RGB
в буржуйской терминологии).
Итак, всё с виду хорошо и гладко. Откуда же возникают дефекты изображения?
Объективные причины - электрические шумы в матрице и недостаток её динамического диапазона; а также погрешности объектива, формирующие на матрице неточную картинку реального мира.
Субъективные причины - "дрожание" камеры фотографа (особенно это серьезно при слабом освещении), ошибочная фокусировка, ошибки при выборе экспокоррекции и т.п.
В отдельных случаях дефекты изображения, возникшие вследствие реальных физических причин, усугубляются и программной обработкой, работающей временами по принципу "хотели, как лучше; а получилось...". :)
Параметры матриц, часть 1. Физический размер матрицы и количество мегапикселей.
Поскольку матрица цифровой камеры - не только датчик изображения, но и источник шумов, то параметры матриц будем рассматривать в тесной увязке с их влиянием на шум.
Итак, первые два параметра:
1. Размер
матрицы.
2. Количество (мега)пикселей.
Размер
матрицы определяется замысловатыми дробями вида, например, 1/2.7 (не
путать с диафрагмой, имеющей немного похожее обозначение, вида
F/2.7)
.
В
данном случае это соответствует диагонали матрицы в 6.27 мм, а размеры
сторон 5.02 x
3.76 мм.
Как это перевести размер 1/2.7 в "нормальные" единицы? Эта дробь означает, что диагональ матрицы в 2.7 раза
меньше, чем диагональ матрицы в видиконе диаметром 1 дюйм. Видикон - это
древний электронно-лучевой прибор, применяемый в телевизионных камерах
"ламповой" эпохи. И матрица в круглом 1-дюймовом видиконе была,
естественно, меньше диаметра видикона и составляла чуть больше 16 мм
(т.е. не точно 16 мм, имеются "разночтения"). Эти 16
мм и есть тот "видиконовый дюйм", от которого до сих пор рассчитываются
параметры цифровых фотоматриц, хотя сами видиконы можно найти только в
технических музеях. :)
Чем знаменатель дроби меньше, тем матрица крупнее и ЛУЧШЕ.
Теперь разберем, почему чем матрица крупнее - тем она лучше.
Шум в матрице определяется случайным (тепловым) движением электронов; а сигнал - интенсивностью светового потока, временем экспозиции (т.е. накопления заряда) и площадью светочувствительного элемента (пикселя). Соответственно, чем выше параметры, образующие сигнал, тем будет лучше соотношение сигнал/шум при прочих равных условиях.
Если хотя бы один из перечисленных параметров - низкий, то на изображении начинают "проступать" шумы в виде хаотично расположенных точек и пятен различной яркости и цвета. Так выглядит зашумленная фотография в условиях пониженного освещения:
Лучше этот эффект заметен при увеличении до 100% (фрагмент см. ниже). Шумы делают менее различимым изображение сфотографированных предметов:
Вернемся к вопросу о способах уменьшения шумов.
С
интенсивностью светового потока и площадью пикселя все понятно, а как
увеличить время экспозиции, не доводя изображение до пересвечивания?
Очень просто - снижая чувствительность при съемке (чувствительность
выражается в единицах ISO - 50, 100, 200, 400
и т.д. до 100000). Другое дело - что палка, как известно, "о двух
концах". Увеличение времени экспозиции может привести к "размазыванию"
изображения из-за движения объекта или "дрожания" камеры в руках; но мы
пока рассматриваем проблемы в принципе. :)
Но размер пикселя определяется не только размером матрицы, но и количеством пикселей на матрице (грубо говоря, надо площадь матрицы разделить на число пикселей). Отсюда - следующий вывод: чем мегапикселей в матрице меньше, тем соотношение сигнал/шум лучше. Но при высоком уровне освещения даже и с мелким размером пикселя соотношение сигнал/шум будет неплохим. А при падении освещения преимущество будет за теми камерами, у которых пиксель крупнее.
Кстати, размер пикселя (точнее, расстояния между пикселями) уже достиг своего физического предела, который составляет 1 мкм. Дальнейшее уменьшение размера пикселя теряет смысл, поскольку длина световой волны составляет от 0.39 до 0.78 мкм; и при расстоянии между пикселями менее 0.78 мкм (красный свет), соседние пиксели будут показывать просто одно и то же.
По описанным выше причинам, потребителю надо иметь в виду, что зачастую количество мегапикселей имеет больше рекламный характер, чем реальную пользу. Практически, если в камере есть 12-13 мегапикселей, то это уже неплохо; но это - еще не гарантия, что всё будет хорошо - в дело вступит качество оптики. Если же в камере СОВРЕМЕННОГО смартфона количество мегапикселей менее 10, то, скорее всего это - дешевая камера, от которой не стоит ждать высокого качества снимков.
В то же время, если производитель - достаточно солидный и уважаемый (SONY, Asus, Samsung и т.д.), то и большое количество мегапикселей лишним не будет. По крайней мере, при ярком освещении.
Если есть сомнения, будет ли толк от большого числа мегапикселей, то лучше выбрать тот смартфон, у которого больше физический размер матрицы. А уменьшить количество мегапикселей на фото можно после можно уже и после съемки в графическом редакторе.
Вот такой это противоречивый параметр - количество мегапикселей.
Итог этой части наших исследований:
- Чем больше физический размер матрицы, тем
лучше ВСЕГДА.
- Чем больше мегапикселей, тем тоже лучше, но только при хорошем качестве
оптики и хорошем освещении в момент съемки.
Теперь - о дополнительных параметрах, включая технологические.
Параметры матриц, часть 2. Чувствительность и технологические особенности
Разберем еще такие вопросы:
1.
Чувствительность в единицах ISO.
2. Технология с микролинзами.
3. Технология с обратной засветкой (Back-Side Illumination,
BSI).
В старину
чувствительность была физическим параметром фотопленки, который по ходу
съемки никак меняться не мог.
В цифровых камерах величина чувствительности может задаваться вручную или
автоматически. При назначении той или иной чувствительности на самом
деле в фотоматрице никаких изменений не происходит. Просто изменяется
коэффициент аналогового усиления сигнала с фотодатчиков перед подачей
его на вход аналого-цифрового преобразователя (аналогично, например, регулировке громкости в плеерах).
