Czarno-biały górski pejzaż widziany na kolorowo poprzez smartfona.

Jak działa aparat w smartfonie?

Premiera iPhone'a X w Cupertino, Samsunga Galaxy S9+ w Barcelonie. Debiut Xiaomi Mi Mix 2S w Szanghaju i Huaweia P20 Pro w Paryżu. Podczas każdej z tych prezentacji nowych flagowców producenci bardzo dużo uwagi poświęcali rozbudowanym funkcjom fotograficznym. Bo dla większości użytkowników to kluczowa cecha - w czasach fotografii smartfonowej.

Fotografia smartfonowa to dość nowe określenie, które szybko przyjęło się w potocznym języku i każdy wie, o czym mowa – o wykonywaniu zdjęć za pomocą smartfonów, których aparat cyfrowy jest w nich tak oczywistym elementem jak choćby funkcja komunikacji bezprzewodowej. Niewielkie rozmiary urządzeń na początku budziły obawy co do sensu zastosowania ich jako czegoś więcej niż tylko gadżetu w fotografii. Konserwatywnie nastawieni do postępu w tej dziedzinie użytkownicy aparatów powątpiewali, że smartfon może być naprawdę dobry fotograficznie. I były to początkowo obawy uzasadnione. Przejście ze świata analogowego do cyfrowego nie zmieniło przecież konstrukcji aparatów, a malutkie sensory kompaktów narzucały oczywiste ograniczenia. Początki fotografii cyfrowej to jednak czasy, gdy urządzenia do fotografowania służyły przede wszystkim do rejestrowania obrazu. I wcale nie chodzi tu o rozbudowaną nie tylko fotograficzną funkcjonalność smartfonów, a fakt że przetwarzanie obrazu było ograniczone do minimum. Stąd też dawniejszy sceptycyzm dotyczący poprawy jakości zapisu pochodzącego z miniaturowych sensorów stosowanych w mobilnych aparatach cyfrowych. Dziś wiemy, że w sygnale jaki rejestrują kamery smartfonu (coraz częściej więcej niż jedna naraz) kryje się wiele pożytecznych informacji. Ich umiejętne wykorzystanie sprawia, że smartfonowe zdjęcia zachwycają, a my zachodzimy w głowę, jak to możliwe.

Standardem stały się podwójne tylne aparaty, ale Huawei w modelu P20 Pro zainstalował już trzy moduły

Aparat w smartfonie, czyli moduł aparatu

Aparaty stosowane w smartfonach (ich cena to kilka do kilkunastu procent wartości całego urządzenia) różnią się od aparatów, które znajdziemy w kompaktach, bezlusterkowcach czy lustrzankach. Przede wszystkim dlatego, że są to moduły, które integrują w jednej przypominającej kostkę obudowie wszystkie komponenty: sensor (wykonany w technologii CMOS lub CMOS BSI, co dodatkowo zmniejsza jego grubość), podstawową elektronikę, przysłonę, optykę i ewentualnie inne elementy jak mechanizm stabilizacji optycznej. Taki moduł ma grubość kilku milimetrów narzucaną między innymi przez oczekiwane wymiary obudów telefonów. Moduł połączony jest z płytą główną smartfonu za pomocą płaskiej taśmy sygnałowej.

Mimo różnic aparat w telefonie to nadal zwykły aparat, a zasady jego funkcjonowania są identyczne jak w przypadku tradycyjnego. Po „otwarciu” migawki (smartfonowe aparaty mają migawkę elektroniczną, bez mechanicznego elementu blokującego dopływ światła do sensora) ich czujniki rejestrują światło, które jest przetwarzane na sygnał cyfrowy.  Sygnał po odczytaniu i przetworzeniu jest zapisywany przez oprogramowanie aparatu jako plik JPEG (lub DNG w zaawansowanych modelach po zastosowaniu profesjonalnego trybu fotografowania).

Porównanie zdjęć DNG i JPEG

Rozmiar sensora, czyli dlaczego nie doczekamy się pełnej klatki?

Sensory stosowane w telefonach rozmiarami odpowiadają czujnikom z tradycyjnych kompaktów cyfrowych. Są to sensory typu 1/3 cale, 1/2,3 cala czy 1/1,7 cala. Im większą ogniskową przy zachowaniu niezmienionej grubości smartfonu chcemy uzyskać, tym mniejszy czujnik znajdziemy w danym module. Dlatego smartfonowe teleobiektywy sparowane są z sensorami o mniejszej rozdzielczości w Mpix dla zachowania dobrej jakości obrazu, bo mają one zazwyczaj mniejszy rozmiar niż sensory podstawowych aparatów (szerokokątnych). A co za tym idzie, ta sama co w podstawowym aparacie ogniskowa obiektywu w milimetrach przekłada się na dużo większy ekwiwalent ogniskowej dla pełnej klatki.

