Как устроена камера смартфона? Просто о сложном
Если вы думаете, что камера смартфона это простой элемент, делающий снимки, вы ошибаетесь. Даже если вы уверены, что он не так прост как кажется, вы все равно далеки от истины. На самом деле он намного сложнее, чем кажется. Так как же устроена камера современного смартфона?
Камера современного смартфона состоит из целого вороха линз.
Заблуждения по поводу небольшой сложности камеры во многом обусловлены тем, что времена, когда камера была только в самых дорогих устройствах, давно прошли, и сейчас она есть даже в моделях за несколько тысяч рублей. Конечно, качество снимков таких камер оставляет желать лучшего, но камеры там есть, а значит стоимость самого модуля очень невысокая.
Тем не менее, стоит учесть, что даже самая простая камера не может не иметь в своем составе матрицы из миллионов мельчайших элементов и системы фокусировки с подвижными элементами. А теперь представьте себе размер модуля камеры смартфона и сложность этих подвижных конструкций.
Матрица
Матрица любой камеры, наряду со оптикой, являются основополагающими элементами качества снимка. Для начала разберем из чего состоит именно матрица.
Основной тип матрицы, применяемый в современных устройствах, состоит из светочувствительных элементов, собранных в блоки. Чем больше таких элементов, тем большую четкость снимков может обеспечить камера. Конечно, есть некоторые переменные, которые сводит к нулю ценность большого количества этих элементов. Это может быть низкое качество сборки, плохая оптика или желание сделать матрицу меньше при сохранении на ней светочувствительных элементов.
Стоит отметить, что сами светочувствительные элементы не могут работать без специальных фильтров, нанесенных на поверхность матрицы. Эти фильтры пропускают только красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue) цвет. Поэтому система и называется RGB.
Это матрица цифровой камеры.
Если на элемент не попадает свет определенного цвета, то он попадает на соседний. В этом и заключается принцип определения цвета снимка, так камера и понимает, какого цвета должна быть точка. Собрав несколько миллионов таких точек (мегапикселей) воедино, процессор обрабатывает их и собирает в готовое изображение.
Интересный факт!
Двойная камера нового ZTE Аxon 9 Pro позволяет не только сразу же делать отличные фотографии, но и уже на готовых изображениях менять точку фокусировки или решить, насколько должен быть размыт задний план.
Узнать еще об Axon 9 Pro
Размер светочувствительной ячейки очень сильно влияет на итоговое качество изображения. Не смотря на то, что размер ячеек выражается в микронах, кажущаяся небольшой разница в несколько десятых микрона является очень существенной – чем больше размер пикселя, тем лучше. Например, матрица ZTE Axon 9 Pro имеет размер пикселя 1,4 микрона и, если у какого-нибудь другого смартфона размер пикселя будет на 0,14 микрона меньше, разница будет уже десятипроцентной.
Также на качество снимка влияет и расстояние между пикселями. Если пиксели будут очень маленькими и “напиханы” очень плотно, камера может иметь сколько угодно мегапикселей, но снимки будут плохими и с большим количеством шумов.
Все это является объяснением, что разрешение в 40 мегапикселей не является самым хорошим вариантом. Если сравнивать такую камеру с 20-мегапиксельной такого же размера, при малейшем снижении уровня освещения 40-мекапиксельная начнет существенно проигрывать.
Оптика
Какой бы хорошей не была матрица, “стекла” могу свести на нет все старания ее создателей. В итоге вы можете получить снимок, который будет иметь большое разрешение, большой размер, но, при этом, никогда не будет четким. Для решения этой проблемы над оптикой работают не меньше, чем над самой матрицей.
Объектив камеры смартфона не зря называется именно так. Это именно объектив, как и в случае с зеркальными камерами, просто очень маленький. В конструкции объектива смартфона применяется несколько линз. Точное число зависит от конкретного производителя, но их может быть 4, 5, 7, 8 и даже больше.
Каждая линза выполняется из специального пластика или такого же специального стекла. Каждая из них собирает пучок света так, чтобы он равномерно попадал на рабочую часть матрицы. Малейшее смещение одной линзы на тысячные доли миллиметра может привести к полной неприемлемости качества снимков.