Соответственно, и изменения соотношения сигнал/шум тоже не
происходит, т.к. усиливаются одновременно и сигнал, и шум.
В чем же тогда вообще смысл упоминания чувствительности в параметрах камер?
Чем меньше нижний предел чувствительности, тем более качественные можно получить фотографии, по крайней мере, для неподвижных объектов. Механизм повышения качества прост: чем меньше чувствительность, тем больше выдержка (время накопления сигнала), и тем лучше соотношение сигнал/шум. Для хороших камер "мобильников" нижний предел обычно бывает 50 ISO.
А чем выше верхний предел, тем больше возможностей получить хоть какое-то изображение при слабом освещении (правда, вместе со всеми полагающимися шумами). Для хороших камер мобильных устройств верхний предел обычно составляет 3200...6400 ISO. Теоретически, ничто не мешает установить верхний предел и сколь угодно большим, но изображения в этом случае уже не будет - будут лишь шумы со смутными контурами предметов.
Технологические усовершенствования (микролинзы и матрицы "с обратной засветкой", BSI ) появились как борьба с одним из принципиальных недостатков фотоматриц: светочувствительные пиксели не могли занимать всю поверхность матрицы; поскольку, кроме них, на поверхности матрицы располагаются транзисторы и соединительные проводники.
Для устранения этих недостатков внедрили две технологических новинки. Сначала перед пикселями стали располагать собирающие свет микролинзы; а затем светочувствительные пиксели стали располагать не на той стороне подложки, где находятся проводники и транзисторы, а на обратной. В результате схематично современная фотоматрица выглядит "в разрезе" примерно так:
(изображение взято и з чешского раздела Википедии)
Итог второй части наших исследований:
- Пределы возможных значений чувствительности не принципиальны, но желательно, чтобы они были хотя бы в диапазоне 80...3200 ISO , либо в более широком в ОБЕ стороны (и вниз, и вверх).
Технологические особенности (микролинзы, матрица с обратной засветкой) сейчас используются практически для всех камер мобильных устройств, начиная со среднего ценового диапазона, и рассматривать их как преимущество смысла нет. Для устройств на "вторичном рынке" использование этих технологических особенностей может быть весомым аргументом "за".
Остальные параметры матриц в этой статье рассматривать не будем, так их очень много (десятки!), а производителями мобильных устройств они все равно не упоминаются.
Типовые дефекты снимков из-за проблем оптической системы
Хотя снаружи в камерах смартфонов и планшетов видно только одну очень маленькую линзу, на самом деле это - только вершина айсберга под названием "объектив". Объектив устроен очень сложно и имеет несколько линз и несколько диафрагм (подробнее - в статье "Устройство камеры смартфона"). Все эти "навороты" нужны для борьбы с геометрическими и цветовыми искажениями, а также для обеспечения равномерности фокусировки по полю матрицы.
Рассмотрим типовые примеры, что бывает, когда оптика камеры смартфона несовершенна.
Случай №1. Неравномерность цвета ("цветовое виньетирование"):
(кликнуть для увеличения)
Обратите внимание, что на фотографии центр снимка имеет явственный розовый оттенок, а края - зеленый. Но это - не единственная проблема этого снимка. Переходим к случаю №2.
Случай №2. Зоны нерезкости на снимке.
Если увеличить приведенный выше снимок до 100%, то можно заметить, что в правом верхнем углу "картинка" гораздо более "размыта", чем на всех остальных частях кадра. Посмотрим, для сравнения, на увеличенные до 100% фрагменты из левого верхнего угла и из правого верхнего:
Данная проблема является следствием элементарной геометрической "кривизны" в каком-то из элементов оптической системы. Причем дислокация зоны нерезкости и вообще её наличие могут меняться от экземпляра к экземпляру телефона одной и той же модели.
Но следует иметь в виду, что сам по себе факт снижения резкости по краям снимка еще не является дефектом. Такое явление свойственно почти всем камерам "мобильников", кроме самых дорогих. Дефектом является аномальное ухудшение резкости в какой-либо отдельной области снимка.
Два только что описанных дефекта никак не следуют из технических параметров камеры смартфона. Их можно обнаружить, только внимательно просматривая тестовые фотографии в обзорах устройств.
Параметры оптической системы
А теперь разберем те параметры оптической системы, которые производители смартфонов обычно указывают в технических характеристиках устройств.
Чаще всего таких параметров - немного, всего два: относительная диафрагма (светосила) и количество элементов оптической системы. Но бывает, что к ним еще добавляют фокусное расстояние объектива, угол зрения, величину оптического и электронного зума, и, иногда, еще какую-нибудь второстепенную "мелочевку".
Начнем с количества элементов оптической системы. Количество элементов, теоретически, чем больше - тем лучше; ибо каждый элемент должен как-то улучшать изображение. При этом надо помнить, что количество элементов не означает количество линз; в число элементов входят и диафрагмы. Но абсолютно прямой связи между числом элементов и качеством изображения всё-таки нет.
Насчет же первого из упомянутых параметров - относительной диафрагмы - поговорим поподробнее.
Относительная диафрагма обозначается буквой F и числом, получается выражение вида, например, F /1.8 . Это число обозначает, во сколько раз эффективное значение величины отверстия для прохождения света МЕНЬШЕ "идеального". Под "идеальным" понимается освещенность мишени объективом без потерь, диаметр которого равен фокусному расстоянию.
Поскольку в объективе всегда присутствуют потери, а также расстояние от передней линзы не совпадает с фокусным расстоянием объектива в целом, то значение F всегда больше 1. Причем, поскольку количество пропускаемого света пропорционально не линейному размеру, а площади отверстия, то оно уменьшается пропорционально КВАДРАТУ числа F/.
Принципиальное отличие диафрагмы в камерах мобильных устройств от "настоящих" фотоаппаратов состоит в том, что в мобильных устройствах она - не регулируется (т.е. фиксированная величина). А в настоящих фотоаппаратах она может физически изменяться за счет сжатия или расширения образующих её лепестков.
С точки зрения качества фотоснимков, чем число в знаменателе выражения F/x.x у камеры "мобильника" меньше, тем лучше; поскольку это означает бОльший световой поток на матрице и лучшее соотношение сигнал/шум.
У лучших камер мобильных устройств относительная диафрагма составляет от F/2.0 до F/1.7, у остальных - от F/2.2 и выше. Меньше знаменатель - лучше.
