24 ноября 2020

Прощайте зеркалки?

Помашем вслед зеркальным фотоаппаратам, ибо смартфоны последних поколений снимают не хуже. Прощальная церемония со слайдами.

Источник Whatdigi.com

Пришло время обновить бюллетень большой гонки между цифровыми камерами как отдельным видом электроники и универсальным смартфонами, лежащими в карманах каждого современного человека. Дабы ответить на вопрос, а была ли гонка, вспомним вехи цифровой фотографии, что, несомненно, освежит память тех из нас, кто не заметил или забыл об уходе с рынка недорогих фотомыльниц. Для удобства усвоения материала текст разделен на временные периоды.

1999-2013 гг.:

Самым первым коммерческим телефоном со встроенной камерой является VisualPhone VP-210 от японской корпорации Kyocera, поступивший в продажу в 1999 году. Это был экзотически дорогой аппарат только для внутреннего рынка. Функции телефона позволяли прикреплять фотографии к контактам из телефонной книги, что приводило «золотую молодежь» в полный восторг. Для привлечения корпоративного клиента был предложен сценарий использования, на который и сейчас обращают внимание при обзоре камеры смартфона – фотографирование недвижимых и движимых активов, документов и прочего.

История не сохранила примеров снимков, сделанных на VisualPhone VP-210, но объявила о начале жесткой конкуренции между смартфонами и унитарными цифровыми камерами.

В те седые времена основным параметром качества цифровой камеры, как и позже, являлась площадь светочувствительного сенсора. Логика этого проста: чем большую площадь занимает сенсор, тем больше света на него попадает. А вместе со светом – и информации. Первые «большие» цифровые фотокамеры могли рассчитывать на наследие своих предков, пленочных фотоаппаратов, – громоздкие сменные объективы для решения любых задач и общую теорию фотографии, включающую принципы построения композиции, выставления освещения и т.д. Но следует помнить о нехватке дискового пространства в тот период времени, поэтому большинство цифровых фотографий распечатывалось на бумажный носитель, а исходник стирался навсегда.

Перед первыми производителями камерофонов стояла, на первый взгляд, нерешаемая проблема: уменьшить площадь сенсора до его пригодности для установки в телефон без потери качества выходной фотографии. В период с 1999 по 2013 гг. были сформулированы пути решения этой задачи:

  1. уменьшение размера одиночного пикселя;
  2. повышение светочувствительности пикселя;
  3. наращивание количества пикселей.

За 14 лет эволюции мобильной фотографии разрешение камер смартфонов выросло более чем в десять раз! А качество получаемых снимков начало неизбежный процесс ухода с рынка недорогих цифровых фотокамер как отдельного вида.

Снимок Samsung Galaxy Note 2 из далекого 2012 года

Апофеозом борьбы за мегапиксели стал выпуск в 2013 году смартфона Lumia 1020 от Nokia, который шокировал общественность прекрасно снимающей 41-мегапиксельной камерой.

Пример ночной съемки Nokia Lumia 1020 2013 года. Источник: Nokia

Стоит также отметить, что значительным шагом в улучшении качества фотографии путем получения большего количества света фотосенсором стала очень простая вещь. Если взять в руки старенький телефон из 2000-х и взглянуть на основную камеру через увеличительное стекло, то можно заметить две вещи:

  1. камера очень глубоко утоплена в корпус;
  2. крупные, «толстые» линзы.

Это хорошо объясняет более темные и почти «узкоугольные» фотографии, производимые старинными телефонами с более крупными пикселями, которые получали больше света только в теории.

Пример ночного снимка Nokia N8. Неясно, чего больше, шумов или пикселей. Источник: Pikabu

Решение этих основных проблем в 2013 году подписало приговор «мыльницам» и позволило вплотную заняться второй основной проблемой цифровой фотографии – шумом на изображении при фотосъемке в условиях недостаточного освещения.