Важным критерием объектива будет его светосила или диафрагменное число. При выборе смартфона, если вам важна камера, надо выбирать тот, в котором цифра будет меньше, например, f/1,75. Это будет существенно лучше, чем f/2.0, f/2.2 и так далее. Тут все просто — чем меньше значение, тем выше светосила и тем лучше камера снимает при слабом освещении.
Еще одним важным показателем будет фокусное расстояние, но сейчас это уже потеряло актуальность для камер смартфонов. Все современные смартфоны оснащены камерами, которые отлично работают почти на любых расстояниях от объекта съемки. Есть даже модели с несколькими объективами, способными работать по-разному, дополняя функции основной камеры функциями телеобъектива (аналог оптического зума) или, наоборот, давая возможность снимать панорамы.
Камера современного смартфона выпирает. А как иначе?
В большинстве смартфонов снаружи вся конструкция прикрыта сапфировым стеклом или другими его прочными разновидностями. Ведь малейшая царапина на стекле может навсегда лишить камеру возможности делать хорошие снимки.
Автофокус
Из названия функции понятно, за что она отвечает. На заре камеростроения для мобильных устройств они не оснащались автофокусом, это было не так плохо и позволяло фотографировать панорамы или объекты на их фоне, обладая достаточно большой глубиной резкости. Но время идет и надо вводить новые функции.
Модуль камеры смартфона выглядит примерно так.
Так появился основной элемент, позволяющий улучшить снимки. В настоящее время он имеет три основных типа. Первый является контрастным. Суть его работы сводится к поиску оптимального фокуса, чтобы сделать резким все изображение или какую-то его часть, выбранную пользователем. Для такой системы не важно, на каком расстоянии находится объект съемки.
Второй тип автофокуса называется лазерным. Он работает только на небольших дистанциях и совмещается с другими системами для более полного охвата диапазона расстояний. Он способен определять расстояние до объекта и подстраивать под него настройки фокуса.
Третий тип автофокуса называется фазовым. Для его реализации предусмотрены дополнительные датчики, которые позволяют камере получить больше данных для настройки фокуса.
Наиболее продвинутые смартфоны способны на ходу объединять работу разных способов фокусировки и даже обеспечивать непрерывную автофокусировку, подстраиваются под изменение положения объекта.
Система стабилизации изображения
Если не считать программного способа стабилизации, который имеет существенные минусы, так как обрезает картинку и работает в основном только во время работы с видео, есть еще и оптический способ.
Модуль камеры в сборе.
Для его реализации камера имеет специальный механизм. Он ориентируется на показания гироскопа и за счет специального привода позволяет менять положение модуля камеры. В итоге, это не удаляет полностью, но компенсирует тряску рук, позволяя сделать видео более плавным, а снимки более четкими даже при относительно низком уровне освещенности.
В наиболее продвинутых смартфонах работа систем объединена. Это позволяет добиться еще большей стабилизации изображения.
Датчик баланса белого
Для более точной цветопередачи и большей естественности снимка камеры оснащаются датчиком цвета.
Любой тип освещения имеет свою цветовую температуру, и,попадая на объект, он отражается по-разному. Человеческий глаз воспринимает это нормально и может подстраиваться, но камере работать с такими изменениями трудно.
Камер смартфона бывает и такой.
Баланс белого можно смещать вручную, но лучше доверить это автоматике, которая сейчас развита настолько, что практически не ошибается и позволяет отказаться от ручных регулировок для большего удобства съемки.
Количество модулей
В наше время смартфоны с одним модулем камеры выпускают только очень уверенные в себе или совсем бюджетные производители. Даже относительно недорогие модели уже оснащаются двумя модулями камеры.
В этом есть масса плюсов. Самый очевидный из них в том, что они могут иметь разные настройки фокусного расстояния. Например, ZTE Axon 9 Pro позволяет снимать не только обычные фото, но и широкоугольные — с углом обзора 130 градусов. Это может очень пригодиться, когда надо сфотографировать большую компанию, крупное здание с небольшого расстояния или панораму природы.
Итог
Как видим, камера современного смартфона не так проста, как кажется. Она состоит из матрицы с десятками миллионов светочувствительных элементов, информация с которых обрабатывается отдельно, нескольких идеально подогнанных друг под друга линз, миниатюрных приводов и датчиков.
