16 839
Tesztek Android Google Apple Microsoft Samsung Huawei Linux Okostelefon Biztonság Tudomány Facebook Videojáték Film
16 839

Miért jobbak a duplakamerás okostelefonok?

Sipos Gyula2016.03.20. 00.04
Kattints ide  ➜
Lassan teret nyernek maguknak a kettő vagy több kamerával szerelt telefonok. Sok gyártó képviselteti magát már most is efféle megoldással a piacon, de az igazi bummot az fogja jelenteni, amikor az Apple beleveri majd a köztudatba a koncepció létezését. Mivel ez itt van a küszöbön, úgy gondoltam, összeszedem nektek a technika előnyeit, történetét, várható fejlődését. Bár igyekszem közérthetően fogalmazni, ez mégis egy erősen kocka cikk lesz, továbbolvasása csak saját felelősségre ajánlott!


A technika fizikai előnyei



A legjobb, ha azzal kezdjük, hogy átdiskuráljuk, mire is jó nekünk a megduplázott kameraszám. Nos, rengeteg mindenre! Úgy döntöttem, hogy először a pusztán fizikai előnyöket veszem górcső alá, utána pedig megvizsgáljuk, hogy az okostelefon okos agyával mi mindenre képes még használni két kamera képét.

Kétszer annyi fény: A kameráinkon általában látunk egy ISO beállítást, amiről tudjuk, hogy ha sötétben akarunk fotózni, akkor nagyobb ISO-t kell beállítani – vagy a telefon tudja helyettünk. Merthogy az ISO a szenzor érzékenységét jelenti a fényre. Minél nagyobb az ISO érték, annál érzékenyebb a szenzor. Akik kicsit utánanéztek a dolognak, még talán azt is tudják, hogy ez az ISO szám a kép minőségét is befolyásolja. Minél nagyobb a szám, annál rosszabb minőségű a kép. A képlet még sem ilyen egyszerű.



A fenti képen ugyanazt a fotót látjuk. Bal oldalon egy iPhone 6-tal fotózva ISO 250-en, a jobb oldalon pedig egy Nikon D3300 képe ISO 800-on. A két fotó zárideje megegyezik, (ráadásul a Nikon f/5.6, az iPhone f/2.2 apertúrával lőtt).

Észrevesszük, hogy az iPhone fotója sokkal zajosabb, pedig kisebb ISO értéken, és nagyobb rekesszel készült, elméletileg, ha ezekből az adatokból ítélünk, a telefon képe sokkal tisztább kellene legyen a másikhoz képest.

Igen ám, de az ISO egy elavult (még a filmes időkből ránk ragadt) hozzávetőleges érték. Sokan javasolják a lecserélését egy úgynevezett „összes begyűjtött fény” értékre. Tulajdonképpen ez nagyon egyszerű, tarts ki! Mi kell a fényképhez? Fény. Minél több fény, annál jobb! Az összes begyűjtött fény, mint mérőszám ezt mutatná meg nekünk precízen. A fenti fotó készítésekor mind a kamera, mind a telefon ugyanannyi fénnyel gazdálkodott, ugyanannyi foton repkedett körülöttük. De ezek a fotonok pont úgy működnek, mint az eső. Ha az esőbe kiteszel egy bögrét és egy nagy vödröt, mindkettőre ugyanannyi eső fog esni, mégis a vödörben sokkal több víz gyűlik össze a végére. Ugyanígy lesz a nagy DLSR képe tisztább, mint a telefoné. A benne dolgozó szenzor sokkal nagyobb felületű, így ugyanannyi rendelkezésre álló fényből sokkal többet tud begyűjteni.



A képen a sárga téglalap jelenti a Nikon D3300 szenzorméretét, a kék az iPhone 6 képlesője. A sárga terület sokszorosa a kék területnek.

Na de akkor miért nem rakunk a telefonokba is ilyen nagy szenzorokat? Ennek két oka van. Egyrészt, mert drága lenne, másrészt pedig ezért:



Ugyanis a jelenlegi technikák mellett minél nagyobb a szenzorunk felülete, annál nagyobb (és bonyolultabb) lencséket kell elé rakni, hogy az egész szenzorfelületre hasznos és éles képet tudjon vetíteni.

