Як зрабіць смартфон з падвойнымі камерамі
Стварэнне смартфона з падвойнымі камерамі — гэта не такі просты праект, як зборка хатняга кампутара. Гэта шматпрофільная справа, якая спалучае прамысловы дызайн, электроніку, оптыку, апрацоўку малюнкаў, сістэмнае праграмнае забеспячэнне (прашыўку/АС), вытворчасць і тэсціраванне якасці. Аднак разуменне гэтага працэсу можа дапамагчы вам зразумець, як праектуюцца і вырабляюцца сучасныя тэлефоны, а таксама тэхнічныя рашэнні, якія ляжаць у аснове функцыі падвойных камер.
У гэтым артыкуле разглядаюцца асноўныя этапы стварэння смартфона з падвойнай камерай з пункту гледжання канцэпцыі, кампанентаў, інтэграцыі і тэсціравання.
-
1. Вызначце прызначэнне падвойнай камеры
Першы крок — вызначыць, чаму ў смартфона дзве камеры. «Падвойная камера» можа азначаць некалькі розных канфігурацый, напрыклад:
1. Шырокі + звышшырокі: асноўная камера для звычайных фотаздымкаў і звышшырокі для больш шырокага вугла агляду.
2. Шырокі аб'ектыў + тэлеаб'ектыў: асноўная камера і камера з аптычным зумам (2x/3x).
3. Шырокавугольны + датчык глыбіні: другая камера дапамагае вымяраць глыбіню для эфекту боке (партрэт).
4. Шырокі + манахромны: манахромная камера паляпшае дэталізацыю і працу пры слабым асвятленні.
Гэтая мэта вызначыць выбар датчыка, аб'ектыва, адлегласці паміж камерамі (базавая), патрабаванняў да апрацоўкі і алгарытму сшывання малюнкаў.
-
2. Выбар платформы SoC і правайдэра інтэрнэт-паслуг
Сучасныя смартфоны выкарыстоўваюць SoC (сістэмы на чыпе), такія як Qualcomm Snapdragon, MediaTek Dimensity/Helio, Samsung Exynos або Unisoc. Найважнейшым кампанентам для камеры з'яўляецца ISP (працэсар сігналу выявы), які звычайна інтэграваны ў SoC.
Пры выбары SoC улічвайце:
– Падтрымка колькасці камер (падвойная/патройная) і прапускной здольнасці тракту перадачы дадзеных.
– Максімальнае разрозненне, якое падтрымліваецца для дзвюх камер адначасова.
– Падтрымлівае такія функцыі, як HDR, шматкадравае шумапрыглушэнне і вылічальная фатаграфія.
– Наяўнасць драйвераў і падтрымкі пастаўшчыкоў для абранага вамі датчыка камеры.
Без належнага інтэрнэт-правайдэра падвойныя камеры будуць мець праблемы са стабільнай працай, асабліва ў такіх рэжымах, як партрэт, начны рэжым і відэа.
-
3. Вызначце датчык камеры і аб'ектыў
Дзве камеры азначаюць як мінімум два датчыкі і два аб'ектывы, а таксама механічны модуль і гнуткі кабель (flex) для кожнага.
Агульныя рэчы, якія варта ўлічваць:
– Памер сэнсара (напрыклад, 1/1.56″, 1/2.0″): чым большы, тым лепш здымае ў цёмных умовах.
– Памер пікселя (напрыклад, 0.8 мкм, 1.0 мкм, 1.4 мкм), а таксама падтрымка бінінгу пікселяў.
– Дыяфрагма аб'ектыва (напрыклад, f/1.8): уплывае на колькасць святла.
– Фокусная адлегласць і поле зроку (FOV): важныя для шырокавугольнага і звышшырокавугольнага аб'ектыва.
– OIS/EIS: аптычная стабілізацыя (OIS) больш складаная, але сапраўды паляпшае якасць фота/відэа.
Для канфігурацый шырокавугольнага + ультрашырокавугольнага аб'ектыва асноўная камера звычайна мае большы датчык, у той час як ультрашырокавугольная камера можа мець меншы датчык, але вельмі шырокавугольны аб'ектыў. Для шырокавугольнага + тэлеаб'ектыўнага аб'ектыва тэлеаб'ектыў звычайна патрабуе большай фокуснай адлегласці, што ўскладняе канструкцыю аб'ектыва з-за абмежаванай прасторы.