Но, если камера имеет оптический зум, то величина F/ может меняться даже несмотря на то, что диафрагма в камерах мобильных устройств - фиксированная. Это происходит из-за того, что положение линз при увеличении зума меняется таким образом, что оптический центр объектива удаляется от матрицы, и её освещенность падает. Соответственно, изменяется и число F/ (относительная диафрагма).
Остальные параметры - менее значительны, да и не всегда упоминаются производителями.
Фокусное расстояние объектива само по себе ни о чем не говорит, но совместно с размером матрицы оно определяет угол зрения. Для большинства тыловых (основных) камер угол зрения (поле зрения) составляет 65-75 градусов, для фронтальных камер - до 90 градусов. При выборе "мобильника" на этот параметр не надо обращать внимания. Правда, если Вам, например, нужна непременно широкоугольная камера, то есть смысл обратить внимание на некоторые модели смартфонов с несколькими камерами, в число которых входит и широкоугольная типа "рыбий глаз".
Проблемы программной обработки фотоснимков
Перед тем, как мы увидим фотографию, смартфон (планшет) её основательно обрабатывает программно на уровне прошивки, приводя к "удобоваримому" виду. Подавляющее большинство этих операций - линейные; то есть, представляют собой необходимую корректировку яркости, контрастности, цветности, и интерполяцию, если разрешение снимка установлено пользователем не совпадающим с разрешением матрицы.
Как выглядят необработанные фотографии в том виде, в каком они приходят с матрицы в смартфон, можно на тех смартфонах, где имеется возможность сохранения фото в RAW (это и есть необработанный формат):
(исходный файл в RAW (DNG)
можно скачать
, 23 Мб)
Эта фотография имеет бледные цвета, неравномерную яркость (кажется, что небо в центре вокруг храма светлее, но это - не чудо, а дефект), и еще кое-какие недостатки. Смартфон это выправляет, обработанная смартфоном фотография выглядит так:
По поводу
неравномерной яркости изображения надо еще добавить, что она отражается
и на уровне шумов. Яркость изображения снижается примерно в 1.6 раза к
краям, и в 2.2 раза - к углам изображения относительно центра. Отсюда
следует, что чем дальше от центра - тем уровень шумов на фотографии
будет выше, а четкость - ниже. Соответственно, эти явления надо считать
в определенной мере естественными.
Правда, к ухудшению четкости может свою лепту добавить и кривизна оптики.
В этом случае расположение мест ухудшения четкости будет несимметричным,
см. предыдущий пример фотографии.
Но, кроме линейных операций при обработке таких фото, есть и две нелинейные операции, когда смартфон (планшет) сами дорисовывают на снимке то, чего на нем не было (или убирают то, что было). Эти операции - "шарпинг" и "шумодав".
Начнем с "шарпинга"
(дословно с английского - "обострение").
"Шарпинг" - это операция
подчеркивания контуров предметов на снимке.
Алгоритм её работы, не вдаваясь в математические подробности,
таков: обнаружить контуры предметов, и сделать их более четкими. А для
этого - светлую сторону контура сделать светлее, а темную - темнее.
Вот пример "правильной" работы шарпинга:
Посмотрите на фрагмент снимка в масштабе 100%:
Если ОЧЕНЬ хорошо присмотреться, то можно заметить вокруг темной части купола церкви светлую полоску на фоне неба. Толщина этой полоски - всего несколько пикселей. Это и есть "правильная" работа шарпинга - когда она почти не заметна.
А теперь посмотрим пример "неправильной" работы шарпинга:
Посмотрите на фрагмент из левого верхнего угла снимка в масштабе 100%:
Небо и некоторые
части здания усыпаны точечками, завитушками и полосочками. Их создал
шарпинг, пытаясь подчеркнуть контуры несуществующих предметов; за
которые он принял, скорее всего шумы и мелкие неравномерности фона.
В результате картинка получилась с сильными искажениями.
Аналогичные дефекты могут сопровождать и работу "шумодава".
Система шумоподавления должна (по идее) убирать мелкие крапинки,
возникающие на равномерном фоне из-за шумов; особенно - в условиях
пониженного освещения.
Но на практике часто этот алгоритм работает туповато и начинает
"размазывать" мелкие детали на вполне нормальном снимке с хорошим
освещением.
Посмотрим на пример ошибочной работы "шумодава":
Посмотрите на фрагмент центральной части снимка в масштабе 100%:
На этом фрагменте отлично видно, что высококонтрастные части снимка получились хорошо; а те места, где находится повышенная концентрация небольших малоконтрастных деталей (веток деревьев), "размазаны" системой шумоподавления, поскольку ошибочно приняты за шум.
Также к ошибкам в программной обработке можно отнести и некоторые дефекты в цветопередаче .
Вариантов в ошибках цветопередачи может быть два: ошибочный цветовой баланс фотографии и низкая насыщенность цветов.
Так выглядит фотография со смещением цветового тона в сторону "тёплых" цветов:
Дефект цветового баланса признаётся таковым только в том случае, если он проявляется на фотографиях систематически. Если же он появляется на фото только иногда, то это - случайное отклонение, вызванное, как правило, специфическими условиями освещения в момент съёмки; и в "зачёт" как дефект не идёт.
Второй дефект программной обработки - низкая цветовая насыщенность - выглядит на фото так:
Сначала даже кажется, что эта фотография - чёрно-белая. Но приглядевшись, потом замечаешь, что трава - чуть-чуть зелёная. :)
Справедливости ради надо сказать, что последние два дефекта (цветового баланса и цветовой насыщенности) встречаются очень редко.
Дефекты в программной обработке никак не следуют из технических параметров камеры; их можно обнаружить, только просматривая тестовые фотографии в обзорах.
Как выбрать смартфон с хорошей камерой?
Итак, разобрав отдельные аспекты теории и практики, пора перейти к полезному применению полученных знаний.
Каков же алгоритм поиска смартфона с хорошей камерой?
Порядок действий будет примерно таким.
1 . Выбрать для детального анализа несколько смартфонов, у которых есть положительная репутация по части камер; или же производители сами заявили о таковой (иногда им можно верить:)). Скорее всего, это будут смартфоны не ниже среднего ценового диапазона и с разрешением основной камеры строго выше 10 Мпикс.
2
.
