Telefondaki teleskop! Huawei P30 Pro'nun süper yakınlaştırma özelliğine nasıl ulaştığını açıklığa kavuşturmak
İnsanoğlunun her zaman dünya hakkında bir merakı vardır, her zaman fiziksel sınırlamaları çeşitli yollarla kırmaya ve uzak dünyayı keşfetmeye çalışır.
Tang Hanedanlığının altın çağında şair Wang Zhihuan, "Denghe Quelou" da uzak dünyaya olan arzusunu "Bin mil uzakta olmak istiyorsanız, daha yüksek bir seviyeye gidin" diyerek ifade etti.
1608'de Hollandalı optisyen Hans Lieber, yanlışlıkla iki lensin uzaktaki manzaraları görmek için kullanılabileceğini keşfetti ve insanlık tarihindeki ilk teleskobu yaratmak için ilham aldı.
Teleskop, uzaktaki bir nesnenin küçük açılma açısını belirli bir büyütme oranında büyütebilir, böylece görüntü alanında daha büyük bir açılma açısına sahip olur ve çıplak gözle görülemeyen veya ayırt edilemeyen nesneleri açıkça ayırt edilebilir hale getirir. Bu nedenle teleskop, astronomide ve yer gözleminde vazgeçilmez bir araç haline geldi: gökbilimciler onu yıldızlı gökyüzünü gözlemlerken kullanacaklar, erken savaşlarda düşmanı araştırırken kullanacaklar ve modern insanlar onu yükseğe tırmanıp uzaklara bakarken kullanacaklar.
Güçlü işlevler ve kullanımlar, mesafeyi keşfeden insanların yalnızca başlangıcı olmaya mahkumdur. Teleskobun yakınlaştırma prensibine dayanan Alman Frank Barker, insanlık tarihindeki ilk yakınlaştırma lensi olan Zoomar Variofocal 17-53mm f / 2.9'u icat etti.
Dünyada oluşturulacak ve kullanılacak ilk zoom lensin, Alman optisyen Helmut Newman tarafından 1932 yılında Siemens 16mm film kamerası için tasarlanan 25-80mm f / 2.8 lens olduğu da söyleniyor.
Tabii ki bunlar doğrulanacak hiçbir yerde değil. Bununla birlikte, hem ilkinin hem de ikincisinin SLR kameralar için tasarlanmış zoom lensler olduğu çok kesin olmalıdır. İlerleyen yıllarda, teknolojinin sürekli gelişimi ve insan ihtiyaçlarındaki değişikliklerle birlikte, zoom lens sürekli olarak optimize edilmiş ve iyileştirilmiştir.
Yakınlaştırma merceği solda ve akıllı telefon sağda
Yakınlaştırma merceği, merceğin iç merceğini hareket ettirerek odak noktasının konumunu değiştirir, mercek odak uzunluğunun uzunluğunu değiştirir ve merceğin görüş açısını değiştirir, böylece görüntü büyütme ve küçültme gerçekleştirir. Odak konumu değiştiğinde, odak uzaklığı da buna göre değişecektir: odak noktası görüntüleme yüzeyinin tersi yönde hareket ettiğinde odak uzaklığı uzar; aksi takdirde odak uzunluğu kısalır.
Bu, odak kaymasını düzeltmek için optik telafi kullanan bir yakınlaştırma merceğinin optik yapısının basit bir şematik diyagramıdır. L1 ve L3, L3'ün sabit olduğu ön ve arka dışbükey lenslerdir. Ortadaki içbükey mercek L2 bir yakınlaştırma efekti oluşturmak için önden arkaya hareket ettiğinde, dışbükey mercek L1 ayrıca ileri ve geri parabolik bir hareket yapar. (Wikipedia'dan resim)
Zoom lensin en büyük değeri, çekim mesafesini değiştirmeden odak uzaklığını değiştirerek çekim aralığının değiştirilebilmesi, böylece lens odak uzunluğunun fotoğrafçının isteğine göre değiştirilebilmesidir.
Bununla birlikte, yakınlaştırma merceği görüntü büyütme ve küçültme başarabilse de, yakınlaştırma merceğinin yapısı nispeten karmaşıktır ve hacim nispeten büyüktür çünkü yakınlaştırma merceğinin birden çok odak uzunluğuna sahip görüntüler sunması gerekir.