Все это делает ее чуть ли не самым сложным элементом смартфона. Но она постоянно развивается, ведь ни для кого не секрет, что при покупке смартфона мы далеко не в последнюю очередь обращаем внимание на то, как он может фотографировать.
Из чего сделана камера
СмартПульс — держите руку на пульсе высоких технологий! То, что доктор прописал!
Характеристики, тесты, обзоры мобильных устройств, компьютеров, комплектующих, радиолюбительских конструкций и компонентов
Главная -> Информация к размышлению (статьи) -> В кабинете патологоанатома. Вскрытие камеры смартфона.
В кабинете патологоанатома. Вскрытие (разборка) камеры смартфона. Устройство камеры смартфона (мобильного телефона).
Часть 1. Устройство камеры мобильного телефона без автофокуса
Сегодня наш патологоанатом проведет вскрытие фотокамеры смартфона Nokia ( одной из старых моделей). Камера — без автофокуса (с фиксированным фокусом). Её разрешение было 1.3 мегапикселя.
Цель нашего «вскрытия» — изучить, как устроена камера мобильного телефона (смартфона). Любопытно посмотреть, а что у неё там внутри?
Так выглядит наша камера до разборки (увеличение этой и последующих фотографий — кликом мыши по ним):
На снимке видна сама камера в металлическом держателе, а также шлейф для соединения с материнской платой телефона.
Так выглядит камера в крупном масштабе:
Переднее окошко имеет голубоватый оттенок. Это — эффект нанесенного на него антибликового покрытия («просветление» оптики).
Камера без металлического держателя (снят, он был просто на защелках):
Осмотр показал, что верхняя часть камеры (где оптическая система) просто приклеена к нижней части (где матрица).
Аккуратно иголочкой поддеваем верх и отрываем его.
В результате видим матрицу фотокамеры мобильника:
Сама матрица как таковая — в центре, она темно-серого цвета. По краям на голубом фоне — её электронная «обвязка». По углам видны пятна от «ножек» оптической системы, которыми последняя упиралась в матрицу. Что это за «ножки» — смотрите на следующей фотографии.
На следующем снимке — оптическая система камеры в своем корпусе, вид снизу (т.е. со стороны матрицы). На снимке видно кольцо из матового пластика с «ножками», которыми система и упиралась в матрицу:
На только что приведенном снимке виден розовый оттенок отражения в линзе. Это тоже результат действия антибликового покрытия.
Теперь с помощью иголки и грубой физической силы выковыриваем блок с линзами из корпуса. И видим вот такую картину:
В корпусе мы видим пружину, которая поджимала линзовый блок к матрице. Это необходимо для фиксации взаимного расположения матрицы и линз, чтобы не портилась фокусировка.
В блоке линз самая верхняя на снимке линза — асферическая. Её выпуклость к краям линзы уменьшается. Такие линзы применяются для компенсации «сферических аберраций», создаваемых другими линзами. «Сферические аберрации» создают как геометрические искажения («подушка» или «бочка»), так и приводят к потере четкости изображения.
Линзовый блок состоит из нескольких линз и диафрагм. Все линзы и диафрагмы в этом микроскопическом блоке склеены между собой и образуют единый массив. Но мы попробуем эту конструкцию разъединить, насколько это возможно.
Сначала отковыриваем асферическую линзу. Под ней обнаруживается диафрагма с прямоугольным окошком:
Диафрагма легко поддалась отковыриванию, она представлена на следующем снимке. Её назначение — «отрезать» тот световой поток, который выходит за пределы кадра. Этот световой поток только создавал бы излишнюю паразитную засветку безо всякой пользы.
А с передней стороны (обращенной к объекту съемки) объектив выглядит так:
На этом снимке видно, что «начинается» объектив с кольцеобразной диафрагмы. Назначение этой (и следующей) диафрагмы — повышение четкости снимка и увеличение глубины резкости (что особенно важно для камер с фиксированным фокусом).
Сняв эту диафрагму, видим, что в глубине объектива между двумя линзами находится еще одна диафрагма (см. следующий снимок). Однако же, склеена эта конструкция из двух линз и диафрагмы оказалась настолько прочно, что разъединить их оказалось невозможно. Посему на этом этапе разборку завершаем.
