Змінна діафрагма проти програмного розмиття: механіка замість алгоритму

Розмитий фон — це результат геометрії світла: точка поза площиною фокусу проєктується на матрицю у вигляді кружка, діаметр якого задає отвір обʼєктива. Керувати розмиттям означає керувати цим отвором, але в телефонах він роками лишався фіксованим, тому потрібну пляму домальовує алгоритм. Однак, згідно зі специфікаціями на https://jabko.ua/iphone/apple-iphone-18/, смартфони Apple повертають цю роботу повноцінній оптиці. Фахівці Ябко розібрали, чим рухомі пелюстки відрізняються від програмної карти глибини.

Чому діафрагмове число рахують навпаки

Усередині обʼєктива, між лінзовими групами, стоїть набір тонких пелюсток: вони перекривають одна одну, утворюючи в центрі просвіт, близький до кола. Синхронний привід одночасно зсуває або розсуває їх, тим самим звужуючи чи розширюючи отвір. Уся ця механіка працює безпосередньо під час експозиції.

Цей отвір позначають як відношення фокусної відстані до його діаметра, звідси й запис виду ƒ/1.8. Знаменник дробу створює зворотну залежність — що більше число, то вужчий просвіт. Класичний крок шкали дорівнює кореню з двох: діаметр зменшується в 1.41 раза, а площа — рівно вдвічі.

Один отвір керує двома параметрами кадру

Площа просвіту зменшується як квадрат діафрагмового числа: прикритий на одну позначку отвір пропускає вдвічі менше світла, тому камера компенсує втрату довшою витримкою або вищою чутливістю сенсора.

Також діафрагма впливає на глибину різкості: вужчий отвір звужує конус променів, що сходяться на матриці, тож кружок нерізкості від віддаленої точки зменшується приблизно пропорційно числу — різка зона розтягується з кількох сантиметрів на весь план. Один механізм контролює обидві величини, а фіксований просвіт роками звʼязував їх намертво.

Механізм, що вміщується в кілька міліметрів

Модуль камери смартфона заввишки кілька міліметрів, і механізм має вміститися в цю товщину разом із приводом. Перший масовий приклад — Samsung Galaxy S9 2018 року: вісім пелюсток і два фіксовані положення, ƒ/1.5 для темряви та ƒ/2.4 для денного світла. Двома позиціями інженери обмежилися через місце: кожен проміжний крок потребує окремого каліброваного упору. Huawei пізніше показала шестилопатевий вузол.

Число пелюсток впливає не тільки на плавність кроку: форма отвору визначає форму розмитих джерел світла позаду обʼєкта — вісім пелюсток дають майже коло, менша кількість — багатокутник на нічних ліхтарях. Звідси й решта вимог до вузла в корпусі телефона:

• повторюваність — механізм повертається в задане положення десятки тисяч разів, інакше експозиція відрізнятиметься від кадру до кадру;
• захист від пилу — рухомі частини стоять упритул до сенсора, тому будь-яка пилинка одразу буде помітною на знімку.

Як механіку планують реалізувати в Apple

Очікується, що наступне покоління iPhone вперше в історії бренду отримає повноцінний багатолопатевий механізм на основній камері. Щоб запровадити таку оптику, інженерам доведеться розвʼязати жорсткі просторові завдання: вмістити рухомий привід пелюсток у тонкий модуль та забезпечити бездоганну точність їхнього ходу. Такий крок дозволить користувачам керувати кількістю світла та глибиною різкості оптично, у реальному часі, замість того щоб покладатися виключно на нейромережі.

Де проходить межа алгоритму

Портретний режим створює схожий ефект алгоритмічно і вже після знімання. Нейромережа відділяє обʼєкт від тла, паралакс між камерами добудовує карту глибини, потім фільтр розмиває кадр шарами — що далі ділянка, то більший радіус. Головна перевага цього підходу полягає у зворотності: «діафрагму» портрета користувач може змінити в редакторі вже після знімання.

Обмеження методу лежить у роздільності карти: вона грубіша за сам кадр, тому межу обʼєкта алгоритм визначає лише орієнтовно. Найважчі для нього ділянки — ті, де контур перестає бути суцільним:

• пасмо волосся, крізь яке проглядає фон;
• дужки окулярів і скло з іншою глибиною за ним;
• тонкі гілки, сітка й поручні на задньому плані.

Головна ж відмінність стосується не країв, а світла. Фільтр працює з готовим знімком і не додає жодного фотона: експозицію вже визначив фіксований отвір. Механіка керує обома параметрами до того, як кадр записано.

У яких сценаріях важлива змінна діафрагма

Змінна діафрагма дозволяє адаптуватися до різних сценаріїв, де зараз використовується одне компромісне значення:

• знімання ввечері — відкритий отвір пропускає більше світла за ту саму витримку, тому рух розмивається менше, а алгоритми шумозаглушення працюють менш агресивно;
• пейзажі та групові кадри — звужений отвір робить різкими всі плани одночасно;
• відео вдень — керування світлом через діафрагму лишає витримку сталою, а рух виглядає плавнішим.

Прикривати отвір без міри теж немає сенсу: на дуже вузькому просвіті світло розсіюється на краях пелюсток і дрібні деталі втрачають чіткість, тому такий механізм працює в кількох прорахованих положеннях.

Новинки Apple традиційно зʼявляються в Ябко першими, тому саме там ви зможете протестувати нову механіку наживо.

Правила коментування

Вітаємо Вас на сайті Pingvin Pro. Ми докладаємо всіх зусиль, аби переконатися, що коментарі наших статей вільні від тролінгу, спаму та образ. Саме тому, на нашому сайті включена премодерація коментарів. Будь ласка, ознайомтеся з кількома правилами коментування.

1. Перш за все, коментування відбувається через сторонній сервіс Disqus. Модератори сайту не несуть відповідальність за дії сервісу.
2. На сайті ввімкнена премодерація. Тому ваш коментар може з’явитися не одразу. Нам теж інколи треба спати.
3. Будьте ввічливими – ми не заохочуємо на сайті грубість та образи. Пам’ятайте, що слова мають вплив на людей! Саме тому, модератори сайту залишають за собою право не публікувати той чи інший коментар.
4. Будь-які образи, відкриті чи завуальовані, у бік команди сайту, конкретного автора чи інших коментаторів, одразу видаляються. Агресивний коментатор може бути забанений без попереджень і пояснень з боку адміністрації сайту.
5. Якщо вас забанили – на це були причини. Ми не пояснюємо причин ані тут, ані через інші канали зв’язку з редакторами сайту.
6. Коментарі, які містять посилання на сторонні сайти чи ресурси можуть бути видалені без попереджень. Ми не рекламний майданчик для інших ресурсів.
7. Якщо Ви виявили коментар, який порушує правила нашого сайту, обов’язково позначте його як спам – модератори цінують Вашу підтримку.