Технологија за производство на камери со оптички зум на паметни телефони
Во последниве години, камерите на паметните телефони брзо еволуираа. Додека телефоните некогаш се потпираа на едноставен еден објектив, многумина сега доаѓаат со повеќе камери, големи сензори, напредна обработка на слики и функции некогаш достапни само кај професионалните камери. Една од највозбудливите иновации е оптичкиот зум - можноста за зголемување на сликата без драстично жртвување на деталите како дигиталниот зум. Но, обезбедувањето оптички зум на уред тенок како паметен телефон не е лесна задача. Оваа статија ја истражува технологијата зад камерите со оптички зум кај паметните телефони, од оптичките принципи и дизајнот на објективите до механизмите на перископот и стабилизацијата, па сè до предизвиците во производството.
1. Разбирање на оптичкиот зум наспроти дигиталниот зум
Оптичкиот зум значи дека зголемувањето се постигнува со промена на фокусната должина со помош на елементите на објективот. Бидејќи светлината физички се „зголемува“ пред да стигне до сензорот, квалитетот на сликата останува висок: деталите се подобро зачувани, шумот е подобро контролиран, а острината е поконзистентна.
Спротивно на тоа, дигиталниот зум во суштина сече и зголемува област од сликата од сензорот, а потоа ја подобрува со помош на алгоритам. Резултатот често изгледа заматен или пикселизиран, особено при големи зголемувања, бидејќи не се вклучени дополнителни оптички информации.
Затоа, производителите на паметни телефони се тркаат да претстават телефото објективи (2x–3x), па дури и перископски системи (5x–10x), така што корисниците можат да фотографираат од далечина без да изгубат квалитет.
2. Главен клуч: Фокусна должина и ограничувања на дебелината на паметниот телефон
Кај традиционалните фотоапарати, оптичкиот зум бара физички простор за движење на објективот напред-назад. DSLR или фотоапаратите без огледало имаат подебели тела, што овозможува поголема флексибилност при менување на растојанието помеѓу елементите на објективот.
Паметните телефони се соочуваат со значаен предизвик: просторот е исклучително ограничен (обично дебелина од околу 7–9 мм). За да се постигне високо оптичко зголемување, потребно е поголемо фокусно растојание - но тоа фокусно растојание бара и повеќе простор. Тука доаѓа до израз современото оптичко инженерство.
3. Пристапи за зумирање со паметни телефони: Фиксен телефото наспроти променлив зум
Општо земено, постојат два начина за обезбедување оптички зум:
1. Фиксен телефото (фиксно зголемување)
Многу паметни телефони користат телефото камери со фиксно зголемување, како што се 2x или 3x. Ова е полесно за имплементација бидејќи модулот не треба да се движи низ целиот опсег на зумирање; само треба да фокусира.
2. Променливо оптичко зумирање (вистинско зумирање)
Посложено е бидејќи бара подвижен елемент на објективот за промена на фокусната должина. Некои премиум паметни телефони почнуваат да го имплементираат ова (на пр., опсег од 3,5x–7x), но бројот е сè уште ограничен поради механички, трошковни и издржливи предизвици.
4. Перископска технологија: Извртување на светлосни патеки за да се вклопи на паметен телефон
Најпознатата иновација за висок оптички зум кај паметните телефони е перископската камера. Принципот:
– Светлината влегува од задната леќа на паметниот телефон.
– Потоа се одбива за 90 степени од призма или огледало (обично призма).
– После тоа, светлината патува паралелно со телото на паметниот телефон (хоризонтално), а не низ дебелината на телефонот.
Со „преклопување“ на светлосната патека, производителите можат да додадат подолг низ на телефото објективи без да го направат телефонот подебел. Затоа перископите можат да постигнат оптички зум од 5x до 10x.
Важни компоненти на перископот:
– Висококвалитетна призма/огледало: мора да биде прецизна за да не се намали острината и контрастот.
– Склоп на телефото објектив: обично се состои од неколку пластични и/или стаклени елементи.
– Сензор: често користи прилагодена големина на сензорот бидејќи просторот на модулот е ограничен.
– Систем за фокусирање и стабилизација: многу важен бидејќи при големо зголемување дури и малите тресења изгледаат големи.
5. Дизајн на леќи: Материјали и распоред на оптички елементи
Создавањето објектив со оптички зум во паметен телефон значи дизајнирање на оптички аранжман кој:
– остри во центарот и рабовите,
– минимално искривување,
– минимална хроматска аберација (разлика на боите),
– останува светла (решетката е доволно голема),
– и останува тенок и отпорен на удари.
Материјал на леќата
Повеќето леќи за паметни телефони користат оптичка полимерна пластика бидејќи е лесна, ефтина и лесна за обликување со голема прецизност. Сепак, за премиум телефото/перископ модули, некои производители користат стаклени елементи или специјални материјали за да го подобрат преносот на светлината и да го намалат искривувањето.
Распоред на елементи
Телефото објективите обично се состојат од неколку асферични елементи. Асферичните елементи можат да ги намалат аберациите со помалку елементи - што е од суштинско значење за заштеда на простор.