-
4. Праектаванне галоўнай платы (PCB) і шляху камеры
Далей ідзе распрацоўка электронікі: матчынай платы/друкаванай платы павінна быць магчымасць адначасова апрацоўваць два модулі камер. Звычайна камеры падключаюцца праз высакахуткасны інтэрфейс, напрыклад, MIPI CSI-2.
Важныя рэчы:
– Колькасць палос MIPI дастатковая для двух датчыкаў.
– Размяшчэнне кампанентаў такім чынам, каб шлях сігналу быў кароткім і стабільным.
– Кіраванне электрамагнітнымі перашкодамі (EMI), каб выява не мела «палос» або шуму з-за перашкод.
– Наяўнасць спецыяльных ліній харчавання для датчыкаў факусоўкі і прывадаў.
Акрамя таго, модуль камеры патрабуе элементаў кіравання, такіх як I2C для канфігурацыі датчыка, а таксама ліній для прывада аўтафокуса (VCM) і OIS, калі яны ёсць.
-
5. Падрыхтоўка энергетычных, цеплавых і механічных канструкцый
Дзве камеры павялічваюць спажыванне энергіі і выдзяленне цяпла. Такім чынам:
– PMIC (ІС кіравання харчаваннем) павінна задавальняць патрэбы датчыкаў і пастаўшчыка інтэрнэт-паслуг.
– Цеплавая канструкцыя павінна падтрымліваць стабільныя тэмпературы, каб не павялічвацца шум і не зніжацца прадукцыйнасць інтэрнэт-працэсара (цеплавое дросельаванне).
– Механічная канструкцыя павінна ўтрымліваць модуль камеры такім чынам, каб ён не зрушыўся лёгка пры падзенні тэлефона (тэст на падзенне).
Што да механічнага боку, то таксама трэба ўлічваць:
– Выраўноўванне модуля камеры з «акном камеры» (покрыўным шклом).
– Таўшчыня тэлефона і «выпукласць камеры».
– Абарона ад пылу/вады, калі імкнецца атрымаць сертыфікацыю IP.
-
6. Распрацоўка прашыўкі камеры, драйвераў і HAL
Камера не будзе працаваць пасля простай усталёўкі абсталявання. Вам спатрэбіцца:
– Драйвер датчыка: каб сістэма магла кіраваць экспазіцыяй, ISO, частатой кадраў і рэжымам датчыка.
– HAL камеры (Hardware Abstraction Layer – узровень абстракцыі абсталявання): узровень, які злучае праграму камеры з абсталяваннем.
– Налада ISP: працяглы працэс рэгулявання колеру, рэзкасці, шумапрыглушэння, танальнай карэкцыі і HDR.
Звычайна налада ўключае ў сябе атрыманне тысяч узораў фатаграфій у розных умовах: у памяшканні, на вуліцы, пры слабым асвятленні, пры знешняй асветленасці і г.д. Без належнай налады падвойныя камеры могуць ствараць неадпаведныя колеры паміж камерай 1 і камерай 2.
-
7. Сінхранізацыя і каліброўка падвойнай камеры
Магутнасць падвойнай камеры заключаецца ў супрацоўніцтве двух датчыкаў. Для гэтага патрабуецца:
– Сінхранізацыя кадраў: дзве камеры павінны захопліваць кадры ў патрэбны час, асабліва для эфектаў глыбіні або відэа з некалькіх камер.
– Унутраная каліброўка: аптычныя параметры кожнай камеры (скажэнне, эфектыўная фокусная адлегласць).
– Знешняя каліброўка: сувязь паміж становішчам і арыентацыяй камеры 1 і камеры 2.
Калі каліброўка выканана дрэнна, партрэтны эфект можа няправільна аддзяляць валасы, краю аб'ектаў могуць быць неакуратнымі, або рэжым маштабавання можа здавацца «скакаць». Каліброўка выконваецца на заводзе з выкарыстаннем спецыяльнай дыяграмы і праграмнага забеспячэння для каліброўкі, а вынікі затым захоўваюцца ў выглядзе калібравальных дадзеных на прыладзе.