Zum lensli SLR kamera
SLR'nin büyük boyutu için böyle bir lensi taşımak sorun değil ama akıllı telefon gibi çok sınırlı alana sahip ve ince bir tasarıma sahip bir mobil cihaz için neredeyse imkansız. Bu nedenle, kolaylık ve hız açısından çoğu cep telefonu sabit odaklı lensler kullanır.
Sabit odak uzaklığına sahip lensin yalnızca bir sabit odak uzaklığı olduğundan, bu aynı zamanda sabit odak uzaklığına sahip bir lensle donatılmış bir akıllı telefona da yol açar, yakınlaştırma işlevini gerçekleştirmek istiyorsa, yalnızca lens grubunun özel tasarımına ve ışığa duyarlı elemana güvenebilir.
Teknoloji geçişi: dijital yakınlaştırma ve süper örnekleme
Peki, yakınlaştırma lensi olan bir akıllı telefonda yakınlaştırma işlevi nasıl uygulanır? Açıkçası, birçok cep telefonu üreticisi, sabit odaklı lense dijital yakınlaştırma eklemek olan uzlaşmacı bir çözüm seçti.
Dijital yakınlaştırmaya "yakınlaştırma" denir, ancak odak uzaklığı gerçekte değişmez. Orijinal görüntünün iki pikseli arasındaki mesafeyi artırmak için dijital kameradaki işlemciyi kullanır ve ardından mevcut piksellerin etrafındaki renklere göre karar verir , Sensör üzerindeki piksellerin bir kısmını resmin tamamına büyütmek için "enterpolasyon" algoritmasını kullanın.
Karşılaştırmadan önce ve sonra, dijital teknoloji ile büyütülen görüntünün kalitesi doğrudan görülemeyecek kadar eski
Bu teknik, piksellerin kayıplı kırpılması pahasına resmin alanını artırmak için görüntü işleme yazılımı kullanmaya benzer Dijital yakınlaştırma, görüntü kalitesini iyileştirmek için enterpolasyon ve diğer yöntemleri kullansa da, görüntünün rengi ve kalitesi büyük ölçüde azaltılır.
Dijital yakınlaştırmaya benzer şekilde, CMOS'un belirli bir alanını kırparak yüksek kaliteli dijital yakınlaştırma elde etmek için yüksek piksel sensörünü tam olarak kullanan "süper örnekleme teknolojisi" de vardır ve görüntü kalitesindeki kayıp çok büyük değildir.
Süper örnekleme teknolojisinin şematik diyagramı
Ancak, süper örnekleme teknolojisinin özünün teknolojik atılımlardan değil, mevcut tüm kamera ekipmanlarının umutsuzca yükselen piksellerden kaynaklandığı unutulmamalıdır. Dahası, dijital yakınlaştırma gibi, süper örnekleme teknolojisi de gerçek optik yakınlaştırmayla tamamen uyumsuzdur.
Çift kamera yakınlaştırma: Tanrı'nın öptüğü bir çift göz
Teknoloji ve talep her zaman çift yönlü olmuştur.Teknoloji gerçek ihtiyaçları karşılayamadığında, sonraki çift kamera yakınlaştırma gibi yeni teknolojiler ortaya çıkacaktır.
Çift kamera yakınlaştırma, "geniş açılı" veya "telefoto" çekim efektleri elde etmek için cep telefonunun arkasındaki çift merceğin farklı fiziksel odak uzunluklarını kullanmaktır.
Temel, her şeyden önce çift kamera, yani iki kamera - çok işlevli bir "ikincil kamera" yöntemi eklenerek, tek bir kameradan daha zengin bir cep telefonu kamera oynanışı gerçekleştiriliyor.
İki çift kameralı yakınlaştırma lensinin esasen sabit odaklı lensler olduğu, yakınlaştırma lensleri olmadığı unutulmamalıdır.Zumlama efekti aslında iki lensin farklı fiziksel odak uzunlukları kullanılarak elde edilir.
Mevcut piyasa perspektifinden, iki ana çift kamera çözümü vardır: biri "renkli + siyah beyaz" ve diğeri "geniş açı + telefoto".