Szóval ez jelenleg nem járható út, sajnos. Azért jelenleg, mert fejlesztenek lapos lencséket, illetve hajlított szenzorokat, amik mind ezen igyekeznek segíteni. De ez még a jövő zenéje. Innentől viszont logikus lépés, hogy ha nem csavarozhatunk „vödröt” a telefonunk hátuljára, akkor rakjunk rá két „bögrét”! Ezzel máris megdupláztuk a begyűjtött fény mennyiségét, azaz már csak a fizikából adódóan is kétszer olyan jó minőségű képeket kell kapjunk végeredményül.

Szerintem az Apple nem fog kétszer olyan jó minőségű képeket produkálni a következő iPhone-nal. Inkább arra fogják használni a technikát, hogy egy kicsit jobb minőségű képeket állítsanak elő, két kisebb szenzorral. Eltűnik a csúnya kamerapukli, az összes begyűjtött fény mennyisége pedig körülbelül a másfélszeresére nő.


Különböző látószögek: Mint azt tapasztalhattátok Ti is, az okostelefonok 99 százalékán NEM lehet zoomolni. Ami zoomnak tűnhet, az tulajdonképpen csak a kép széleinek levágása, azaz digitális zoom.

Manapság egyetlen, valódi zoomra képes okostelefon kapható, ez az Asus Zenfone Zoom. Ennek a speciális képességnek viszont meg is van az ára: az optika rekeszértéke f/2.7-4.8 között mozog a zoomtól függően, ami annyit tesz, hogy a szenzorhoz a legjobb esetben is maximum kevesebb mint fele annyi fény jut el, mint mondjuk a Galaxy S7 esetében, ahol a rekesz f/1.7-es. Azaz minden fotó eleve kétszer zajosabb, mert kettővel magasabb ISO értéket kell beállítani.

A zoom optikák általánosságban kevésbé fényerősek (kevesebb fényt tudnak begyűjteni), mint a fix látószögű társai (úgynevezett prime objektívek). Ahhoz, hogy ugyanazt a fénymennyiséget tudják átengedni, sokkal robusztusabb dizájnt kell alkalmazniuk, erre pedig a telefonokban egyszerűen nincs hely. Jelenleg legalábbis nincs. Ez is változhat a lapos lencsékkel, valamit vannak kísérletek két műanyaglap közé préselt folyadékból kialakított lencsékkel is, amik a folyadékmennyiség változtatásával tudnak „zoomolni”, megőrizve kompakt mivoltukat. De ez ismét csak a jövő zenéje.

Szerencsére a több kamera beépítése a telefonokba erre a hátrányra is orvosságot jelenthet, hiszen az egyik kamera lehet szűkebb, a másik szélesebb látószögű, miközben maga a készülék kompakt marad. Pontosan ezt valósítja meg az LG legújabb zászlóshajója, a G5.



Hasonló technikával működik az LG V10 és a Lenovo Vibe S1, amik két előlapi kamerát tudhatnak magukénak, ismét csak a különböző látószögek kedvéért.



Ennyit talán elég is a képalkotás pusztán fizikai mivoltáról, amiben jó lehet nekünk több szenzor, mint egy. Összefoglalva: Különböző látószögek érhetőek el minőségcsökkenés nélkül, növelhető a begyűjtött fény mennyisége. De az igazi móka csak most kezdődik!


A technika digitális előnyei



Bár már jó ideje a digitális képalkotás érájában élünk, ennek valódi előnyeit csak most kezdjük el felfedezni. Eddig a képalkotás folyamata gyakorlatilag ugyanaz maradt, mint a filmes korszakban, csak a tekercset egy szenzor váltotta fel. Nem egy nagy haladás. Pedig abban a pillanatban, hogy egy kész negatív kép helyett egy kupac adatunk van, ezekkel az adatokkal bármit megtehetünk, a határt csak a fantáziánk és a számítógépeink teljesítménye szabja meg. Innentől kezdve viszont felállítható a tétel, hogy minél több adat áll rendelkezésre, annál több mindent tudunk vele kezdeni. Két kamera adatai ugyanarról a képről lehetőségek egész tárházát nyitja fel.

