[التكنولوجيا والمستقبل] كيف ستكون كاميرا الهاتف الذكي غدا؟

ECOVACS

شعر البشر دائما بالحاجة إلى ذلك المحافظة للأجيال القادمة ذكرى الحاضر ، وبالتالي ، لجعل اللحظات المهمة خالدة من خلال الأوصاف المكتوبة أو تمثيلات بيانية. في الواقع ، فإن وجود قطاع التصوير الفوتوغرافي في هواتفنا الذكية يستجيب بدقة لهذه الحاجة التي ، لحسن الحظ ، اليوم يمكن أن يكون راضيا في أي وقت في لمسة من الاصبع.

الأحد تحدثنا معك على وجه التحديد ، التقنيات التي تسمح لأجهزتنا بالتقاط صور بجودة ممتازة دون التأثير على تكاليف الإنتاج (يتقلب سعر وحدة التصوير الكاملة عادةً بين 5 دولارات و 15 دولارًا) وحجم الجهاز. اليوم ، ومع ذلك ، سنركز وفقًا للتقاليد على الابتكارات المحتملة التي يمكن أن تحسن جودة الصور أو تشويه لنا طريقة تصور التصوير في المجال المحمول.

ممن لهم N3

لذلك سنتحدث عن الميل إلى دمج في الأجهزة العديد من الوظائف التي تمت إدارتها حتى الآن بواسطة البرامج (وبالتالي تثبيت الصورة البصرية وأنظمة التركيز التلقائي الجديدة) ، الاستخدام المتزايد لـ الفلاتر والتقنيات الرقمية لتحسين الصور ، وأخيرًا ، من أهم الابتكارات في الأجهزة التي ستحددها تطور من وحدات التصوير الحالية.

التثبيت البصري

التقاط إطار من جهاز الاستشعار الفوتوغرافي هو عملية ديناميكية وعلى هذا النحو ، يحتاج إلى وقت لإكماله. خلال هذا الوقت ، من غير المرجح أن تظل الصورة التي يتوقعها النظام البصري على المستشعر على حالها ، وفي الواقع من الممكن في نهاية العملية أن تستقبل شركة SoC البيانات التي ، بسبب الى المتوسط من الضوء الذي ضرب كل photosette واحد ، هي بعيدا عن تمثيل المشهد الذي نعتزم تصويره (صورة موسى).

لتجنب هذا الإزعاج ، فإن الطريق الأكثر شيوعًا هو الطريق تقليل أوقات التعرض زيادة حساسية المستشعر ، وبالتالي ، فإن ضجيج. عند استخدام الكاميرا لتصوير مقطع فيديو ، يمكن تشغيل الفيديو الاستقرار الإلكتروني بعد تحركات الصورة على المستشعر ، يعرض مقطع فيديو من خفض مجال الزاوي ولكنها خالية تقريبًا من الاهتزازات والهزات.

http://4.bp.blogspot.com/-ZPwhEm00CdI/UTOp3ot5eAI/AAAAAAAADMQ/hifpiH7fU_A/s1600/optical+image+stabilization.png

لحسن الحظ ، كانت هناك أيضًا أنظمة أكثر دقة وقوة لبعض الوقت لتجنب تأثيرات الاهتزازات الدقيقة التي تشبه نظر الشخص الذي يقرأ على وسيلة النقل ، يعوضون ميكانيكيا حركة الكاميرا فيما يتعلق بالمشهد. هذه هي أنظمة التثبيت البصري (OIS) في أي لحظة من لحظة ، أ جيروسكوب الضوابط الكهرومغناطيسية عن طريق تحريك عدسة أو جهاز استشعار لتعويض اهتزاز اليد.

هذا النظام عديم الفائدة تمامًا في حالة عدم وجود اهتزازات (مع حامل ثلاثي القوائم ، على سبيل المثال) وليس له أي تأثير في تقليل ضبابية حركة الأجسام المتحركة (بسبب ديناميكية المشهد وليس لحركة الكاميرا). في هذه الحالة الأخيرة ، يجب أن يكون التثبيت البصري مصحوبًا بأوقات تعرض منخفضة للصور وعدد كبير من الإطارات في الثانية (والتي يمكن استخدامها أيضًا للحركة البطيئة) لمقاطع الفيديو.

تركيز تلقائي أو سلبي؟

يجب أن نعترف بأن اعتماد الأجهزة المخصصة غالبًا ما يكون مناسبًا ، من وجهة نظر نوعية ، مقارنة باستخدام خوارزميات البرامج التي تحاكي وظيفتها. هذه النتيجة نفسها دفعت العديد من الشركات المصنعة إلى تبنيها في الآونة الأخيرة تركيز تلقائي نشط، والتي تستخدم انبعاث إشارة ل كشف المسافة الكائن الذي تريد التقاط الصورة.