Попытаться найти информацию о том, какой тип камеры (сенсора) установлен
в смартфоне (смартфонах). Обычно эта информация публикуется на
официальных сайтах производителей смартфонов. Если там не удалось найти
такую информацию, можно попытаться найти её на сайте
kimovil.com (найдя там характеристики заинтересовавшего смартфона).
Определить тип камеры в смартфоне (планшете) "постфактум" (после
приобретения) можно с помощью утилиты "Device Info
HW"
, загрузив её на устройство из магазина приложений
Play Market (для устройств на ОС
Android)
; подробнее - в следующей главе.
3 . Далее по типу камеры (сенсора) найти её технические характеристики. Это можно сделать как через поисковики в интернете, так и на официальных сайтах и в англоязычной Википедии. Вот несколько полезных ссылок для сенсоров наиболее известных производителей: SONY (Википедия) , SONY (сайт производителя) , OmniVision (сайт производителя) , Samsung (сайт производителя) , Samsung (Википедия) . Список других производителей (в т.ч. китайских) - .
4
.
В найденных технических параметрах камеры (сенсора) в первую очередь
следует обратить внимание на физический размер матрицы. При равенстве
примененных технологий чем размер матрицы больше, тем лучше получается
изображение как по детализации, так и по уровню шумов.
На число мегапикселей обращать внимание следует во вторую очередь,
это менее критичный параметр. Бо
льшее количество мегапикселей позволяет
получить снимки с лучшей детализацией при хорошем освещении, но с
бо
льшими шумами при пониженном освещении.
Следует также иметь в
виду при этом, что в графических редакторах из изображения с бо
льшим количеством
пикселей всегда можно получить изображение с меньшим (с попутным
уменьшением уровня шумов), а обратная операция приводит только к потере
резкости и размытию контуров.
5 . Найти обзоры выбранного смартфона (смартфонов) с примерами полноразмерных фотографий (без сжатия размера). Далее желательно проанализировать те из них, в которых содержится максимальное число мелких деталей. Следует обратить внимание на типовые дефекты, перечисленные выше в статье: цветовое виньетирование, наличие областей нерезкости, чрезмерная работа шарпинга и/или шумодава. Если уровень этих дефектов велик, то отбрасываем данный смартфон из рассмотрения. Возвращаемся к пункту 1. :)
6
.
Предпоследний пункт, "факультативный" (не обязательный). Рассмотреть
возможность приобретения смартфона со сдвоенной камерой. Предназначения
сдвоенной камеры могут быть различные.
Если вторая камера - черно-белая, то это позволяет улучшить
соотношение сигнал/шум для съемок при пониженном освещении или же
сделать качественные черно-белые (монохромные) фотографии.
Также вторая камера может быть и цветной, но с другим разрешением
и/или углом зрения. Такие камеры используются обычно используются для
определения переднего и заднего плана и создания "эффекта боке"
(размытия заднего плана).
Еще один вариант - когда вторая камера имеет большее фокусное
расстояние, чем первая. В этом случае она дает оптическое увеличение
объектов и используется для создания оптического зума.
Есть ещё и смартфоны с эффектом, обратным предыдущему, т.е. когда
вторая камера имеет меньшее фокусное расстояние и делает снимки в стиле
"рыбий глаз".
И, наконец, последний вариант - когда вторая камера установлена
"для красоты" и полезности в виде улучшения качества снимков или
создания творческих эффектов не приносит. Этим грешат, как обычно,
смартфоны дешевых китайских производителей.
7
. И последний пункт, тоже факультативный. Изучить по обзорам
наличие и работу системы стабилизации изображения: эта система поможет
уменьшить "субъективные" факторы ухудшения качества снимков, в первую
очередь из-за дрожания камеры.
Как определить, какая камера установлена в Вашем смартфоне (планшете)?
Для смартфонов на системе Android существует отличная утилита, показывающая тип установленных камер (точнее - их сенсоров). Она называется "Device Info HW " и устанавливается легко и непринужденно из магазина приложений Play Market (бесплатно).Утилита считывает из смартфона (планшета) конфигурационную информацию и представляет её в удобочитаемом виде.
Раздел "Камера" в этом приложении выглядит так:
(кликнуть для увеличения)
Верхняя часть таблицы
показывает реальные (аппаратные) параметры камер, а нижняя часть -
программные (интерполированные). От более высоких интерполированных
параметров полезности нет, так как пока что такие алгоритмы детализации
добавить не могут (хотя в Google
и работают
над этой проблемой - как "дорисовать" на фотографии то, чего на ней нет:)).
Также эта диагностическая утилита определяет наличие вспышек при
камерах и показывает эту информацию в таблице. Эта возможность может
быть интересна в связи с тем, что известны случаи, когда в некоторых
смартфонах вспышка для фронтальной камеры была "муляжом", т.е. реально
не работала. Эта утилита в таких случаях показывает пользователю, что
реально там вспышки нет, и не надо мучиться и пытаться заставить её
работать. :)
В приведенном примере основная (тыловая) камера
-
Samsung S5K3P3
,имеет разрешение в 1
6 мегапикселей;
фронтальная камера -
SuperPix SP8407
, разрешение - 8 мегапикселей.
К сожалению, утилита не всегда может показать модель сенсора, особенно для платформ Qualcomm (qcom) . В некоторых случаях для доступа к соответствующей информации в смартфоне могут потребоваться права ROOT , которые, в свою очередь, не для всех моделей удается получить. Также надо иметь в виду, что при получении прав ROOT могут отказаться работать системы бесконтактных платежей - с их точки зрения, это - нарушение правил безопасности.
Правда, в этом случае утилита может показать список совместимых камер, а уже из этого списка есть шанс методом сличения параметров найти ту, которая и применена.
Другие
производители:
GalaxyCore
(Китай)
Ваш Доктор
.
22 февраля 2017 г., с дополнениями от 27 января 2018 г.
Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам
До массового распространения смартфонов, при покупке телефонов мы оценивали их, главным образом, по дизайну и лишь изредка обращали внимание на функциональные возможности. Времена изменились: теперь все смартфоны имеют примерно одинаковые возможности, а при взгляде только на фронтальную панель, один гаджет едва можно отличить от другого. На передний план вышли технические характеристики устройств, и самой важной среди них для многих является экран. Мы расскажем, что же кроется за терминами TFT, TN, IPS, PLS, и поможем подобрать смартфон с нужными характеристиками экрана.
