Те, що сучасні смартфони (і в першу чергу iPhone) практично видавили з ринку компактні цифрові камери - ні для кого не секрет. Досить поглянути на статистику того ж Flickr по використовуваних камерах, щоб це стало очевидним. Це вже стало причиною банкрутства деяких іменитих гравців на ринку цифрових камер і серйозної перебудови для решти гравців, а що ми побачимо в міру розвитку технологій?
Увага, у поясненнях нижче я навмисно утрирую деякі речі, щоб зробити їх зрозумілішими, я знаю, що насправді все «трохи складніше».
В ході презентації нового iPhone 6 багато недалеких людей висловилися зневажливо на предмет того, що в Apple використовували «всього лише» 8-мегапіксельну матрицю, в той час як інші виробники радують бездумних шанувальників циферок куди великими числами. Насправді, те, що Apple не прагне домагатися рекордів у цьому параметрі - це дуже добре для кінцевих користувачів, і я зараз поясню - чому (ви серйозно думаєте, що Apple не зробили б 12 або 16 мегапікселів, якби захотіли?).
Що таке «мегапікселі»? Це мільйон пікселів, які складають світлочутливу матрицю, яка фіксує картинку. Беремо дозвіл матриці по горизонталі, множимо на роздільну здатність по вертикалі, ділимо на мільйон, отримуємо ті самі мегапікселі. Тут нас чекає перше маркетологічне розчарування: справа в тому, що за 1 піксел реальної фотографії відповідає реально 4 комірки матриці і цифру мегапікселів треба ділити на 4. Щоб не робити цього - більшість фотоапаратів виробляють розтягування картинки з інтерполяцією, щоб кількість мегапікселів фотографії збігалася з мегапікселями матриці. Насправді, тут все складніше, так на реальну роздільну здатність впливає багато параметрів: фільтр, розміщений перед матрицею, можливості об'єктива, складність алгоритмів обробки даних з сенсора, тому поки просто будемо вважати, що у нас кожен піксель мегапікселя - це одна комірка, що сприймає фотони.
Тепер трохи здорового глузду і геометрії. Розміри, які може займати матриця в сучасному телефоні - досить обмежені, тому практично будь-яке збільшення кількості мегапікселів досягається за рахунок підвищення їх щільності на матриці, а отже, за рахунок зменшення їх розмірів. А зменшення розмірів - найчастіше не йде на користь якості картинки. Завдання кожної комірки матриці - реєструвати, скільки на неї потрапило фотонів за заданий проміжок часу, чим більше це число - тим яскравіше ця точка на фотографії. Підрахунок фотонів - заняття досить складне і приблизне. Чим менше розмір комірки, тим менше на неї потрапить фотонів і тим грубіше виявиться похибка оцінки кількості фотонів. Це, в свою чергу, призводить до того, що камера гірше визначає різницю між найяскравішими і найтемнішими ділянками фотографії, це називається «зниження динамічного діапазону».
Друга біда - це шум. Всі комірки матриці - шумлять, періодично видаючи «невірний» результат, але сучасні алгоритми дозволяють відфільтрувати в сигналі, що надходить з комірки цей шум, і отримати-таки потрібне значення. Але чим менший розмір комірки, тим гірше співвідношення корисного сигналу до шуму і більша ймовірність того, що результуючий піксел на фото буде «некоректним». Якщо зйомка проводилася при достатній кількості світла - це невелика біда, шумлячих пікселів буде небагато, і хитрі алгоритми спокійно знайдуть ці галасливі точки і за допомогою сусідніх пікселів відновлять те, що повинно бути там. Зрозуміло, це працює тільки до певної межі, і при збільшенні числа галасливих пікселів - алгоритм почне пасувати.
Зрозуміло, технології створення матриць поліпшуються, і реєстрація фотонів стає все більш чіткою, але, по-перше, технології не встигають за зростанням мегапікселів телефонів, а, по-друге, нові технології коштують дорожче, і їх до останнього не впроваджують, обходячись різними хитрощами.
Почитавши статті про те, як працюють матриці фотоапаратів, можна подумати, що чим менше мегапікселів, тим краще. Насправді це теж не так, тут є два міркування. По-перше, фотографії повинні бути якогось мінімально прийнятного дозволу, їх хочеться дивитися на хороших сучасних екранах, а іноді і роздрукувати на папері. По-друге, при великому числі мегапікселів - ефективніше працюють багато алгоритмів, наприклад, те ж придушення шуму. Такий ось парадокс: збільшуючи число мегапікселів, ми отримуємо більше шуму, але можемо ефективніше з ним боротися. Так що тут потрібно дотримуватися розумного балансу.
Скільки ж мегапікселів фотографії необхідно? Прості розрахунки показують, що якщо ви збираєтеся друкувати фотографії з роздільною здатністю 300 точок на дюйм, то 8 мегапікселів вам вистачить для відбитка розмірами 28 см на 21 см, тобто практично формату А4. Тобто 8 мегапікселів для більшості побутових потреб буде достатньо, думаю, саме тому вже кілька років Apple залишає цю цифру незмінною.
Якщо взяти 3264 x 2448 пікселів фотографій iPhone 5, то це і дасть нам 7990272 пікселів зображення, або 8 мегапікселів. Але матриця - це лише одна зі складових частин хорошої фотографії, і саме над цим і працює Apple.