А вот так выглядит эта неразборная конструкция сбоку (следующее фото). Толстое «бревно» слева внизу — это швейная игла, с помощью которой я удерживаю эту часть объектива в наклонном положении в момент фотографирования. Эту же иглу я использовал для разборки камеры.
Подведем итоги нашего патологоанатомического вскрытия.
Вскрытие показало, что, несмотря на миниатюрные размеры камеры «мобильника», она имеет очень сложное устройство. Объектив камеры — не просто «линзочка», а 6-элементная сложная конструкция. Она состоит из 3-х линз и 3-х диафрагм. Причем одна из линз — асферическая.
Все линзы в объективе камеры смартфона — пластиковые, хотя и сделаны, само собой, из очень качественного оптического пластика. Если бы они были стеклянными, то цена камеры просто зашкаливала бы.
Если бы объектив камеры сделан не как наш, а по «упрощенной» схеме, то на снимках мог бы появиться целый «букет» искажений: сферические аберрации, хроматические аберрации, цветовое виньетирование, потеря резкости на краях снимка и еще некоторые другие.
Устройство камеры может быть и более сложным, чем описано в данном материале, если камера имеет автофокус или оптический зум.
Часть 2. Устройство камеры мобильного телефона с автофокусом
Теперь изучим устройство камеры смартфона с автофокусом.
В этой части статьи не будет повторно рассматриваться устройство объектива (оно есть выше в 1-ой части); основное внимание будет уделено механике автофокуса.
В качестве жертвенного телефона был использован смартфон одного моего хорошего знакомого. У этого смартфона оказалась особо несчастливая судьба: он был уронен в лужу, вследствие чего был разбит и утоплен одновременно. Затем в мокром состоянии он пролежал ещё некоторое время, прежде чем был отдан мне на растерзание патологоанатомическое вскрытие.
По этой причине кое-где на снимках будут присутствовать следы ржавчины.
После извлечения из телефона камера выглядела так:
Обратим внимание, что верхняя часть камеры имеет металлический кожух, а снизу находится пластиковая подложка. Далее увидим, что металлический кожух — это не просто оболочка, а конструктивная деталь с непростой «начинкой».
Разъединяем эти половинки корпуса камеры:
Матрица кажется окрашенной в красноватые тона, но это оптическая иллюзия: интенсивность её оттенка меняется в зависимости от угла наблюдения, как у крыльев бабочки. Видимо, таково влияние просветляющего покрытия защитной плёнки, находящейся над матрицей.
Посмотрим на матрицу чуть под другим углом:
Здесь надо обратить внимание на два контакта на ближней стороне подложки матрицы. При разборке камеры они были с силой выдернуты из верхней части камеры.
Эти контакты предназначены для подачи управляющего напряжения на систему фокусировки.
Теперь посмотрим на верхнюю часть камеры со стороны матрицы:
Между объективом и корпусом камеры есть зазор; он необходим для обеспечения подвижности объектива.
Если на объектив надавить кончиком иглы, то он немного сдвигается вглубь; примерно на 0.5 мм:
Сдвиг — небольшой, но, видимо, его достаточно для фокусировки в рабочих пределах камеры.
Теперь снимаем металлическую часть корпуса с верхней части камеры:
Вокруг объектива намотана обмотка сверхтонким проводом, да ещё в 4 слоя!
За счет подачи тока она втягивается в магнитную систему или выталкивается обратно.
Теперь совсем отрываем объектив и смотрим на его обратную сторону:
Здесь видны контактные площадки, к которым приварены концы обмотки.
Напряжение на обмотку подавалось через змеевидные пружины, которые можно видеть на следующем фото (этими же пружинами объектив удерживался в штатном положении):
Теперь посмотрим на металлическую часть камеры со стороны матрицы:
По углам этой части корпуса расположены 4 магнита, благодаря взаимодействию с которыми может перемещаться объектив.
Также здесь находится подпружиненное тонкое кольцо, которое поддерживает объектив с верхней стороны.
В заключение надо сказать, что управляющее напряжение для фокусировки задаёт не сама камера, а процессор телефона (смартфона).
Он рассчитывает необходимое напряжение в зависимости от алгоритма определения резкости (количество зон, их размер и т.п.) и того, в какую часть кадра пользователь нажмёт пальцем на экране смартфона.