Типы матриц
В современных смартфонах главным образом применяются три технологии производства матриц: две основаны на жидких кристаллах - TN+film и IPS, а третья - AMOLED - на органических светодиодах. Но прежде чем начать, стоит рассказать об аббревиатуре TFT, являющейся источником множества заблуждений. TFT (thin-film transistor) - это тонкоплёночные транзисторы, которые используются для управления работой каждого субпикселя современных экранов. Технология TFT применяется во всех перечисленных выше типах экранов, включая AMOLED, поэтому, если где-то говорится о сравнении TFT и IPS, то это в корне неверная постановка вопроса.
В большинстве TFT-матриц используется аморфный кремний, но недавно в производство стали внедряться TFT на поликристаллическом кремнии (LTPS-TFT). Главные преимущества новой технологии - уменьшение энергопотребления и размеров транзисторов, что позволяет достигать высоких значений плотности пикселей (более 500 ppi). Одним из первых смартфонов с IPS-дисплеем и матрицей LTPS-TFT стал OnePlus One.
Смартфон OnePlus One
Теперь, когда мы разобрались с TFT, перейдём непосредственно к типам матриц. Несмотря на большое разнообразие разновидностей LCD, все они имеют один и тот же базовый принцип работы: приложенный к молекулам жидких кристаллов ток задаёт угол поляризации света (он влияет на яркость субпикселя). Поляризованный свет затем проходит через светофильтр и окрашивается в цвет соответствующего субпикселя. Первыми в смартфонах появились наиболее простые и дешёвые матрицы TN+film, название которых часто сокращается до TN. Они имеют малые углы обзора (не более 60 градусов при отклонении от вертикали), причём даже при небольших наклонах изображение на экранах с такими матрицами инвертируется. Среди других недостатков TN-матриц - малая контрастность и низкая точность цветопередачи. На сегодняшний день такие экраны используются только в самых дешёвых смартфонах, а подавляющее большинство новых гаджетов имеют уже более совершенные дисплеи.
Наиболее распространённой в мобильных гаджетах сейчас является технология IPS, иногда обозначаемая как SFT. IPS-матрицы появились 20 лет назад и с тех пор выпускались в различных модификациях, число которых приближается к двум десяткам. Тем не менее, выделить среди них стоит те, которые являются наиболее технологичными и активно используются на данный момент: AH-IPS от компании LG и PLS - от компании Samsung, которые весьма близки по своим свойствам, что даже являлось поводом для судебного разбирательства между производителями. Современные модификации IPS имеют широкие углы обзора, которые близки к 180 градусам, реалистичную цветопередачу и обеспечивают возможность создания дисплеев с высокой плотностью пикселей. К сожалению, производители гаджетов практически никогда не сообщают точный тип IPS-матриц, хотя при использовании смартфона различия будут видны невооружённым глазом. Для более дешёвых IPS-матриц характерно выцветание картинки при наклонах экрана, а также невысокая точность цветопередачи: изображение может быть либо слишком «кислотным», либо, напротив, «блёклым».
Что касается энергопотребления, то в жидкокристаллических дисплеях оно по большей части определяется мощностью элементов подсветки (в смартфонах для этих целей используются светодиоды), поэтому потребление матриц TN+film и IPS можно считать примерно одинаковым при совпадающем уровне яркости.
На LCD совершенно не похожи матрицы, созданные на основе органических светодиодов (OLED). В них источником света служат сами субпиксели, представляющие собой сверхминиатюрные органические светодиоды. Так как нет необходимости во внешней подсветке, такие экраны можно сделать тоньше жидкокристаллических. В смартфонах применяется разновидность технологии OLED - AMOLED, которая использует активную TFT-матрицу для управления субпикселями. Именно это позволяет AMOLED отображать цвета, тогда как обычные панели OLED могут быть только монохромными. AMOLED-матрицы обеспечивают самый глубокий чёрный цвет, поскольку для его «отображения» требуется лишь полностью отключить светодиоды. По сравнению с LCD, такие матрицы обладают более низким энергопотреблением, особенно при использовании тёмных тем оформления, в которых чёрные участки экрана вовсе не потребляют энергию. Другая характерная особенность AMOLED - слишком насыщенные цвета. На заре своего появления такие матрицы действительно имели неправдоподобную цветопередачу, и, хотя подобные «детские болячки» давно в прошлом, до сих пор большинство смартфонов с такими экранами имеют встроенную настройку насыщенности, которая позволяет приблизить изображение на AMOLED по восприятию к IPS-экранам.
Другим ограничением AMOLED экранов раньше являлся неодинаковый срок службы светодиодов различных цветов. Через пару лет использования смартфона это могло привести к выгоранию субпикселей и остаточному изображению некоторых элементов интерфейса, в первую очередь - на панели уведомлений. Но, как и в случае с цветопередачей, эта проблема давно ушла в прошлое, и современные органические светодиоды рассчитаны минимум на три года беспрерывной работы.
Подведём краткий итог. Наиболее качественное и яркое изображение на данный момент беспечивают AMOLED-матрицы: даже Apple, по слухам, в одном из следующих iPhone будет использовать такие дисплеи. Но, стоит учитывать, что все новейшие разработки компания Samsung, как основной производитель таких панелей, оставляет себе, а другим производителям продаёт «прошлогодние» матрицы. Поэтому, при выборе смартфона не от Samsung стоит смотреть в сторону качественных IPS-экранов. А вот гаджеты с дисплеями TN+film выбирать ни в коем случае не стоит - сегодня эта технология уже считается устаревшей.
На восприятие изображения на экране может влиять не только технология матрицы, но и рисунок субпикселей. Впрочем, с LCD всё довольно просто: в них каждый RGB-пиксель состоит из трёх вытянутых субпикселей, которые, в зависимости от модификации технологии, могут иметь форму прямоугольника или «галочки».
