Мы поведаем о тех трудностях, с которыми столкнулись специалисты в процессе создания устройства, и о том, как 143 элемента синхронизируются с точностью до микрона. Кроме того, мы объясним, почему Huawei Pura 80 Ultra демонстрирует, что не стоит прислушиваться к заявлениям о невозможности реализации чего-либо.
Как развивались телефото-камеры
Первоначально в состав смартфонов включался лишь один широкоугольный модуль камеры. Это существенно ограничивало возможности пользователей в плане съемки и творческого самовыражения. Телефотообъективы позволили бы осуществлять приближение объектов, создавать портретные снимки с естественными пропорциями и эффектом размытия фона.
Тем не менее, использование камеры с большим фокусным расстоянием, то есть обеспечивающей значительное увеличение изображения, повлекло за собой усложнение конструкции, возникновение проблем синхронизации сенсоров, а также рост стоимости и габаритов устройства.
Компания Huawei одной из первых успешно ответила на возникшие вызовы. В 2018 году смартфон Huawei P20 Pro продемонстрировал не только первую в своем роде функцию ночной съемки (которая впоследствии стала распространенным элементом в смартфонах), но и обладал трехкратным оптическим зумом.
Все осознали: казалось бы, недостижимое стало реальностью. И началась соревновательная борьба — кто сможет создать зум-объектив с еще большей дальностью.
Через год компания вновь представила инновационное решение. Флагман Huawei P30 Pro был оснащен первым в отрасли перископическим телеобъективом с 5-кратным оптическим увеличением. Поворот сенсора, разработка сложной системы зеркал и линз, а также внедрение стабилизации — все это стало настоящим технологическим скачком вперед.
Использование перископической схемы стало общепринятым стандартом: на данный момент не существует альтернативного способа размещения длиннофокусной оптической системы без существенного увеличения габаритов мобильных устройств.
Какие дальнейшие шаги? Использовать десятикратное увеличение? Однако в этом случае возникнет ощутимый разрыв между увеличением в один раз и десять раз. Законы физики нельзя игнорировать: цифровое увеличение при коэффициентах 4, 6 или 8 обеспечивало бы неприемлемое качество фотографий и видеозаписей.
Huawei в очередной раз предложила наиболее эффективное решение того времени: смартфон Huawei P40 Pro+ объединил две зум-камеры. Одна из них имела 5-кратное увеличение, а вторая – 10-кратное. Такая конфигурация позволяла охватить широкий спектр сценариев съемки без заметной потери качества, при этом промежуточные значения фокусного расстояния помогали улучшить работу продвинутых алгоритмов обработки изображений.
В процессе разработки перед инженерами встали новые трудности: значительное увеличение требует большого количества линз, что приводит к уменьшению количества света, достигающего сенсора. Это ограничивает съемку в условиях недостаточной освещенности и может приводить к цифровому шуму даже днем. Кроме того, малейшее движение смартфона при десятикратном увеличении вызывало бы дрожание и смазывание изображения.
Huawei решила проблемы технологично:
- В перископическом модуле была реализована система из пяти отражающих элементов, что позволило уменьшить габариты модуля и снизить число используемых линз.
- С целью минимизации проявлений дрожания при съемке была реализована двухступенчатая система стабилизации изображения.
Пример телефото-камеры Huawei P40 Pro+. Обратите внимание на количество сложных призм и на то, сколько раз свет отражается от них, прежде чем достигнет сенсора. Источник: Huawei
Благодаря этому Huawei P40 Pro+ предоставил своим пользователям возможность осуществления оптического зума с увеличением в 10 раз, а при использовании передовых алгоритмов обработки — гибридного зума с увеличением до 20 раз. Максимальный уровень приближения объекта на снимке составил 100 крат.
Новые идеи и новые вызовы
Разработчики снизили темпы инноваций и сосредоточились на совершенствовании существующих технологий. Первоочередной задачей стало выяснение причины, по которой крупные камеры способны создавать макроснимки с использованием зума, в то время как мобильные телефоны — нет.
Проблема была решена благодаря Huawei Mate 50 RS. Телеобъектив данной модели обеспечивал возможность фокусировки на объектах, расположенных всего в 5 сантиметрах от камеры. Это позволило создавать высококачественные и реалистичные снимки мелких деталей, насекомых и цветов.
Модуль Huawei P60 Pro устранил две распространенные трудности, свойственные подобным компонентам. В первую очередь это касалось недостаточной светосилы оптики. Использование призмы с высокой пропускной способностью и сенсора с крупными пикселями позволило реализовать качественную ночную съемку даже на широкоугольные камеры.
Кроме того, высокая светосила обеспечивает приятное, реалистичное размытие заднего плана. В отличие от объективов с широким углом обзора, дополнительный программный режим для имитации эффекта боке не требуется.
Эти улучшения были существенными, но возникала потребность в более значительных усовершенствованиях. Возник вопрос о том, почему бы не установить больше камер с различным зумом? Для решения любых задач съемки. Однако подобное решение могло привести к увеличению габаритов, стоимости и веса устройства.
Разработчики стали искать оптимальное решение: объединить основной модуль с ультраширокоугольным объективом или с камерой для увеличения масштаба. Возникла идея интеграции сразу трех модулей: один сенсор — три оптические системы. Производители начали тестировать даже жидкие линзы, способные изменять фокусное расстояние при помощи встроенных магнитов.
Тем не менее, Huawei пошла по иному пути.
