HDR и двойная камера — зачем нужны

📲 HDR — что такое и как работает и зачем смартфону нужна двойная камера и как она работает — тема сегодняшней статьи.

Многие из вас, ковыряясь в настройках камеры телефона натыкались на режим HDR, но далеко не многие из вас пользуются этим режимом, а многие и вообще не знают что такое HDR. В этом пункте сегодняшней статьи я поговорю о том, что же такое HDR в смартфонах и как он работает.

HDR, аббревиатура означает широкий динамический диапазон (High Dynamic Range). Если говорить грубо, то HDR позволяет одинаково хорошо передавать информацию в очень ярких и очень темных участках кадра на одном и том же изображении. На данный момент эту технологию можно встретить в смартфонах, камерах, телевизорах и фотоаппаратах, а также в играх и фильмах. Я даже холодильник видел, у которого дисплей был с поддержкой HDR.

Сначала давайте приведу довольно простой пример работы этого режима. Попробуйте сфотографировать человека на фоне окна в автоматическом режиме. Вы получите отлично проэкспонированное окно и темный силуэт человека, лицо которого будет не рассмотреть. Либо, наоборот, более или менее экспонированного человека и наглухо пересвеченное окно. А пересвет это просто потерянная информация. Теперь включите HDR в настройках и сделайте такой же снимок, на нем уже прекрасно будет виден человек и его лицо.

Для примера приведу несколько фотографий когда эта настройка включена и отключена:

Пример работы HDR — когда он включен и выключен.

HDR это абсолютная величина и не измеряется в каких-либо цифрах. Если у камеры выходят снимки с очень черными тенями без деталей, а светлые участки теряют информацию, то говорят, что это узкий динамический диапазон. И наоборот, если у камеры получается сделать снимки с деталями в тенях, а светлые участки не выходят пересвечеными, то у этой камеры широкий динамический диапазон.

Чем дороже камера, тем шире у нее динамический диапазон. Даже самые дорогие и крутые сенсоры зачастую не могут охватить весь диапазон яркости в контрастных сценах. Лучшие камеры, цена которых стартует с 3500 долларов могут улавливать информацию в пределах от 15 до 17 стопов экспозиции, в то время как человеческий глаз может видеть в 24 стопа максимум. Что уж говорить про камеры в смартфонах, такая чувствительность им даже не снилась.

Но как же крохотный и относительно недорогой сенсор в смартфоне может запечатлеть весьма контрастные сцены и при этом адекватно проработать как светлые участки кадра, так и вытянуть информацию в тенях. Все дело в программной хитрости под названием HDR. Если включить этот режим, то камера делает минимум 3 кадра с разной экспозиции:

Создание и обработка HDR снимка в смартфоне.

1. Первый кадр сильно недоэкспонирован и в нем хорошо проявляются детали в ярких участках;
2. Второй кадр смартфон делает с нормальной экспозицией, в нем не очень хорошо видны детали в светлых участках, темные участки также не проработаны, этот кадр нужен в качестве основы;
3. Третий кадр пересвеченный (переэкспонированный), здесь светлые участки снимка просто выжжены, но зато темные прекрасно видны, именно они и пойдут в дело.

Затем имея эти три кадра, процессор смартфона склеивает их в один кадр, он берет темные участки с пересвеченного и светлые участки с недосвеченного, получается фотография с расширенным динамическим диапазоном (HDR). Таким образом удается сделать фотографии на смартфоне более объемными и качественными.

Результат обработки.

Однако, такую настройку уместно применять далеко не в любом случае. Например, снимки в портретном режиме с HDR выглядят как минимум странно, лицо человека может получиться плоским и неестественным. Все же иногда темные участки на фотографии должны оставаться темными, дабы адекватно передавать объем.

Второе, где не нужно применять эту технологию — это быстротекущие процессы, где без смазывания получить снимки не получится. Даже топовым процессорам нужно в 3 раза больше времени, чтобы создать 3 кадра и склеить в один.

HDR нельзя применять в быстрых сценах с движением.

То есть, HDR хорошо проявляет себя в статичных сценах с высоким контрастом. Например, облака на закате. Также эта технология позволяет снимать архитектуру делая более качественные снимки с подсветкой отдельных участков здания и контровым светом.

Наглядный пример удачной работы этой технологии, кликабельно:

Зачем нужна двойная камера в смартфоне

Двойная камера с телефонах.

Трудно представить современный флагман с одной камерой. Как только Apple сообщила, что их смартфон получит два модуля, прочие производители всполошились, теперь уже все смартфоны от самых бюджетных имеют в распоряжении минимум от двух камер. Давайте посмотрим как именно работает двойная камера в смартфонах.

Работает она, в принципе, точно также как и одинарная. Свет проходит через линзу, попадает на матрицу, процессор считывает информацию и преобразовывает ее в фото или в видео. С двойными камерами все тоже самое, только вместо одной матрицы тут две, которые работают независимо друг от друга, а значит вся обработка и склейка происходит именно в процессоре. И чем чипсет будет новее и дороже, тем качественнее будут получаться снимки. Также для получения хорошего снимка важны и программные алгоритмы.

Какие функции выполняет второй модуль камеры в смартфоне ? Тут многое зависит от самого производителя смартфона. Например, вторая камера в iPhone 7 Plus предназначена для оптического зума: первый модуль снимает широкоугольным объективом, а второй телеобъектив позволяет получить зумированные фотографии без потери качества.

Раньше в смартфонах зум был по большей части цифровой, то есть смартфон делал большую фотографию например на 16 Мп и обрезал необходимый фрагмент программно, например в 2 раза. И получалась фотография уже не 16-мегапиксельная, а 8-ми, соответственно, терялось и качество. Теперь же второй модуль для оптического зума позволяет увеличивать фрагмент в 2 раза без потери качества.

Но не все производители делают так, некоторые используют второй модуль для иных целей. К примеру, в телефоне Huawei P10 вторая камера нужна для увеличения динамического диапазона, на зум она не способна, о котором будет ниже. Этот второй модуль монохромный и снимает только черно-белое, что дает больше деталей в тенях, а сами снимки лучше по качеству.

Производители почти никогда не вставляют одинаковые матрицы в оба модуля, обычно один сенсор делают с меньшим количеством мегапикселей, но большей светосилой (она же апертура, она же диафрагма), а второй наоборот, с большим количеством мегапикселей, но менее светосильным. Объединяя два таких снимка можно получить более детализированную картинку, по тому как из первого снимка берется информация о цветах а у второго о деталях.

Ну и, наконец, любой смартфон с двумя или более камерами умеет размывать задний фон, вернее, создавать эффект глубины резкости. На самом деле, размытие происходит программное, вторая камера нужна для более точного определения объектов в пространстве: телефон делает два снимка на обе камеры сразу, процессор сопоставляет их и определяет, какой именно объект вы хотели поместить на передний план. После чего накладывает фильтр в реальном времени и затирает фон программно. При этом можно самому задавать степень размытия заднего фона, что называется программной диафрагмой. На данный момент не существует такой идеальной камеры в смартфонах, которая точно на 100% может определять где заканчивается объект в фокусе и начинается задний фон. Все смартфоны могут ошибаться в этом плане, независимо от их цены.

В настоящее время задался тренд на использование 4-ех модулей основных камер, расцвет которого придется на весь 2020 год. К примеру, недавно выпущенный Redmi Nore 8 Pro имеет 4 сенсора, главный из которых на 64 Мп, а остальные — это комбинация всего того, о чем я говорил выше:

Расположение камер и назначение сенсоров в Redmi Note 8 Pro.