"Siyah beyaz + renkli" çift kamera yakınlaştırma ilkesi diyagramı
Bunların arasında, "renkli + siyah beyaz" çift kamera çözümü, aynı anda görüntü almak için iki kamera kullanır ve ardından bunları ISP post prodüksiyon yoluyla birleştirir. Çekim sürecinde renkli lens, renkli çekimden sorumludur, siyah beyaz lens ayrıntıları yakalamak için kullanılır ve siyah beyaz ve renkli çift lenslerin kombinasyonu, fotoğrafın ana hatları gibi ayrıntıların performansını artırma etkisini elde edebilir. Bu yalnızca renkli kameranın renk bilgilerini korumakla kalmaz, aynı zamanda siyah beyaz kameranın netliğini de sağlar.
Resim, Huawei'nin resmi web sitesinden Huawei P9'u gösteriyor
Daha temsili ürünler arasında çift 12 megapiksellik bir "renk + siyah ve beyaz" kombinasyonu kullanan Huawei P9, renk üretimi için bir RGB sensörü ve görüntü ayrıntılarını yakalamak için bir siyah beyaz sensör yer alıyor.
Mükemmel görüntüleme etkisine ek olarak, "siyah beyaz + renkli" çift kamera çözümü ayrıca arka plan bulanıklığını ve gece çekimini de destekler.Gece çekim modunda, genel parlaklık iyileştirilecek ve gürültü azaltılacak ve görüntüleme etkisi daha tatmin edici olacaktır.
"Geniş açı + telefoto" çift kamera yakınlaştırma ilkesi diyagramı
"Geniş açılı + telefoto" çift kamera çözümü, benzer bir "optik yakınlaştırma" efekti elde etmek için daha kısa eşdeğer odak uzunluğuna sahip geniş açılı bir lens ile daha uzun eşdeğer odak uzunluğuna sahip bir telefoto lens arasında bir geçiş kullanır.
Örnek olarak temsili Apple iPhone 7 Plus'ı alın. İPhone 7 Plus'ın geniş açılı ana kamerası 12 milyon piksel, F1.8 diyafram açıklığı, 28 mm eşdeğer odak uzaklığı; telefoto ikincil kamera da 12 milyon piksel olmasına rağmen diyafram açıklığı F2.8, eşdeğer odak uzaklığı 56 mm.
Apple'ın resmi web sitesinden resim
Çekim sırasında, cep telefonu sol ve sağ kameralar aracılığıyla farklı FOV'lar (görüş açısı) kullanır, böylece iki kamera farklı görüş açılarına sahiptir: yakın çekimler çekerken geniş açılı lens kullanın ve uzun menzilli çekimler yaparken optik yakınlaştırma elde etmek için bir telefoto lens kullanın.
Bunun avantajı, optik yakınlaştırmanın gerçekleştirilmesi, arka plan bulanıklaştırma işlevinin de tanıtılması ve bazı nesneleri uzun mesafeden çekerken bile resmin çözünürlüğünün korunabilmesidir. Gerçek optik zoomun yerini alamasa da, cep telefonları için yeni bir çözüm türüdür.
Bununla birlikte söylemek istediğim, "renkli + siyah beyaz" veya "geniş açı + telefoto" çift kameralı bir çözüm olsa da, bazı pratik sorunları da çözse de, fiili kullanımda bazı sınırlamalar var. Konuya daha uzak bir mesafeden bakarken.
Süper yakınlaştırma lensi: yakınlaştırmada çığır açan, çok uzak
İnsanlar eski çağlardan beri daha uzağa gitmek ve daha uzağı görmek istiyorlardı. Peki, akıllı telefonlar insanların daha uzak sahneleri kaydetmelerine nasıl yardımcı olabilir? Bu soruda Huawei, P30 serisi cep telefonlarında cevabı vermek için sektörde başı çekti: süper zoom lens.
Resim, Huawei P30 Pro arka kameranın yapı analizini göstermektedir
Huawei P30 Pro, özel olarak tasarlanmış bir periskop lens kullanır Basitçe söylemek gerekirse, görüntü sensörünü telefona dikey olarak yerleştirir ve lensi gövdeye paralel bir optik eksen boyunca hizalar ve ardından kameraya girmek için bir ayna kullanır. İçerideki ışık lense ve görüntü sensörüne yansıtılır, böylece geleneksel kameranın kurulum yönünden daha uzun eşdeğer bir odak uzaklığı oluşturabilir (yani telefonun yüzeyinde dışarıya bakar).
