Cep telefonundaki teleskop, Huawei P30 Pro'nun süper yakınlaştırma özelliğine nasıl ulaştığını ortaya koyuyor
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, eski ünlü cümle "Denghe Quelou" da uzak dünya için arzusunu ifade etti: "Bin mil uzakta olmak istiyorsanız, daha yüksek bir seviyeye çıkın".
1608'de Hollandalı gözlükçü 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, böylece çıplak gözle görülemeyen veya ayırt edilemeyen nesneler açıkça ayırt edilebilir hale gelir. Bu nedenle teleskop, astronomide ve yer gözlemlerinde vazgeçilmez bir araç haline geldi: gökbilimciler onu yıldızlı gökyüzünü gözlemlerken kullanacaklar, erken savaşlarda düşmanı araştırırken kullanacaklar ve modern insanlar da yükseğe tırmanıp mesafeye baktıklarında kullanacaklar.
Güçlü işlevleri ve kullanımları, doğuşu insanların mesafeyi keşfetmeye başlamasıdır. Teleskobun yakınlaştırma ilkesine 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. Ancak çok kesin olmalı, yani hem eski hem de ikincisi SLR kameralar için tasarlanmış zoom lensler. Takip eden uzun yıllarda, teknolojinin sürekli gelişmesi ve insan ihtiyaçlarının değişmesiyle birlikte, zoom lens sürekli olarak optimize edildi ve geliştirildi.
Yakınlaştırma merceği solda ve akıllı telefon sağda
Yakınlaştırma merceği, merceği merceğin içinde hareket ettirerek odak konumunu değiştirir, merceğin odak uzunluğunun uzunluğunu değiştirir ve görüntü büyütme ve küçültme elde etmek için merceğin görüş açısını değiştirir. Odak konumu değiştiğinde, odak uzunluğu buna göre değişecektir: Odak noktası görüntüleme yüzeyinin tersi yönünde hareket ettiğinde odak uzaklığı daha uzun olur; aksi takdirde odak uzunluğu kısalır.
Bu, odak kaymasını düzeltmek için bir optik telafi yöntemi kullanan bir yakınlaştırma lensinin optik yapısının basit bir şematik diyagramıdır. L1 ve L3, L3'ün sabit olduğu ön ve arka dışbükey lenslerdir. Orta 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 uzaklığı değiştirilerek çekim aralığının değiştirilebilmesi ve lens odak uzunluğunun işlevinin 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 çoklu odak uzunluklarına sahip görüntüler sunması gerekir.
Zum lensli SLR fotoğraf makinesi
SLR gibi büyük bir hacim için doğal olarak böyle bir lens taşımak sorun değil, ancak çok sınırlı alana sahip ve ince bir tasarıma sahip akıllı telefon gibi 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, zum işlevini gerçekleştirmek istiyorsa, yalnızca lens grubunun özel tasarımına ve ışığa duyarlı elemana güvenebilir.
Teknoloji geçişi: dijital yakınlaştırma ve süper örnekleme
Peki, yakınlaştırma lensi ile donatılmış bir akıllı telefonda yakınlaştırma işlevi nasıl uygulanır? Açıktır ki, birçok cep telefonu üreticisi, sabit odaklı lense dijital yakınlaştırma ekleyen uzlaşmacı bir çözüm seçmiştir.
Dijital yakınlaştırmaya "yakınlaştırma" adı verilir, ancak odak uzaklığı gerçekte değişmemiştir. Orijinal görüntünün iki pikseli arasındaki mesafeyi artırmak için dijital kameradaki işlemciyi kullanır ve ardından mevcut piksellerin etrafındaki renklere göre karar verir , Sensördeki piksellerin bir kısmını tüm ekrana büyütmek için "enterpolasyon" algoritmasını kullanın.
Karşılaştırmadan önce ve sonra, dijital teknolojiyle genişletilmiş görüntü kalitesi, doğrudan görülemeyecek kadar eski
Bu teknik, piksellerin kayıplı kırpılması pahasına resmin alanını artırmak için bir 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 sensöründen tam olarak yararlanan "süper örnekleme teknolojisi" de vardır ve görüntü kalitesindeki kayıp büyük değildir.