Megnövelt felbontás: Mivel a két kamerád fizikailag nem teljesen ugyan azon a helyen van, hanem egymás mellett, így a szenzorok pixelei egy picit eltérő adatot rögzítenek. Ezeknek az adatoknak az összefésülésével a felbontás növelhető. Ezzel a trükkel már találkozhattunk a Honor 6 Plus telefonban, aminek két darab 8 megapixeles kamerája volt, de a folyamat végén te nem két nyolc, hanem egy 13 megapixeles fotót kaptál. Viszont a szenzorod és azon a pixelek mérete kétszer akkorára nőtt, mint az akkoriban divatos, egy darab 13 megapixeles telefonoké.



Csökkentett zaj: A felbontás növeléséhez hasonlóan működik ez az ötlet is. Korábban beszélgettünk egy kicsit az ISO értékről, és hogy miért kell néha nagy ISO mellett zajos képeket készíteni. De! A képzaj teljesen véletlenszerű módon keletkezik, nincs egy meghatározott mintája. Így, ha ugyanarról a látványról két zajos képet készítünk egyszerre, a két képet kivonhatjuk egymásból. A képeken jelentkező más-más képzajt ezzel el lehet tüntetni (hiszen nem egyezik meg a két épen), míg az ugyanott lévő valódi információ (azaz a minket érdeklő kép) megmarad.

Nagyobb dinamikatartomány: A szenzorokba érkező analóg fény digitalizálása úgy történik, hogy a teljesen üres azaz semennyi fény sincs és a teljesen teli, azaz amennyi fény csak lehet közti állapotot felosztjuk mondjuk 10 szeletre. Visszatérve a vödrös példára, mondjuk egy pixelünk legyen egy 10 literes vödör. A szeletek ebben az esetben literenként vannak. Amikor ebből a vödörből kiolvassuk a digitalizált információt, akkor a gép annyit tesz, hogy megnézi, a begyűjtött víz mennyisége melyik szeletbe esik egy és tíz között. Ezt az egy számot adják tovább.



De mint korábban beszéltük, a telefonunkban lévő szenzor inkább egy kisebb fajta pohárnak felel meg, ha a hasonlatnál maradunk. Az egész poharunkba nem fér annyi víz, mint amennyi csak egy beosztás lenne a vödrön. Azaz ha a poharunkat osztjuk 10 részre, azt vesszük észre, hogy a részek közötti különbség sokkal kisebb, tehát a semmi nincs a pohárban és a pohár teljesen tele van digitalizált információk sokkal kevesebb különbséget jelentenek a valóságban, mint a vödör tele van és a vödör üres információk. Ha ezt visszafordítjuk szenzorra és fényre, azt látjuk, hogy a kisebb szenzor hatványozottan kevesebb dinamikatartományt képes átfogni, mint a nagy. Tehát hamarabb fognak kiégni a világos részek (mert már tele van a pohár), vagy hamarabb „dőlnek feketébe” a sötétebb részek (a kép fókuszban lévő részei már rég tele vannak, míg egy sötétebb részről még nem is érkezett fény).

Itt is segíthet nekünk az, ha több szenzorunk van. A két kisebb dinamikatartományt is össze lehet digitálisan kombinálni egy nagyobb elérése érdekében. Az egyik szenzorunkkal egy sötétebb képet készítünk, amiknek így a világosabb részei nem égnek ki. Ezt az információt kombinálva egy világosabb képen látható sötét részek információjával kapunk egy olyan képet, aminek a sötétebb és a világosabb részei is tartalmaznak számunkra releváns információt.



Ezt az elképzelést tovább lehet vinni még egy lépéssel, ha két szenzorunk van, mégpedig úgy, ha két különböző szenzort építünk be. A szenzorok alapvetően nem tudják megkülönböztetni a színeket, csak egyetlen dologra jók, megmérik a rájuk eső fény mennyiségét (mondjuk egy és tíz között. Ekkor 10 bites a kép. Ez pedig alapvetően egy fekete-fehér képet jelentene. Szerencsére tudjuk, hogy a három alapszínből (piros, zöld és kék) az összes szín kikeverhető, így, ha mi színes képet akarunk látni, akkor el kell intéznünk, hogy a szenzor egyes pixeleire csak piros, kék vagy zöld fény érkezzen.