Как работает первый в индустрии зум 2-в-1
Специалисты компании приняли решение объединить два зум-объектива на одном светочувствительном элементе. В результате был получен средний фокус, сочетающий в себе особенности дальнего объектива. Фактически, задача заключалась в интеграции принципов работы двух зум-модулей, как это реализовано в Huawei P40 Pro+, макросъемки от Mate 50 RS и светосильной оптики, присутствующей в Huawei P60 Pro.
Сильное заявление, согласитесь.
Впервые концепция подобной реализации появилась в исследовательском отделе Huawei еще в 2012 году. Предлагалось сохранить один сенсор, но при этом изменять фокусное расстояние. Данная идея эволюционировала параллельно с прогрессом технологий и изменениями в потребностях пользователей.
В итоге сформировали такие требования:
- Для реализации двойного зума требуется весьма крупный сенсор, чтобы обеспечить достойные показатели ночной съемки, размытие фона и детализацию.
- Предлагаемый модуль должен обеспечивать поддержку двух распространенных фокусных расстояний: 80 миллиметров и 200 миллиметров. Эти значения приблизительно соответствуют увеличению в четыре раза и десятикратному увеличению, соответственно;
- макросъемку также необходимо сохранить;
- Для получения качественного изображения требуется мощная система стабилизации, особенно при съемке с движущейся платформы;
- При разработке необходимо учитывать сохранение приемлемых габаритов блока камер и общий вес смартфона;
В результате появилась возможность реализации подвижного двойного зума в Huawei Pura 80 Ultra. Ключевой особенностью данной конструкции является наличие у смартфона двух различных внешних объективов, а также подвижной платформы с призмой, расположенной внутри корпуса.
- При нажатии на клавишу «3,7х» платформа перемещается к одной из линз, обеспечивая увеличение в 3,7 раза.
- Активация кнопки «9,4х» приводит к тому, что платформа быстро позиционируется над другой линзой, формируя увеличение в 9,4 раза.
В результате, смартфон сохраняет один сенсор и единую систему основных объективов, при этом фокусное расстояние изменяется путем корректировки расстояния от входной линзы до сенсора — аналогично тому, как это реализовано в полноразмерных фотокамерах. Однако изменение происходит не плавно, а фиксированно, предлагая два варианта увеличения: 3,7х и 9,4х.
Предлагаем вашему вниманию несколько ключевых показателей, демонстрирующих сложность данной конструкции.
- вес зум-камеры вырос в 3 раза по сравнению с зумом Huawei P60 Pro;
- Для обеспечения повышенной прочности и надежности потребовалось увеличить показатель в несколько раз из-за выросшей в 4,5 раза нагрузки на компоненты;
- количество подвижных элементовзначение увеличилось с 2 до 5, а перемещение основной призмы достигло 9,6 мм— это значение в три раза превышает показатели, характерные для смартфонов;
- после каждого хода призму требуется точно позиционировать с точностью от 3 до 5 микрон — это в 10−20 раз меньше толщины человеческого волоса;
- При отсутствии использования зум-объектива, подвижная призма надежно фиксируется и не болтается в модуле — это значительно повышает надежность.
На представленных фотографиях демонстрируются этапы сборки зум-модуля для Huawei Pura 80 Ultra. Вся процедура включает в себя свыше 150 операций по интеграции 143 различных элементов. Обычно в камерах-перископах 60−70 деталей.
Этот внушительный модуль занимает всё пространство внутри корпуса, от экрана до выступа на задней панели, и обусловлен использованием самого большого сенсора среди телефото-камер, его размер составляет 1/1,28 дюйма.
Безусловно, реализация подобной технологии предполагает наличие стабильных каналов поставок специализированных комплектующих. По словам представителей Huawei, поставщики изначально заявляли о невозможности выполнения данной задачи. Тем не менее, компании удалось организовать не разовое изготовление, а серийную сборку в течение одного года, обеспечив при этом регулярные поставки, тщательное тестирование и доработку программного обеспечения.
Что это дало
На текущий момент Huawei Pura 80 Ultra может похвастаться одной из наиболее совершенных систем зум-фотографии среди мобильных устройств. Она объединяет увеличенный сенсор, оптику с длинным фокусным расстоянием, передовые алгоритмы обработки изображений и точную цветопередачу. Что же это даёт пользователям:
- возможность съемки на значительном удалении без ущерба для детализации — можно уверенно использовать увеличение в 20 крат;
- получение макроснимков с приятным эффектом боке и качеством, сопоставимым с результатами зеркальных фотоаппаратов.
- Изображения характеризуются естественным размытием фона, обусловленным оптическими особенностями объектива, а не применением программной обработки;
- Обеспечивается высокая детализация при съемке в условиях низкой освещенности благодаря широкому динамическому диапазону;
- съемка видео в HDR в формате 4K.
Фактически, это представляет собой «компактную зеркальную камеру», интегрированную в корпус смартфона. Модель Huawei Pura 80 Ultra позволит создавать впечатляющие фотографии в разнообразных ситуациях: спортивные мероприятия, концерты, съемка детей и домашних животных, удаленные объекты — а также макросъемку на расстоянии всего в 5 см. Теперь вам известно, как за короткое время можно добиться создания выдающегося снимка.
Подробный анализ Huawei Pura 80 Ultra доступен по ссылкеВ продолжение сказанного, предлагаем вашему вниманию детальный видеоматериал, посвященный обзору всей линейки мобильных устройств Huawei Pura 80.