В AMOLED-экранах всё интереснее. Поскольку в таких матрицах источниками света являются сами субпиксели, а человеческий глаз более чувствителен к чистому зелёному свету, чем к чистому красному или синему, использование в AMOLED того же рисунка, что и в IPS, ухудшило бы цветопередачу и сделало картинку нереалистичной. Попыткой решить эту проблему стала первая версия технологии PenTile, в которой использовались пиксели двух типов: RG (красный-зелёный) и BG (синий-зелёный), состоящие из двух субпикселей соответствующих цветов. Причём, если красные и синие субпиксели имели форму, близкую к квадратам, то зелёные больше напоминали сильно вытянутые прямоугольники. Недостатками такого рисунка были «грязный» белый цвет, зазубренные края на стыке разных цветов, а при низком ppi - четко видимая сетка подложки субпикселей, появляющаяся из-за слишком большого расстояния между ними. К тому же, разрешение, указываемое в характеристиках таких устройств, было «нечестным»: если IPS HD матрица имеет 2764800 субпикселей, то AMOLED HD матрица - всего 1843200, что приводило к видимой невооружённым глазом разнице в чёткости IPS- и AMOLED-матриц с, казалось бы, одинаковой плотностью пикселей. Последним флагманским смартфоном с такой AMOLED матрицей стал Samsung Galaxy S III.
В смартпэде Galaxy Note II южнокорейская компания сделала попытку отказа от PenTile: экран устройства имел полноценные RBG-пиксели, хотя и с необычным расположением субпикселей. Тем не менее, по неясным причинам, в дальнейшем Samsung от такого рисунка отказалась - возможно, производитель столкнулся с проблемой дальнейшего увеличения ppi.
В своих современных экранах Samsung вернулась к RG-BG пикселям с использованием нового типа рисунка, который был назван Diamond PenTile. Новая технология позволила сделать белый цвет более натуральным, а что касается зазубренных краёв (например, вокруг белого объекта на чёрном фоне были чётко видны отдельные красные субпиксели), то эта проблема была решена ещё проще - увеличением ppi до такой степени, что неровности перестали быть заметны. Diamond PenTile используется во всех флагманах Samsung начиная с модели Galaxy S4.
В завершении этого раздела стоит сказать ещё об одном рисунке AMOLED-матриц - PenTile RGBW, который получается добавлением к трём основным субпикселям четвёртого, белого. До появления Diamond PenTile такой рисунок был единственным рецептом чистого белого цвета, но он так и не получил широкого распространения - одним из последних мобильных гаджетов с PenTile RGBW стал планшет Galaxy Note 10.1 2014. Сейчас AMOLED-матрицы с RGBW-пикселями применяются в телевизорах, поскольку в них не требуется высокий показатель ppi. Справедливости ради, также упомянем, что RGBW-пиксели могут использоваться и в LCD, но примеры использования таких матриц в смартфонах нам не известны.
В отличие от AMOLED, качественные IPS-матрицы никогда не испытывали проблем в качестве, связанных с рисунком субпикселей. Тем не менее, технология Diamond PenTile, вместе с высокой плотностью пикселей, позволила AMOLED догнать и обогнать IPS. Поэтому, если вы выбираете гаджеты придирчиво, не стоит покупать смартфон с экраном AMOLED, у которого плотность пикселей менее 300 ppi. При более высокой плотности никакие дефекты заметны не будут.
Конструктивные особенности
На одних только технологиях формирования изображений разнообразие дисплеев современных мобильных гаджетов не заканчивается. Одна из первых вещей, за которую взялись производители - воздушная прослойка между проекционно-ёмкостным сенсором и непосредственно дисплеем. Так появилась технология OGS, объединяющая сенсор и матрицу в один стеклянный пакет в виде сэндвича. Это дало значительный рывок по качеству изображения: увеличилась максимальная яркость и углы обзора, была улучшена цветопередача. Само собой, толщина всего пакета также была уменьшена, что позволило создать более тонкие смартфоны. Увы, но недостатки у технологии тоже есть: теперь, если вы разбили стекло, поменять его отдельно от дисплея практически нереально. Но преимущества в качестве всё же оказались важнее и теперь не-OGS экраны можно встретить разве что в самых дешёвых аппаратах.
Популярными в последнее время стали и эксперименты с формой стекла. И начались они не недавно, а как минимум в 2011 году: HTC Sensation имел вогнутое в центре стекло, которое, по замыслу производителя, должно было защитить экран от царапин. Но на качественно новый уровень такие стёкла вышли с появлением «2.5D экранов» с загнутым по краям стеклом, что создаёт ощущение «бесконечного» экрана и делает грани смартфонов более гладкими. Такие стёкла в своих гаджетах активно использует компания Apple, и в последнее время они становятся всё более и более популярными.
Логичным шагом в том же направлении стало изгибание не только стекла, но и самого дисплея, что стало возможным при использовании полимерных подложек вместо стеклянных. Тут пальма первенства, конечно, принадлежит компании Samsung с её смартфоном Galaxy Note Edge, в котором была изогнута одна из боковых граней экрана.
Другой способ предложила компания LG, которая сумела изогнуть не только дисплей, но и весь смартфон по его короткой стороне. Однако LG G Flex и его преемник не завоевали популярности, после чего производитель отказался от дальнейшего выпуска подобных аппаратов.
Также некоторые компании стараются улучшить взаимодействие человека с экраном, работая над его сенсорной частью. Например, некоторые устройства оснащаются сенсорами с повышенной чувствительностью, которые позволяют работать с ними даже в перчатках, а другие экраны получают индуктивную подложку для поддержки стилусов. Первая технология активно используется компаниями Samsung и Microsoft (бывшая Nokia), а вторая - Samsung, Microsoft и Apple.
Будущее экранов
Не стоит думать, что современные дисплеи в смартфонах достигли высшей точки своего развития: технологиям ещё есть куда расти. Одними из самых перспективных являются дисплеи на квантовых точках (QLED). Квантовая точка - это микроскопический кусочек полупроводника, в котором существенную роль начинают играть квантовые эффекты. Упрощенно процесс излучения выглядит так: воздействие слабого электрического тока заставляет электроны квантовых точек изменять энергию, излучая при этом свет. Частота излучаемого света зависит от размера и материала точек, благодаря чему можно добиться практически любого цвета в видимом диапазоне. Учёные обещают, что QLED матрицы будут иметь лучшую цветопередачу, контрастность, более высокую яркость и низкое энергопотребление. Частично технология экранов на квантовых точках используется в экранах телевизоров Sony, а прототипы имеются у LG и Philips, но о массовом применении таких дисплеев в телевизорах или смартфонах речи пока не идёт.