Így a digitális kamerák szenzorai elé egy színszűrőt tesznek (lásd fentebb), ami az egyes pixelekre csak zöld, piros vagy épp kék fényt enged – gyakorlatilag mint a színezett üveg. Így a szenzor megméri, hogy a látvány adott helyén mennyi kék, mennyi zöld és mennyi piros fény van, majd ezeknek a mennyiségeknek az összeadásával megkapjuk a valódi színt. Ennek az eljárásnak sajnos van egy hátránya. Mivel mindenhova csak egy szín jut el, a másik kettőt leszűrjük, a szenzor tulajdonképpen csak a beérkező fénymennyiség egyharmadát látja, a nagy része fennakad a szűrőn. Ez igen nagy probléma, hiszen mint látjuk, a fotózáshoz fény kell. Ha a szenzor minden fényt láthatna, az azt jelentené, hogy elég lenne kettővel kisebb ISO értéket beállítani a fotóhoz, azaz negyed annyira lenne zajos a végeredmény (minden lépés felez vagy dupláz, attól függően, melyik irányba lépünk).

Ha két kameránk fotózza ugyanazt a képet, akkor megtehetjük azt, hogy az egyik szenzorra bízzuk a színek rögzítését, a másik elől viszont elvesszük ezt a szűrőt, és azzal a látvány fényességét rögzítjük, ami így egy sokkal kevésbé zajos, és sokkal pontosabb képet eredményez.

Ez is egy létező technika, a kínai Qiku Q Terra kétkamerás telefon pont így működik.



Két kamerával rendelkezik, az egyik hagyományos, a másik fekete-fehér. A két információ kombinálásával tud például ilyen fényképeket készíteni:








Mélyélesség állítás: Tudtad-e, hogy ha valaki csak ez egyik szemével lát, akkor sokkal nehezebben szerez jogosítványt? Ennek két oka van: Egyrészt a perifériás látása hiányzik arról az oldalról, így lassul a reakcióideje, másrészt viszont, mert sokkal nehezebben és pontatlanabbul tud távolságokat felmérni. Az agyunk két módon tudja meghatározni, mi mennyire van valami messze: Egyrészt elemzi, hogy mi takar ki mit, ebből a dolgok sorrendisége derül ki, másrészt viszont a két szemünk által látott képet veti össze. Mivel a két szemünk egymás mellett van, ezért két, kissé különböző képet látnak. A két képen a tárgyak pozíciójának különbsége azok távolságával együtt nő.



Ezt mi nem látjuk, mert az agyunk összekombinálja egy látvánnyá, de éppen ezért vagyunk képesek távolságokat megsaccolni. Ezen az elven működnek a 3D-s mozik is. Különböző látványt kapunk a két szemünkbe, az agyunk pedig nem tud mit tenni, kiszámolja, hogy a látvány alapján annak a fának hátrébb kéne lennie, pedig tudjuk, hogy egyetlen sík vászonra van vetítve az egész.



Ugyanilyen módon, ha a telefonunkban két szenzor van és ismerjük a köztük lévő távolságot, akkor ebből a három információból már ki tudjuk számolni az egyes pixelek tartalmának a kamerához viszonyított távolságát. Erre a technológiára rengeteg, már kapható eszköz épül. Gondoljunk például az Xbox Kinekt vezérlőjére, a Google Tango vagy az Intel Realsense technológiával felszerelt táblagépekre. Mobiltelefonokban is láttunk már efféle megoldást a HTC One M8 személyében. Sajnos az M8-nál a másodlagos kamera felbontása nagyon kicsi volt (2 megapixel), így a mélyélesség-becslések is elég pontatlanná váltak.



Mivel a telefon ki tudta számolni mi van közel hozzá és mi távolabb, el tudta mosni a fényképek hátterét. Itt láthattok két, előtte-utána képet:





Az alábbi fotók mind ezzel a telefonnal és technikával készültek:









Mit hoz a jövő?



Ezt nehéz megmondani, hiszen a valódi digitális képalkotás lehetőségeit csak most kezdjük el felfedezni. Pár tippet azért megejtenék.