С 2013 года и до завтра:

При фотографировании на зеркальные (или беззеркальные) цифровые фотоаппараты проблема недостатка света издревле решалась установкой более длинной выдержки. Фотограф закрепляет фотокамеру на треноге, ставит на подставку или замирает как статуя, а сам процесс получения хорошего ночного кадра занимает до нескольких секунд. Грубо говоря, метод обменивает время на более увесистую порцию фотонов. Такой метод приемлем, если мы говорим о профессиональной аппаратуре, эргономика которой специально разрабатывалась для таких сценариев, но такой фокус не сработает со смартфоном. Чтобы убедиться в этом, достаточно включить камеру смартфона и попытаться удержать его в неподвижности хотя бы несколько секунд. Изображение неизбежно будет дрожать, а получаемый кадр будет напоминать картинку из теста психиатра. Обычно это настолько отвратительное зрелище, что пользователь сразу удаляет его.

Производители смартфонов решают эту проблему с помощью склейки одного кадра из нескольких исходных с отсеиванием шумов в процессе. Базовая логика такого алгоритма проста как маковое зерно: если параметры конкретного пикселя в указанных рамках встречаются только в одном кадре из четырех, то они заменяются среднеарифметическими из оставшихся трех. Помните, как мачеха смешала вместе просо и маковое зерно, а потом заставила Золушку перебрать их? Примерно этим и занимается чипсет смартфона для достижения конечной цели – получения нормального ночного снимка.

Выборка «правильных» пикселей

То, что было недоступно для смартфонов выпуска до 2013 года, более-менее успешно решается сейчас, ведь эффективность смартфонов при обработке фотографии выросла с тех пор более чем в 100 раз, по мнению разных источников.

Съемка в HDR-режиме Nexus 5 (слева) и iPhone 5s сейчас кажется непозволительно медленной. Источник

Вспомните, как невыносимо долго по нынешним меркам смартфон Nexus 5 (2013 года выпуска) делал склейку одной фотографии из трех в HDR-режиме. Процессору надо было сравнить и объединить всего лишь 24 миллиона пикселей (три снимка по 8 МП), но его производительности едва хватало даже на это. Если заставить Nexus 5 обрабатывать ночной снимок с использованием современного алгоритма, то это время надо возводить в четвертую степень (примерно 16 секунд) как минимум.

Прогресс фотографирования с использованием смартфона при плохом освещении (5 люкс) очень хорошо показан в профильных материалах DXoMark на примере пяти поколений iPhone, начиная с iPhone 5s (2013 год) и заканчивая 11 Pro Max:

Детализация снимков, сделанных на современные смартфоны, почти не отличается от результатов работы профессиональной камеры Panasonic Lumix S1R:

Проблема с геометрией объектов, вызванная оптикой смартфона, решается с помощью ПО:

Не пора ли забыть про профессиональные камеры, как мы забыли про «мыльницы», если нам не нужно следить за гнездом орла на другой стороне ущелья?

Прощайте, зеркалки?

Сравните два изображения ниже, которые на страницах ресурса Petapixel опубликовал Пьер Т. Ламбер в 2018 году, и попробуйте угадать, какая фотография была сделана на смартфон Google Pixel 3 XL (42 000 рублей), а какая на профессиональный фотоаппарат Sony a7R III (200 000 рублей).

Разгадку смотрите в заключении, а чтобы у особо продвинутых читателей не было соблазна опережать события, у изображений была удалена ключевая EXIF-информация.

Перед нами две фотографии одного и того же места, сделанные в одно и то же время. На одном снимке заметно низкая детализация, а на другом вроде бы все хорошо, но насколько очевидна разгадка?

В этом и заключается ответ на вопрос о необходимости утилизации любительских и полупрофессиональных камер, за которые продавцы хотят получить сотни тысяч рублей.

Заключение и выводы

Мобильная фотография продолжает развиваться, и, как никогда ранее, в ее отношении уместно применять термин «вычислительная фотография» (один снимок, полученный из нескольких источников или исходников при помощи определенного алгоритма). За ростом мощности чипсета смартфона растет количество кадров, сделанных в разных режимах за единицу времени, и появляются более ресурсоемкие алгоритмы их обработки. Очень скоро зеркальные фотоаппараты, а позже и беззеркальные, как массовый продукт канут в Лету, станут инструментом небольшого числа профессионалов. Верхний снимок сделан на смартфон Pixel 3 XL, нижний – на Sony a7R III, а если у вас есть свое видение ситуации, то прошу в комментарии.

Читайте также