При переході з iPhone 5 до iPhone 5S Apple збільшили розмір матриці з 1/3.2 дюйма до 1/3 дюйма, зберігши дозвіл, це дозволило їм збільшити розмір однієї комірки з 1,4 мікрон до 1,5 мікрон. Результати при зйомці в умовах поганого освітлення найкраще продемонструє картинка.
Крім того, Apple поліпшили об'єктив і допрацювали спалах, оснастивши його технологією TrueTone, що дало результати краще, ніж непотрібне зростання мегапікселів.
В ході анонсу 6-ки (тієї, що плюс) Apple анонсувала ще два важливих нововведення, що не стосуються безпосередньо мегапікселів (крім традиційних поліпшення алгоритмів обробки, більш якісної матриці і кращого об'єктива). Перше - це фазові датчики автофокусу, які дозволять iPhone швидше фокусуватися на об'єктах зйомки. Друге - оптична стабілізація, яка в першу чергу поліпшить зйомку в умовах поганого освітлення. Зараз розберемося - чому.
Проблеми зйомки в темряві я описав вище. Головним способом їх вирішення є подовження витримки - чим довше камера робить фотографію, тим більше корисної інформації потрапить на сенсор. Але тут з'являється інша проблема - при подовженні витримки є ймовірність, що людина, яка тримає камеру, її випадково трохи поворухне, і це призведе до змащування фотографії. Значить, витримка повинна бути довшою, але не настільки, щоб призводити до появи «шевеленки». Оптична стабілізація за рахунок руху лінз об'єктиву дозволяє усунути ефекти незначних коливань камери при зйомці і використовувати більш тривалу витримку, зменшуючи кількість шумів і роблячи динамічний діапазон фотографії кращим.
Та ж Samsung у своєму S5 не реалізувала оптичну стабілізацію (вгадайте, що буде в списку нововведень S6?) і тому пішла іншим шляхом: камера знімає багато фотографій на короткій витримці протягом тривалого часу і намагається комбінувати їх з метою зниження шумів і кращого опрацювання деталей. На фотографіях з безліччю рухомих об'єктів у кадрі часом помітні наслідки роботи цього алгоритму (дві наступні фотографії взято з trustedreviews.com).
Крім того, судячи з усього, Samsung сильно задерли світлочутливість своєї матриці і додали до цього дуже злий алгоритм придушення шумів, що призводить до того, що картинки перетворюються на «акварель».
iPhone 6 Plus ще не вийшов, але, я думаю, в області фотографії реальні тести покажуть приємний прогрес. Насправді, мало які компактні цифрові камери здатні похвалитися такими технологіями, тому в сегменті аматорської зйомки iPhone буде і далі допомагати компактним ЦФК йти на спокій.
У сегменті професійних камер поки ще безроздільно панують дзеркальні фотоапарати, але на них йде наступ з різних фронтів.
По-перше, цю ринкову нішу все сильніше атакують «беззеркалки». Фотоапарати зі змінними об'єктивами і великою (зазвичай) матрицею дають у більшості випадків результат не гірше «професійних» рішень, а за рахунок того, що вони позбавлені атавізмів у вигляді пентапризми і механічного дзеркала - вони володіють набагато меншими розмірами і вагою. Останні напрацювання Sony і Panasonic все більше нівелюють розрив між «дзеркалками» і «беззеркалками», останні вже обзавелися фазовим автофокусом, великими матрицями, хорошими відеошукачами, чудовими можливостями зі зйомки відео високої роздільної здатності і багатьом іншим. Навіть банальна логіка підказує, що при використанні тих же матриць і процесорів обробки фотографій результат буде незмінний, незалежно від того, чи буде перед матрицею рудиментарне механічне дзеркало чи ні. На жаль, Canon і Nikon ігнорують повільну революцію, і їх рішення в сегменті «беззеркалок» продиктовані маркетологами, які щосили намагаються не дати беззеркалкам цих компаній витіснити «старші» моделі. Така позиція поки працює, але якщо подивитися в майбутнє - неминучий програш стає очевидним. На щастя, поки ще в обох компаній є ресурси для того, щоб очолити те, з чим вони не в силах боротися, справа тільки за бажанням. Але вікно можливостей для них зменшується.
По-друге, дуже багато людей замислюється, чи потрібно їм ту саму «неперевершену якість дзеркальної камери». Найчастіше, у фотографії головне - не круте боке і обробка найтонших деталей, а ідея, композиція і сюжет, а для відображення цього - камери того ж iPhone вистачає з головою (і далі буде ще краще). Вже зараз є маса цікавих прикладів використання iPhone у сферах, де традиційно «правили бал» професійні камери, починаючи з фешн-зйомок і закінчуючи спортивними репортажами. А з урахуванням зручностей, які надає iPhone: компактність, можливості обробки і моментальної публікації фотографій - приводів задуматися стає навіть більше.
Після перегляду робіт багатьох фотографів, які вибрали смартфон в ролі інструменту для повсякденної зйомки, стає зрозуміло, що знімає не камера, а фотограф, і для 95% людей покупка «дзеркалки» - це всього лише спосіб долучитися до світу професіоналів. На жаль, тільки технікою ця покупка найчастіше і закінчується.