قياس المسافة من هذه النظم ، على وجه الخصوص ، يحدث في مرحلتين. في البداية ، في الواقع ، مصدر (عادة ما يكون الموجات فوق الصوتية o ضوء الأشعة تحت الحمراء) يصدر إشارة يمكن تمييزها بسهولة عن الخلفية. ال استجابة من البيئة لهذه الإشارة ، بعد ذلك ، سيتم تسجيلها بواسطة جهاز استشعار مخصص وإبلاغها إلى مزود خدمة الإنترنت. مقارنة هذه الاستجابة مع الاستجابة المتوقعة في حال كان المشهد المراد تصويره بعيدًا جدًا ، وبالتالي ، يمكن لمزود خدمة الإنترنت ثلاثي موضع الجسم للتركيز على العدسات ونقلها وفقًا لذلك.

الليزر ضبط تلقائي للصورة
http://images.frandroid.com/wp-content/uploads/2014/05/LG-G3-laser.png

غالبًا ما تكون الأنظمة النشطة ، بفضل استخدام المستشعر الخارجي المخصص أسرع الأنظمة السلبية (على أساس تحليل الصورة الفوتوغرافية). إذا كان الهاتف الذكي المزوَّد بكاميرا مع ضبط تلقائي للصورة متباين سيأخذ تقريبًا ثانية لالتقاط مشهد ، على سبيل المثال ، واحدة مجهزة بنظام ليزر الأشعة تحت الحمراءسوف آخذ أقل من ربع ذلك الوقت. من ناحية أخرى ، سيكون التركيز التلقائي الفعال هو أقل دقة وسوف ينخدع بسهولة بواسطة أسطح الزجاج والبلاستيك شبه شفافة.

إذن ، يمكن لبعض الأنظمة السلبية الاعتماد على سرعة غالق استثنائية مع الحفاظ على الجودة العالية. ال PDAF (التي أخبرناك عنها بالفعل في المرة الأخيرة) ، على سبيل المثال ، يمكن أن تستغرق أقل من ثلث الثانية لاستكمال عمله ويمثل تسوية ممتازة بين العالمين.

عدسة سائلة
http://www.varioptic.com/media/uploads/artic.jpg

أخيرا ، في المستقبل ، وحدات التصوير مجهزة عدسة سائلة (حيث يتم التحكم في سوائل غير قابلة للامتزاج بواسطة حقول كهربائية) ، والتي بفضل المرونة المدهشة لهذا المكون ، يمكن أن تجعل الأنظمة السلبية أقرب إلى سرعة تلك النشطة.

Pureview ، ultrapixel والعرق على القرار

إن الاتجاه المتمثل في زيادة عدد الميجابكسل لم يتراجع أبدًا ، وببطء ولكن بثبات ، يتم ملء السوق بوحدات من دقة أعلى من أي وقت مضى. من العدل أن نسأل ، مع ذلك ، عن مقدار هذا السباق حقًا إيجابية للمستهلكين وكم ، بدلا من ذلك ، هو بسيط أسباب التسويق.

إذا قمت بزيادة عدد وحدات البكسل المدمجة في المستشعر دون زيادة حجم المنطقة الحساسة أيضًا ، في الواقع ، ستحصل على صور أصغر بشكل متزايد سيجمعون كمية أقل من الضوء. هذا يؤدي لا محالة إلى زيادة ضجيج وأداء ضعيف في نهاية المطاف في ظروف الإضاءة المنخفضة. إذاً ، قد يؤدي موقع الصور الصغير جدًا إلى زيادة ظاهرة crosstalkingأي التدخل بين الجيران وهو أمر غير مرغوب فيه على الإطلاق.

http://it.ubergizmo.com/wp-content/uploads/2013/02/ultrapixel.png
http://it.ubergizmo.com/wp-content/uploads/2013/02/ultrapixel.png

انتشار أجهزة الاستشعار BSIمن وجهة النظر هذه ، فإن الدافع وراء ذلك هو الرغبة في زيادة عدد البكسل دون تقليل شدة الضوء الذي يمكن أن يصل إلى موقع التصوير الفردي. جيد العزلة البصرية والإلكترونية  من بين العناصر الحساسة للضوء (مثل تلك التي تضمنها تقنية Isocell) يمكن أن تكون مفيدة تقليل الضوضاء والاستمرار في مسار القرارات عالية الدقة.