Дополнительно о построении объективов можно прочесть в этой подробной и интересной статье (внешняя ссылка).
Ваш Доктор
2016 г., дополнено 20.11.2021 г.
Другие статьи цикла «Как устроен смартфон» :
При копировании (перепечатке) материалов ссылка на источник (сайт SmartPuls.ru) обязательна!
Доктора! (Администрация сайта — контакты и информация)
Группа SmartPuls.Ru Контакте — анонсы обзоров, актуальные события и мысли о них
Сведения об оригинальных камерах iPhone
Камеры iPhone разработаны, протестированы и изготовлены в соответствии со стандартами качества и производительности Apple. Сюда относятся удобная и чувствительная автоматическая фокусировка, режим «Портрет» с улучшенным эффектом боке и функцией контроля глубины, а также эффекты портретного освещения.
Важность обслуживания квалифицированными техническими специалистами, которые используют оригинальные камеры Apple
- Камера не фокусируется должным образом или изображения нечеткие
- При использовании режима «Портрет» объект может быть не в фокусе или частично в фокусе
- Приложение стороннего разработчика, которое использует камеру, может зависать или неожиданно завершать работу
- Предварительный просмотр в режиме реального времени в приложениях сторонних разработчиков может отображаться пустым или зависать
* Независимые поставщики услуг ремонта имеют доступ к оригинальным запасным частям, инструментам, программам обучения, руководствам по обслуживанию, средствам диагностики и ресурсам Apple. Ремонт, выполненный независимым поставщиком услуг ремонта, не покрывается гарантией Apple или соглашениями AppleCare, но может покрываться собственной гарантией поставщика услуг. Благодаря возможности самостоятельного ремонта клиенты получают доступ к оригинальным запасным частям, инструментам и руководствам по ремонту Apple, чтобы те из них, кто сталкивался со сложностями ремонта электронных устройств, могли выполнить негарантийный ремонт своими силами. Самостоятельный ремонт в настоящее время доступен в определенных странах и регионах для конкретных моделей iPhone, выпущенных в 2021 году или позднее. Чтобы просмотреть руководства по ремонту и заказать запасные части для соответствующих моделей, перейдите на страницу Самостоятельный ремонт.
История замены запасных частей и обслуживания
На моделях iPhone 12 и более поздних с iOS 15.2 и более поздних версий в меню «Настройки» > «Основные» > «Об устройстве» можно посмотреть историю замены запасных частей и обслуживания iPhone и узнать, производилась ли замена камеры. Если при ремонте использовались оригинальные запасные части и услуги Apple, рядом с камерой отображается надпись «Подлинность детали Apple».
Сообщение «Неизвестная деталь» означает, что установка камеры не была завершена или камера:
- была заменена неоригинальной камерой;
- ранее использовался или был установлен в другом iPhone;
- не работает должным образом.
Это уведомление не влияет на возможность использовать функции или камеру iPhone.
В версиях iOS до 15.2 вместо сообщения «Неизвестная запасная часть» отображается уведомление «Важное сообщение о камере».
Из чего делается камера футбольного мяча? Какой материал камеры лучший?
Камеры из бутила наиболее прочные и дольше держат воздух, но немного утяжеляют мяч. Латекс наиболее приемлемый материал, поскольку обеспечивает необходимую пластичность и легкость мячу, но быстрее спускает воздух. В дорогих моделях мячей используют комбинирование материалов для изготовления камеры. Также камера может быть изготовлена из полиуретана в бюджетных моделях. Например в популярных мячах серии Nike Strike камера сделана из прочного легкого Латекса. А в Adidas Krasava Top Training камера сделана из латекса, а клапан для прочности сделан из бутила.
Другие вопросы рубрики:
© 2024 FanShop.by. Футбольная атрибутика и экипировка.
Работаем только по Республике Беларусь.
Индивидуальный предприниматель Марченко Василий Александрович
Зарегистрирован Минским Горисполкомом 7 июля 2016 года
Адрес: 220012, г. Минск, пр-т Независимости, 74-14
Контактный телефон: +375 44 572-55-55; email: fanshop2019@yandex.by;
Интернет-магазин зарегистрирован в Торговом реестре Республики Беларусь: 14.05.2020 г.
Ваш товар добавлен в корзину