-
8. Распрацоўка алгарытмаў: партрэт, маштабаванне і зліццё
Двайныя камеры звычайна прапануюць цудоўныя функцыі, такія як:
– Партрэт/боке: выкарыстоўвае карту дыспрапорцый або дадзеныя глыбіні для аддзялення аб'екта і фону.
– Плыўны зум: плаўны пераход ад шырокавугольнай да тэлеаб'ектыўнай камеры з магчымасцю злівання аб'ектыва.
– Зліццё выяваў: спалучэнне дэталяў з адной камеры (напрыклад, манахромнай/тэлеаб'ектыўнай) з колерамі з асноўнай камеры.
Вось тут і прыходзіць на дапамогу камп'ютэрная фатаграфія. Сярод праблем:
– Захоўваць каляровую адпаведнасць паміж камерамі.
– Адрэгулюйце экспазіцыю і баланс белага.
– Змяншае эфект прывідаў пры руху аб'ектаў.
– Выпраўленае звышшырокавугольнае скажэнне.
-
9. Праграма «Камера» і карыстальніцкі досвед
Праграма камеры павінна мець магчымасць:
– Хуткае пераключэнне камер (шырокавугольная/звышшырокавугольная/тэлеаб'ектыўная).
– Адлюстроўвае стабільны папярэдні прагляд без затрымкі.
– Прадугледжвае такія рэжымы, як HDR, начны, партрэтны, прафесійны рэжым.
– Кіраванне сховішчам і фарматамі (JPEG/HEIF, відэа H.264/H.265).
Карыстальніцкі досвед мае значэнне: няма сэнсу мець выдатную падвойную камеру на паперы, калі пераходы паміж камерамі павольныя або фатаграфіі часта непаслядоўныя.
-
10. Тэсціраванне і сертыфікацыя
Заключны этап — гэта дбайнае тэставанне:
– Тэст якасці выявы: рэзкасць, шум, колер, дынамічны дыяпазон.
– Відэатэст: стабілізацыя, рухомы затвор, сінхранізацыя аўдыё-відэа.
– Выпрабаванне на надзейнасць: выпрабаванне на падзенне, цыклічная тэмпература, вібрацыя.
– Тэст сумяшчальнасці: праграмы іншых вытворцаў, службы камеры ў АС.
– Адпаведнасць: сертыфікацыя радыё, бяспека батарэй і рэгулятыўныя стандарты ў кожнай краіне.
У прамысловых маштабах гэтыя выпрабаванні праводзяцца ў лабараторыях і па строгіх стандартах KPI (ключавых паказчыкаў эфектыўнасці).
-
Закрыццё
Стварэнне смартфона з падвойнымі камерамі — гэта спалучэнне дакладнага выбару кампанентаў, дакладнага праектавання друкаванай платы і механічных элементаў, дэталёвай распрацоўкі драйвераў і налады правадніка інтэрнэту, а таксама каліброўкі дзвюх камер для працы як адзінай сістэмы. Падвойныя камеры — гэта не проста «даданне яшчэ аднаго аб'ектыва», а хутчэй стварэнне сінхранізаванай апаратна-праграмнай экасістэмы для стварэння прэміяльных фота і відэа.
Калі ваша мэта — адукацыйны праект, найбольш рэалістычным падыходам звычайна з'яўляецца вывучэнне сістэмы камеры на існуючай прыладзе (напрыклад, з дапамогай платы распрацоўкі або вывучэнне канвеера камеры Android), а не фактычная зборка смартфона з нуля. Аднак, з пункту гледжання тэхналагічнага разумення, разбор вышэйапісанага працэсу дапаможа вам зразумець, чаму якасць камеры тэлефона вызначаецца не толькі мегапікселямі, але і яе агульным дызайнам і рэалізацыяй.
-
Калі жадаеце, я магу адаптаваць гэты артыкул да адной з наступных тэм: (1) тэхнічная версія для студэнтаў-электроншчыкаў, (2) папулярная версія для шырокага кола чытачоў або (3) поўная версія «плану праекта» са спісам кампанентаў і этапаў працы.