Высока вероятность и того, что в ближайшем будущем мы увидим в смартфонах не просто изогнутые, но и полностью гибкие, дисплеи. Тем более, что почти готовые к массовому производству прототипы таких AMOLED матриц существуют уже пару лет. Ограничением же выступает электроника смартфона, которую гибкой сделать пока невозможно. С другой стороны, крупные компании могут изменить саму концепцию смартфона, выпустив что-то вроде гаджета, показанного на фотографии ниже - нам остаётся только ждать, ведь развитие технологий происходит прямо на наших глазах.
Статья:Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.
Предисловие
В этой статье мы разберем устройство дисплеев современных мобильных телефонов, смартфонов и планшетов. Экраны крупных устройств (мониторов, телевизоров и т.п.), за исключением небольших нюансов, устроены аналогично.
Разборку будем проводить не только теоретически, но и практически, со вскрытием дисплея "жертвенного" телефона.
Рассматривать, как устроен современный дисплей, мы будем на примере наиболее сложного их них - жидкокристаллического (LCD - liquid crystal display ). Иногда их называют TFT LCD , где сокращение TFT расшифровывается "thin-film transistor" - тонкопленочный транзистор; поскольку управление жидкими кристаллами осуществляется благодаря таким транзисторам, нанесенным на подложку вместе с жидкими кристаллами.
В качестве "жертвенного" телефона, дисплей которого будет вскрыт, выступит дешевенький Nokia 105.
Основные составные части дисплея
Жидкокристаллические дисплеи (TFT LCD , и их модификации - TN, IPS, IGZO и т.д.) состоят укрупненно из трех составных частей: сенсорной поверхности, устройства формирования изображения (матрица) и источника света (лампы подсветки).Между сенсорной поверхностью и матрицей расположен еще один слой, пассивный. Он представляет собой прозрачный оптический клей или просто воздушный промежуток. Существование этого слоя связано с тем, что в ЖК-дисплеях экран и сенсорная поверхность представляют собой совершенно разные устройства, совмещенные чисто механически.
Каждая из "активных" составных частей имеет достаточно сложную структуру.
Начнем с сенсорной
поверхности (тачскрин, touchscreen). Она располагается самым верхним
слоем в дисплее (если она есть; а в кнопочных телефонах, например, ее
нет).
Её наиболее распространенный сейчас тип - ёмкостная. Принцип действия
такого тачскрина основан на изменении электрической емкости между
вертикальными и горизонтальными проводниками при прикосновении пальца
пользователя.
Соответственно, чтобы эти проводники не мешали рассматривать
изображение, они делаются прозрачными из специальных материалов (обычно
для этого используется оксид индия-олова).
Существуют также и сенсорные
поверхности, реагирующие на силу нажатия (т.н. резистивные), но они уже
"сходят с арены".
В последнее время появились и комбинированные сенсорные
поверхности, реагирующие одновременно и на емкость пальца, и на силу нажатия (3D-touch
-дисплеи).
Их основу составляет емкостной сенсор, дополненный датчиком силы нажатия
на экран.
Тачскрин может быть отделен от экрана воздушным промежутком, а может
быть и склеен с ним (так называемое "решение с одним стеклом", OGS
- one
glass solution).
Такой вариант (OGS) имеет значительное преимущество по качеству,
поскольку уменьшает уровень отражения в дисплее от внешних источников
света. Это достигается за счет уменьшения количества отражающих
поверхностей.
В "обычном" дисплее (с воздушным промежутком) таких поверхностей -
три. Это - границы переходов между средами с разным коэффициентом
преломления света: "воздух-стекло", затем - "стекло-воздух", и, наконец,
снова "воздух-стекло". Наиболее сильные отражения - от первой и
последней границ.
В варианте же с OGS отражающая поверхность - только одна (внешняя), "воздух-стекло".
Хотя
собственно для пользователя дисплей с OGS очень удобен и имеет хорошие
характеристики; есть у него
и недостаток, который "всплывает", если дисплей разбить. Если в
"обычном" дисплее
(без OGS) при ударе разбивается только сам тачскрин (чувствительная
поверхность), то при ударе дисплея
с OGS может разбиться и весь дисплей целиком. Но происходит это не
всегда, поэтому утверждения некоторых порталов о том, что дисплеи с OGS
абсолютно не ремонтируемые - не верно. Вероятность того, что разбилась
только внешняя поверхность - довольно велика, выше 50%. Но ремонт с
отделением слоев и приклейкой нового тачскрина возможен только в
сервис-центре; отремонтировать своими руками крайне проблематично.
Экран
Теперь переходим к следующей части - собственно экрану.
Он состоит из матрицы с сопутствующими слоями и лампы подсветки (тоже многослойной!).
Задача матрицы и относящихся к ней слоев - изменить количество проходящего через каждый пиксель света от лампы подсветки, формируя тем самым изображение; то есть в данном случае регулируется прозрачность пикселей.
Немного детальнее об этом процессе.
Регулировка "прозрачности" осуществляется за счет изменения направления поляризации света при прохождении через жидкие кристаллы в пикселе под воздействием на них электрического поля (или наоборот, при отсутствии воздействия). При этом само по себе изменение поляризации еще не меняет яркости проходящего света.
Изменение яркости происходит при прохождении поляризованного света через следующий слой - поляризационную пленку с "фиксированным" направлением поляризации.
Схематично структура и работа матрицы в двух состояниях ("есть свет" и "нет света") изображена на следующем рисунке:
(использовано изображение из
нидерландского раздела Википедии с переводом на русский язык)
Поворот поляризации света
происходит в слое жидких кристаллов в зависимости от приложенного
напряжения.
Чем больше совпадут направления
поляризации в пикселе (на выходе из жидких кристаллов) и в пленке с фиксированной поляризацией, тем
больше в итоге проходит света через всю систему.
Если направления поляризации получатся перпендикулярными, то свет теоретически вообще проходить не должен - должен быть черный экран.
На практике такое "идеальное" расположение векторов поляризации создать невозможно; причем как из-за "неидеальности" жидких кристаллов, так и не идеальной геометрии сборки дисплея. Поэтому и абсолютно-черного изображения на TFT экране не может быть. На лучших LCD экранах контрастность белое/черное может быть свыше 1000; на средних 500...1000, на остальных - ниже 500.