6. Автоматски фокус: VCM и модерна технологија за фокусирање
Оптичкиот зум е корисен само ако фокусот е брз и прецизен. Системите за фокусирање кај паметните телефони обично користат:
– VCM (мотор со гласовна намотка): мини мотор базиран на електромагнетни елементи кој го движи објективот за да фокусира.
– Dual Pixel PDAF или quad pixel PDAF: сензорска технологија што помага во откривање на фаза за брзо фокусирање.
– Ласерски автофокус (кај некои модели): помага брзо да се измерат растојанијата во темни услови или блиски објекти.
Кај телефото фотоапаратите, автофокусот треба да биде попрецизен бидејќи длабочината на полето може да биде потесна, а малите вибрации се позабележителни.
7. OIS на оптички зум: Стабилизацијата е потешка
При големи фокусни растојанија, главниот проблем е тресењето на раката. Затоа телефото/перископските модули често имаат OIS (оптичка стабилизација на слика).
Постојат два општи пристапи:
– OIS со поместување на објективот: елементите на објективот се поместуваат за да ги компензираат вибрациите.
– OIS со поместување на сензорот: сензорот е поместен (почесто кај големите камери, сега почнува да се појавува кај одредени паметни телефони).
За перископите, OIS е попредизвикувачки поради ограничениот простор и „преклопената“ светлосна патека. Механизмот мора да биде исклучително прецизен и отпорен на удари.
8. Процес на производство: Висока прецизност на мини-скала
Производството на оптички зум модул за паметен телефон вклучува голем број важни процеси:
1. Печатење/производство на елементи на објектив
Пластичните елементи се обликуваат со прецизно лиење со вбризгување. За стаклото, процесот е посложен и вклучува брусење и полирање.
2. Антирефлективен слој
Се нанесува тенок слој за да се намалат внатрешните рефлексии и да се зголеми контрастот, што е особено важно кај перископските системи каде што рефлексиите можат да бидат побројни.
3. Склопување на модулот (усогласување)
Ова е критичен чекор. Леќата, призмата и сензорот мора да бидат усогласени со микрометарските толеранции. Дури и најмалата грешка може да ја намали острината и да предизвика дисторзија.
4. Фабричка калибрација
По склопувањето, модулот се калибрира за фокус, OIS, дисторзија, вињета и карактеристики на бојата. Овие податоци за калибрација ги користи софтверот на камерата за корекција во реално време.
9. Главни предизвици: Светлина, бучава и квалитет при висок зум
Иако оптичкиот зум ги зголемува деталите, тој носи и предизвици:
– Помал отвор на блендата кај телефото/перископските објективи: За да се вклопат, објективите честопати имаат потесен отвор на блендата отколку кај главните фотоапарати. Ова го отежнува ноќното фотографирање бидејќи влегува помалку светлина.
– Помала големина на сензорот: телефото модулите често користат помали сензори од главната камера.
– Дифракција и аберација: кај мини-дизајните, контролата на аберацијата е потешка.
– Префрлување на камера: кога корисникот зумира „помеѓу“ 1x и 3x, телефонот може да ја избере главната или телефото камерата, а потоа да изврши хибридна обработка.
За да ги надминат овие недостатоци, производителите се потпираат на:
– сложување на повеќе кадри (комбинирање на повеќе фотографии),
– супер резолуција,
– Отстранување на шум со вештачка интелигенција,
– HDR,
– и хибридно зумирање (комбинирано оптичко + интелигентно сечење).
10. Иднината: Вистински континуиран зум и потенки дизајни
Во иднина, трендовите што можат да се развијат се:
– континуирано оптичко зумирање со поширок опсег,
– посветол перископски модул (поголем отвор),
– Посилен OIS,
– поголем телефото сензор,
– како и поефикасен дизајн на леќи со преклопена оптика.
Покрај тоа, сè повеќе производители ќе ги комбинираат оптичките можности со компјутерската обработка: резултатот од зумирањето ќе зависи не само од објективот, туку и од интелигенцијата на софтверот што ги „пополнува“ деталите на поприроден начин.
Заклучок
Технологијата зад камерите со оптички зум кај паметните телефони е комбинација од оптички инженеринг, прецизна механика и компјутерска фотографија. За да се обезбеди високо оптичко зголемување во тенко тело, производителите користат фиксни телефото дизајни, перископски механизми (преклопена оптика), минијатурни асферични леќи, брз автофокус и прецизна оптичка стабилизација на сликата (OIS). И покрај предизвиците на светлината и просторот, иновациите продолжуваат да напредуваат, доближувајќи ги камерите на паметните телефони до можностите на наменските камери - со практичноста секогаш да ги имате во џеб.
Ако сакате, можам да додадам посебни делови како што се: споредба на перископ наспроти обичен телефото објектив, примери за архитектура на модули 5x/10x или повеќе технички објаснувања за формулите за фокусна должина и отвор на блендата на мини системи.