Periskop zoom lensin konseptten seri üretime inişe kadar geçen süreçte teknik bir problemi olduğu, yani proses kontrolünün zorluğu ve kalite kontrolün zorluğu olduğu unutulmamalıdır. Periskop yakınlaştırma lensi, prizmanın yerleştirme doğruluğu ve iki optik yolun optimizasyonu için mevcut optik standartlardan neredeyse iki kat daha katıdır.
Neyse ki, Huawei'nin Ar-Ge ekibi, teknik teorik modellerden ürün prototiplerine, güçlü sistem entegrasyonu ve endüstriyel zincir entegrasyon yetenekleri ile toplu olarak üretilebilen tüketici elektroniği ürünlerine ve ayrıca endüstri profesyonelleriyle ortak çabalar elde etti. .
Görüş alanı füzyon teknolojisi: süper yakınlaştırma lensi + süper çözünürlük algoritması
Birisi sorabilir: Süper yakınlaştırma lensi neden bu kadar harika bir yakınlaştırma efekti sağlıyor?
Bundan bahsetmişken, Huawei P30 Pro tarafından kullanılan "görüş alanı füzyonu" adlı bir sistemden bahsetmek zorundayım. En büyük etkisi, optik yakınlaştırma ile algoritmaya dayalı dijital yakınlaştırmayı birleştirmesi ve kamerayı seçilen büyütme faktörüne göre değiştirebilmesidir.
3 katın altındaki yakınlaştırma mesafesi dahilinde, cep telefonu tüm yakınlaştırmayı sağlamak için süper çözünürlük algoritmaları kullanır; 3 ila 5 kez yakınlaştırma çekimleri için cep telefonu, ana kamera ile telefoto kameranın görüntü verilerini birleştirerek görüntüler üretir. Yakınlaştırma faktörü 5 kat olduğunda, fotoğraf makinesi yakınlaştırmayı sağlamak için tamamen telefoto lense güvenir; ve 10 kat maksimum yakınlaştırma faktörü için kamera, Raw formatındaki telefoto görüntüsünün üzerine dört kare eklemek için optik yakınlaştırma ve süper çözünürlük kombinasyonunu kullanır. farketmek.
Farklı yakınlaştırma faktörlerinde Huawei P30 Pro kamera kullanımı
Huawei P30 Pro'nun geleneksel yakınlaştırma lensinin odak uzaklığını kırarak 5x optik yakınlaştırma, 10x hibrit yakınlaştırma ve 50x dijital yakınlaştırma elde ettiği bu çok lensli işbirliğine de dayanmaktadır.Zum etkisinin şaşırtıcı olduğu söylenebilir.
Profesyonel görüntüleme değerlendirme ajansı DxOMark tarafından yapılan testte Huawei P30 Pro, bir akıllı telefonda şimdiye kadar görülen en iyi yakınlaştırma performansını gösterdi.Ayrıntılar en yakın rakip modelden çok daha iyi.Gürültü de iyi kontrol ediliyor ve üretilebiliyor. En detaylı ve en net görüntü.
10x büyütmede, süper zum lens, süper çözünürlük algoritması ile birleştiğinde, detayı rakip modelden çok açık.
Bu sonuç şaşırtıcı değil. Dijital yakınlaştırmadan süper örneklemeden çift kameralı yakınlaştırmaya kadar, cep telefonu fotoğrafçılığı ilerlemeye devam ediyor ve süper yakınlaştırmalı lenslerin ortaya çıkışı, akıllı telefonun uzun menzilli çekim seviyesini benzeri görülmemiş hale getirdi.
Huawei P9'un çift lensinden Huawei P10'un portre fotoğrafına, Huawei P20 Pro'nun 40 milyon Leica üçlü kamerasına kadar, Huawei her zaman akıllı telefonların lideri olmuştur. Yeni piyasaya sürülen Huawei P30 Pro, görüntülerin tarihini yeniden yazmak, kamera teknolojisinde bir çığır açacak ve geleceği hayal gücüyle dolduracak.
-
- Ne oluyor be! Grizzlies koçu kovuldu, ancak Zhan Huang onu destekledi: Neden bir günah keçisi olsun?