Только что была описана работа матрицы, изготовленной по технологии LCD TN+film. Жидкокристаллические матрицы по другим технологиям имеют схожие принципы работы, но другую техническую реализацию. Наилучшие результаты по цветопередаче получаются по технологиям IPS, IGZO и *VA (MVA, PVA и т.п.).
Подсветка
Теперь переходим к самому "дну" дисплея - лампе подсветки. Хотя современная подсветка собственно ламп и не содержит.
Несмотря на простое название, лампа подсветки имеет сложную многослойную структуру.
Связано это с тем, что лампа подсветки должна быть плоским источником света с равномерной яркостью всей поверхности, а таких источников света в природе крайне мало. Да и те, что есть, не очень подходят для этих целей из-за низкого КПД, "плохого" спектра излучения, или же требуют "неподходящего" типа и величины напряжения свечения (например, электролюминесцентные поверхности, см. Википедию ).
В связи с этим сейчас наиболее распространены не чисто "плоские" источники света, а "точечная" светодиодная подсветка с применением дополнительных рассеивающих и отражающих слоев.
Рассмотрим такой тип подсветки, проведя "вскрытие" дисплея телефона Nokia 105.
Разобрав систему подсветки дисплея до её среднего слоя, мы увидим в левом нижнем углу единственный светодиод белого свечения, который направляет свое излучение внутрь почти прозрачной пластины через плоскую грань на внутреннем "срезе" угла:
Пояснения к снимку. В центре кадра - разделенный по слоям дисплей
мобильного телефона. В середине на переднем плане снизу - покрытая
трещинами матрица (повреждена при разборке). На переднем плане вверху -
срединная часть системы подсветки (остальные слои временно удалены для
обеспечения видимости излучающего белого светодиода и полупрозрачной "световодной"
пластины).
Сзади дисплея видна материнская плата телефона (зеленого цвета) и
клавиатура (снизу с круглыми отверстиями для передачи нажатия от
кнопок).
Эта полупрозрачная пластина является одновременно и световодом (за счет внутренних переотражений), и первым рассеивающим элементом (за счет "пупырышков", создающих препятствия для прохождения света). В увеличенном виде они выглядят так:
В нижней части изображения левее середины виден яркий излучающий
белый светодиод подсветки.
Форма белого светодиода подсветки лучше различима на снимке с пониженной яркостью его свечения:
Снизу и сверху этой пластины подкладывают обыкновенные белые матовые пластиковые листы, равномерно распределяющие световой поток по площади:
Его условно можно назвать "лист с полупрозрачным зеркалом и двойным лучепреломлением". Помните, на уроках физики нам рассказывали про исландский шпат, при прохождении через который свет раздваивался? Вот это похоже на него, только еще и немного с зеркальными свойствами.
Вот так выглядят обычные наручные часы, если часть их прикрыть этим листом:
Вероятное назначение этого листа - предварительная фильтрация света по поляризации (сохранить нужную, отбросить ненужную). Но не исключено, что и в плане направления светового потока в сторону матрицы эта пленка тоже имеет какую-то роль.
Вот так устроена "простенькая" лампа подсветки в жидкокристаллических дисплеях и мониторах.
Что касается "больших" экранов, то их устройство - аналогично, но светодиодов в устройстве подсветки там больше.
В более старых
жидкокристаллических мониторах вместо светодиодной подсветки
использовали газосветные лампы с холодным катодом (CCFL,
Cold Cathode Fluorescent Lamp)
.
Структура дисплеев AMOLED
Теперь - несколько слов об устройстве нового и прогрессивного типа дисплеев - AMOLED (Active Matrix Organic Light-Emitting Diode ).
Устройство таких дисплеев значительно проще, так как там нет лампы подсветки.
Эти дисплеи образованы массивом светодиодов и светится там каждый пиксель в отдельности. Достоинствами дисплеев AMOLED являются "бесконечная" контрастность, отличные углы обзора и высокая энергоэффективность; а недостатками - уменьшенный срок "жизни" синих пикселей и технологические сложности изготовления больших экранов.
Также надо отметить, что, несмотря на более простую структуру, стоимость производства дисплеев AMOLED пока что выше, чем дисплеев TFT LCD.
Айпи телефоны представляют собой высокотехнологичные, функциональные устройства, обладающие широкими возможностями, отличным качеством и надежностью при работе с самой экономичной телефонной связью. У таких аппаратов современного образца имеются сложные детали, выполняемые по инновационным технологиям производства, которые и обеспечивают максимальный комфорт при их использовании. К примеру, ips матрица в телефоне, которая устанавливается в жидкокристаллическом дисплее, является сегодня самой высокотехнологичной из всех имеющихся матриц.
До настоящего времени в устройствах с жидкокристаллическими экранами применялась технология, обеспечивающая поворот кристаллов по отношению друг к другу на девяносто градусов. Это выполняется при отсутствии напряжения в горизонтальной плоскости. В отличие от ips матрицы в телефоне, данная технология при световом прохождении через кристаллы образует пиксели черного цвета, если же напряжение минимальное, то пиксели приобретают белый цвет. Поэтому, TFT экраны не дают полной контрастности цветового изображения, что не позволяет получать предельно четкие цвета.
Идеально черный цвет получается при использовании ips матрицы в телефоне, которая дает возможность кристаллам располагаться параллельно друг к другу вдоль плоскости всего экрана. Даже при отсутствии напряжения жидкие кристаллы остаются неподвижны, что обеспечивает неизменность цветовой гаммы, а значит более четкие и яркие цвета.
Немного устаревшая технология TFT характеризуется искажением цветопередачи, ведь каждый кристалл приобретает собственный оттенок. Другое дело - ips матрица в телефоне; которая обращается с цветовым изображением гораздо аккуратнее и бережнее. Чтобы отметить отличие этих двух технологий друг от друга, достаточно внимательно рассмотреть изображение на экранах TFT и IPS, разница будет видна невооруженным взглядом. Хотя, если не сравнивать отдельные аппараты, то на первый взгляд кажется, что цветопередача TFT экрана – безупречна.
Однако, далеко не всегда ips матрица в телефоне лучше аналогичной технологии. Так как, скорость отклика у TFT гораздо выше, чем у остальных матриц, то такие телефоны обеспечивают быструю скорость прорисовки, что очень важно для конкретных пользователей. Но и здесь следует отметить, что невооруженным взглядом она попросту будет незаметна.