ومع ذلك ، لا توافق جميع الشركات المصنعة على أن الزيادة في الميجابكسل أمر مرغوب فيه دائمًا. الاسم Ultrapixel، على سبيل المثال ، يخفي الخيار الفني بعدم المشاركة في السباق من أجل الحل والمراهنة ، بالعكس ، على بكسل كبيرة جدا وبالتالي فهي مناسبة لجميع ظروف الإضاءة. المجسات Pureviewبدلا من ذلك ، فإنها تهدف إلىحجم الاستشعار عالية وعلى 'الإفراط بكسل لالتقاط صور ذات جودة ممتازة.

حجم المستشعر
http://cdn.cameradebate.com/wp-content/uploads/2012/07/sensor-size-comparison.png

هذه الأساليب الثلاثة المختلفة لتطور مستشعرات الهواتف الذكية لها مزايا وعيوب مختلفة ، وليس من المؤكد بأي حال من الأحوال أنه يجب تجنب النمو غير المحدود للقرار (خاصة إذا كان مصحوبًا بتطورات تقنية مناسبة). يعد العدد الكبير من البكسل مفيدًا بالفعل في العديد من الظروف (من الضروري على سبيل المثال لاستخدام ملفات تقريب رقمي) ، وإذا رافقه واحد مناسب النظام البصري والتي تم الحصول عليها دون زيادة مقابلة في الضوضاء والانحرافات ، ربما يكون مرغوبًا فيه. ومع ذلك ، نأمل في المستقبل تثبيت أبعاد الصور الفوتوغرافية والاعتبار زيادة في سطح المستشعرات.

مجسات Foveon

يوم الأحد الماضي رأينا كيف تستند أجهزة الاستشعار الحالية للكاميرا على المخطط باير ل وبالتالي ، حيث أن كل photosite تجمع معلومات فقط واحد من الألوان الرئيسية. ثم يتم حساب الصورة الكاملة باستخدام demosaicingومع ذلك يمكن تقديمها القطع الأثرية على الألوان.

أجهزة الاستشعار Foveonفي هذا السياق ، يتم تقديمها كبديل طبيعي لتلك المبنية على مخطط باير. هذه التكنولوجيا ، في الواقع ، تنص على أن كل photite هو الحساسة لجميع الألوان الرئيسية الثلاثة وهذا ، بالتالي ، قياس جميع مكونات البكسل أصليًا.

Foveon
http://img.cas.sk/img/24/fullwidth/1863815_obrazky-2010-foto-testy-dp1s-x3-vs-mosaic-new.gif?hash=557fc035659e103f50f343bc9765f2ee

تستند هذه النتيجة على حقيقة أن ضوء تردد أقل (الحمراء) تدير اختراق أعمق طبقة السيليكون التي يتكون منها موقع التصوير الضوئي مقارنةً بطبقة التردد الأعلى (الزرقاء). لذلك من الممكن تركيب ثلاثة أجهزة استشعار رفيعة جدًا ، وفقًا للعمق الذي توجد فيه ، سوف يسجلون مكونات مختلفة من الضوء.

هذا النوع من أجهزة الاستشعار ، ومع ذلك ، ليس (حتى الآن) خالية من العيوب. هيكل photosite نفسها ، على سبيل المثال ، تفضل التلوث بين الألوان الرئيسية، أي أنه يجعل زيادة دقة الألوان مشكلة (مهما كانت ممتازة). على الرغم من الحجم الكبير للصور ، فقد أثبت هذا النظام نفسه في كثير من الأحيان poco فعال في ظروف الإضاءة المنخفضة ، مثل يعاني بشكل خاص من الضوضاء بسبب الحساسية العالية.

Foveon
http://www.imaging-resource.com/ee_uploads/news/3547/foveon_quattro_layout.jpg

ومع ذلك ، يبدو أن التطور الأخير لهذه التقنية (Foveon Quattro) قد حل معظم المشاكل بفضل النهج المختلط ، الذي توجد به أعمق الطبقات الحساسة للضوء. قرار طفيف من أكثر الخارج. وأخيرًا ، تكون المستشعرات قيد الدراسة بالفعل TFD (كشف المجال العرضية) التي ، بضرب عدد الخصائص الحساسةونعد الألوان بدقة استثنائية.

مسار البرنامج وحقل الضوء

إذا تحدثنا حتى الآن عن التطورات المحتملة للأجهزة لوحدات التصوير الفوتوغرافي ، فلا يجب أن ننسى ذلك أيضًا تطور البرنامج يمكن أن يؤدي إلى تحسينات نوعية ممتازة.