Czy w przyszłości da się zmieścić większe sensory w smartfonowych obudowach, zakładając, że trend będzie polegał na zmniejszaniu lub utrzymaniu obecnej ich grubości? Jeśli stosowana optyka będzie podlegać podobnym zasadom działania co obecnie, umieszczenie większego sensora równać się będzie znacznemu zwiększeniu grubości modułu – przypomnijmy sobie jak gruby był korpus Nokii 808PV, w którym znajdował się sensor typu 1/1,2 cala.

Pełna klatka czy nawet APS-C tudzież 4/3 to bardzo duże sensory, a ich zastosowanie w smartfonie o grubości kilku milimetrów jest albo niemożliwe, albo wymagałoby użycia na przykład metasoczewek, które na razie znajdziemy jedynie w laboratoriach. Nie mówię nie, ale najbliższa przyszłość fotografii smartfonowej będzie wyglądała inaczej.

Za fotografowanie odpowiada wiele elektronicznych elementów, ale wpływ na tę funkcję mają także „niefotograficzne” podzespoły

Każdy aparat smartfonowy ma przysłonę

Tryb manualny, zwany też profesjonalnym, dodawany jest do oprogramowania sterującego aparatem w smartfonie od bardzo dawna. Pozwala na ręczną zmianę czasu ekspozycji, czułości ISO, ostrości, balansu bieli i to w zasadzie wszystko. Brak tu najważniejszej funkcjonalności, czyli opcji regulacji wartości przysłony. Aparaty smartfonowe są wyposażone w przysłonę, bo każdy element tworzący otwór, przez który pada na sensor światło, można tak nazwać, ale ta przysłona w przeciwieństwie do przysłony w tradycyjnym obiektywie nie zmienia swojej apertury. Jest stale otwarta w maksymalnym stopniu (wyjątek Samsung Galaxy S9), który określa jednocześnie jasność układu optycznego. Smartfonowe aparaty wyróżniają się bardzo dużą jasnością optyki – wartości f/2, f/1,8 nie należą do rzadkości – co pozwala na sprawną pracę aparatu nawet w dość słabym oświetleniu. Maksymalna jasność układu optycznego stosowanego obecnie w smartfonach to f/1,5. I wiele wskazuje, że nie jest to koniec możliwości konstrukcyjnych.

Czy w smartfonie możemy zmieniać przysłonę?

Zmienna przysłona w zwykłych aparatach cyfrowych pozwala nie tylko manipulować ilością docierającego do czujnika światła, ale też umożliwia manipulowanie plastyką obrazu. Im bardziej otwarta przysłona, czyli mniejsza jej liczba, tym mniejsza głębia ostrości. Dlatego obiektywy, które pozwalają mocno otworzyć przysłonę (mają dużą jasność) tak chętnie wykorzystują portreciści.

W smartfonie sprawa nie jest taka prosta. Przede wszystkim główny aparat, czyli ten umieszczony na tylnej ściance, najczęściej ma szerokie pole widzenia. To utrudnia uzyskanie rozmycia tła nawet pomimo zastosowania bardzo jasnego obiektywu. Dodatkowo, niewielki rozmiar smartfonowych sensorów wymusza stosowanie optyki o bardzo małej faktycznej ogniskowej (kilka mm), a to kolejne utrudnienie. Utrudnienie, które jednocześnie sprawia, że fotografując dalsze motywy nie musimy martwić się o głębię ostrości – i tak wszystko będzie ostre. Mała głębia ostrości daje się zauważyć dopiero przy fotografowaniu bliższych motywów, głównie w trybie makro.

Dotychczas fizyczna zmiana wartości przysłony w smartfonach nie była możliwa, a raczej nie stosowano takiego rozwiązania. Dawało się ją jedynie symulować. Wraz z pojawieniem się Samsunga Galaxy S9/S9+ pojawiła się możliwość zmiany wartości przysłony. Mamy do wyboru dwie wartości, a ich zmiana realizowana jest tak samo jak w tradycyjnym aparacie. Zwierane są lamelki przysłony (w tym przypadku dwie) i w ten sposób zmniejsza się efektywny otwór, przez który wpada światło.

Można wyobrazić sobie dalsze zwiększanie liczby przysłony, ale na razie stanowi to dla producentów pewne wyzwanie. Konstrukcyjne – bo lamelek musi być więcej, ale też trzeba zadać sobie pytanie czy ma to sens. Obraz nie stanie się ostrzejszy, a wręcz przeciwnie – ucierpi jego jakość. Z kolei w przypadku mocno otwartej przysłony, tak jak ma to miejsce w Samsungu, zmiana wartości z f/1,5 na f/2,4 może dać się odczuć w jakości obrazu i jego plastyce.


Na następnej podstronie opisujemy m.in., jak działa sensor monochromatyczny.

Close

Choć staramy się je ograniczać, wykorzystujemy mechanizmy takie jak ciasteczka, które pozwalają naszym partnerom na śledzenie Twojego zachowania w sieci. Dowiedz się więcej.