Süper örnekleme teknolojisinin şematik diyagramı
Bununla birlikte, 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 yakınlaştırma ile 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 pazar söz konusu olduğunda, 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 aracılığıyla 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 etkisi sağlayabilir. Bu sadece 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 Huawei P9 yer alıyor, çift kamerası "renkli + siyah ve beyaz" ın ikili 12 milyon piksel kombinasyonu, renk üretimi için bir RGB sensörü ve görüntü ayrıntılarını yakalamak için bir siyah beyaz sensör kullanıyor.
Mükemmel görüntüleme etkisine ek olarak, "siyah beyaz + renkli" çift kamera çözümü 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, "optik yakınlaştırmaya" benzer bir etki 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 F2.8, eşdeğer odak uzaklığı 56 mm.
Resim, Apple'ın resmi web sitesinden geliyor
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 bir lens kullanın ve uzun 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 yakınlaştırmanın yerini alamasa da, cep telefonları için yeni bir çözüm türüdür.
Ancak söylemek istediğim, ister "renkli + siyah beyaz", ister "geniş açı + telefoto" çift kameralı bir çözüm olsa da, bazı pratik sorunları da çözse de, gerçek kullanımda belirli sınırlamaları var. Bir konuya daha uzak bir mesafeden bakıldığında.
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 uzun mesafeli manzaraları kaydetmelerine nasıl yardımcı olabilir? Bu soruda Huawei, P30 serisi cep telefonlarında cevabı vermek için sektörde başı çekti: süper zoom lens.
Resim, Huawei P30 Pro'nun arka kamerasının 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, cep telefonunun yüzeyinde dışa bakacak şekilde).
Periskop zoom lensin konseptten seri üretime kadar olan 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 ve kitlesel olarak üretilebilen tüketici elektroniği ürünlerine ulaşmak için güçlü sistem entegrasyonu ve endüstriyel zincir entegrasyon yeteneklerinin yanı sıra endüstri profesyonelleriyle ortak çabalar elde etti. .
Görüş alanı füzyon teknolojisi: süper yakınlaştırma lensi + süper çözünürlük algoritması
Birisi şu soruyu sorabilir: Süper yakınlaştırma lensi neden bu kadar harika bir yakınlaştırma efekti sağlıyor?
Bundan bahsetmişken, Huawei P30 Pro'nun kullandığı "görüş alanı füzyonu" adlı bir sistemden bahsetmemiz gerekiyor. En büyük işlevi, kamerayı seçilen büyütme faktörüne göre değiştirebilen optik yakınlaştırma ve algoritma odaklı dijital yakınlaştırmayı birleştirmesidir.
3 katın altındaki yakınlaştırma mesafesinde, cep telefonu tüm yakınlaştırmayı süper çözünürlük algoritması ile gerçekleştirir; 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 maksimum 10 kat yakınlaştırma için, kamera, Raw formatındaki telefoto görüntüsünün üzerine dört kareyi bindirmek için optik yakınlaştırma ve süper çözünürlük kombinasyonunu kullanır. farketmek.
Farklı yakınlaştırma katları altında 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 görüntü değerlendirme ajansı DxOMark'ın testinde Huawei P30 Pro, bir akıllı telefonda şimdiye kadar görülen en iyi yakınlaştırma performansını gösterdi.Ayrıntılar en yakın rakip modelden çok daha iyi, gürültü iyi kontrol ediliyor ve üretilebiliyor. En detaylı ve en net görüntü.
10 kat büyütmede, süper yakınlaştırma lensi ve süper çözünürlük algoritması birleştirilir ve detayları rakip modelden çok açıktır.
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 görülmemiş bir şekilde iyileştirdi.
Huawei P9'un çift lensinden Huawei P10'un portre fotoğrafçılığına, 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 atılım yapmak ve geleceği hayal gücüyle dolduracak.