Miért állnánk meg kettőnél? Ha egy további szenzor beépítése ennyi rengeteg plusz lehetőséget adott a kezünkbe, miért ne raknánk bele mondjuk hármat? Vagy négyet? Vagy éppen tizenhatot? Ez lesz a (meglepődnél mennyire nem is távoli) jövő! Már most vannak startup cégek, akik efféle rendszerekkel kísérleteznek. Ha csak a telefonoknál akarok maradni, akkor ott a Pelican Imaging, aki 16 kamerát préselne a telefonokba, hogy azok minden eddiginél több funkciót tudhassanak magukénak. Ilyenek például a 3D szkenner vagy a 3D-s filmek forgatása:



Ezzel a technológiával akár zavaró elemeket is kitörölhetünk a képekből Photoshop segítsége nélkül, hiszen a sok kameránk sok látószöge azt is felveszi (egy bizonyos fokig) ami a tárgyak mögött van. Mint amikor mi kicsit odébb mozgatjuk a fejünket, hogy belássunk egy rács mögé, azzal a különbséggel, hogy ennek a rendszernek már eleve van itt is és ott is szeme.

Egy másik igen érdekes eszköz, ami egy ehhez hasonló kamerarendszerrel épül, az az általunk is megírt Light L16 kamera, ami egyszerre 5-10 képet készít és az ebben a cikkben említett összes technológiát képes alkalmazni rajtuk egyetlen csúcsminőségű fotót eredményezve.



Ebben a videóban a Light kamerát alkotó csapat vezetője tart egy majdnem egyórás előadást, amiben részleteiben ismerteti az eszköz működését, mind fizikai mind számítógépes oldalról. Ha érdekelnek az efféle kutatások, nagyon inspirálónak fogod találni ezt a videót is:



Mielőtt továbblépnél a cikkről, kérlek írd meg hozzászólásban, hogy tetszett-e neked ez az írás, szívesen látnál-e a jövőben az oldalainkon efféle, nem napi hírekhez kapcsolódó „fejtágításokat”! Rengeteg utánajárásom és munkám van benne, így mielőtt folytatnám, tudni szeretném, van-e rá igény? Köszönöm!
Kattints ide  ➜

Az Androbit technológiai és tudományos magazinnál hiszünk abban, hogy az információ mindenkit megillet. Hosszú évek munkájával megszerzett hírnevünknek köszönhetően megadatott számunkra az a lehetőség, hogy műszaki témájú médiumként is elérhessünk minden internetező korosztályt. Tesszük ezt olyan hírekkel és cikkekkel, amik között egyaránt szerepel nagyobb tömegeket és kisebb szakmai csoportokat érintő tartalom is.

A témák gondos összeválogatásának és a cikkek minőségi kidolgozottságának hála mára Magyarország egyik legnépszerűbb technológiai és tudományos információforrásává váltunk – fejlesztéseinkkel és kutatásainkkal pedig igyekszünk mindig egy lépéssel a versenytársak előtt járni.

A weboldalunkon található, szerkesztőségünk által készített tartalmakra vonatkozó összes felhasználási jogot az Androbit technológiai és tudományos magazin birtokolja. A tartalmak egyes részleteinek felhasználását kizárólag látványos (vagy jól hallható) forrásmegjelöléssel engedélyezzük. A feltételek megszegésének jogi következményei lehetnek. A feltételektől eltérő tartalomfelhasználás kizárólag megegyezés útján lehetséges.
Copyright © 2007-2016 – Makay József (makay@androbit.net)
Régóta várt funkciók debütálnak az új Instagramban
Új színben érkezik az Apple iPhone 7s
A nap videója: Ez a különbség a vírus és a baktérium között
Amazon Go ‑ Csak kisétálsz a boltból, fizetés nélkül
Moduláris okostelefon érkezik a Honortól
Melyik lesz 2017 legjobb okostelefonja?
Felkapott témák
Az egyik legnépszerűbb antivírus egyben a legrosszabb is
Ezek a jelenleg kapható legerősebb okostelefonok
2016 legjobb okostelefonjai - Sebességteszt
Android 1.0 Apple Pie vs. Android 7.1 Nougat
Melyik lesz 2017 legjobb okostelefonja?
Ingyenes nCore regisztráció - Újabb csalók próbálkoznak
Állásajánlatok
Game Designer
DevOps Team Leader
Project Manager on infrastructure field S&P
Linux rendszergazda / rendszermérnök
Junior Researcher position in computer graphics
Gyártástámogató mérnökségi projekt koordinátor 52741BR
Tesztmérnök