انتشار التكنولوجيا تقرير التنمية البشرية (النطاق الديناميكي العالي) ، على سبيل المثال ، يتيح لنا اليوم الحصول على صور رائعة فترات ديناميكية، أي قادرة على إعادة إنتاج التفاصيل بأمانة لكل من الأجزاء الأكثر ظلمة والأكثر إضاءة. يتم الحصول على هذه النتيجة ، التي يكاد يكون من المستحيل تحقيقها عبر الأجهزة ، من خلال حساب الصورة النهائية على أساس لقطات مختلفة نفذت مع التعرضات المختلفة.

HDR
http://farbspiel-photo.com/wp-content/uploads/2014/07/high-five-hdr-before-and-after-001.jpg

لذلك ، لا يرتبط استخدام الخوارزميات دائمًا بالفلاتر الكلاسيكية التي تحاكيها تأثيرات فنية (يحظى بتقدير الجمهور بشكل خاص) ، ولكن يمكن أن يؤدي أيضًا إلى زيادة فعلية في المعلومات الواردة في الصورة. الحالات الأخيرة من الهاتف الذكي مع اثنين من الكاميرات الخلفية ، على سبيل المثال ، تدين بخصائصها الفوتوغرافية الجيدة فقط للعديد من الخوارزميات التي ، على أساس الصورتين اللتين تم التقاطهما في وقت واحد ، تسمح اختر عبر البرنامج معظم خصائص الصورة بعد لحظة التصوير (بما في ذلك نقطة التركيز).

هواوي الشرف 6 زائد

يعد إعداد الكاميرا المزدوجة في الواقع حالة مبسطة للتصوير الفوتوغرافي ضوء الميدان، حيث يمكن لمزود خدمة الإنترنت أن يستمد المعلومات ليس فقط من حيث كثافة و لون الضوء، ولكن أيضا على اتجاه الذي كان يسافر فيه هذا. هذا يسمح لبرنامج خاص لمحاكاة معلمات التصوير التي لن يكونوا مدعومين أصلاً من الأجهزة وكذلك ، بالطبع ، تخزين الصور ثلاثية الأبعاد.

أخيرًا ، من الإنصاف الإشارة إلى وجود بدائل في عالم التصوير الفوتوغرافي للمجال الضوئي ، مثل النظام Lytro والذي يعتمد على مستشعر واحد يحيط به واحد مجموعة ميكرولنس لجمع كل المعلومات عن أشعة الضوء. هذه التقنية باهظة الثمن ومرهقة حاليًا ، ولكن في المستقبل يمكن أن تصل بسهولة إلى هواتفنا الذكية أيضًا.

تحيا الراحة: الكاميرات القابلة للدوران والقلب والفصل

بعد الحديث عن الأجهزة والبرامج ، لا يمكننا أن ننسى تكريس بضع كلمات لالاستخدام من وحدات التصوير الفوتوغرافي ، والتي غالبًا ما تكون بنفس أهمية جودة الصور التي يتمكن هذا المكون من تقديمها إلينا. في هذا السياق ، تحركت العديد من الشركات لاقتراح تصميمات مقنعة تسمح لك بالتقاط الصور التصوير الذاتي مع البساطة والراحة.

تعتمد كل هذه الحلول على فكرة دمج كاميرا ، القدرة على التحرك على زلاجة أو على مفصلة ، يمكن استخدامه كوحدة أمامية وخلفية. سيتذكر القراء الأكثر انتباهاً بالتأكيد أن هذه الحلول ، التي كانت شائعة جدًا في الهواتف المحمولة القديمة الصدفيّة ، لم تجد تعبيرها الخاص إلا مؤخرًا في مجال الهواتف الذكية (خاصة بين الشركات المصنعة الشرقية).

Oppo N1 ضد Oppo N3

ومع ذلك ، ربما يتمثل التطور الطبيعي لهذه الأنظمة في اقتراح الهواتف الذكية مع وحدات التصوير للانفصال هذا ، ومجهزة اتصال بلوتوث و بطارية داخلية، يمكن أن يكون تفعيلها عن بعد من الجهاز الأم. نظام من هذا النوع ، في الختام ، من شأنه أن يسمح لأحد مرونة كبيرة ويحتمل ألا يكون بعيدًا عن الوصول إلى السوق.

انتهينا اليوم من رحلتنا إلى مساحات التصوير الرقمي الرائعة. الرحلة إلى الواسع عالم الاستشعار من الهواتف الذكية مستمرة الأحد القادم!