Від перших камер до нейромереж: історія мобільної фотографії
| | | |

Від перших камер до нейромереж: історія мобільної фотографії

Виробники смартфонів давно змагаються як мобільні камери. Їхня кількість і функціонал — найважливіші показники для сучасних гаджетів. Як почалася ця гонка? У нашому матеріалі ми розповімо про появу та розвиток мобільної фотографії. Ми розглянемо знакові гаджети та найважливіші технології. Перші камерофони Перший у світі телефон із камерою з’явився 1999 року. Японська корпорація Kyocera представила модель…

Виробники смартфонів давно змагаються як мобільні камери. Їхня кількість і функціонал — найважливіші показники для сучасних гаджетів. Як почалася ця гонка? У нашому матеріалі ми розповімо про появу та розвиток мобільної фотографії. Ми розглянемо знакові гаджети та найважливіші технології.

Перші камерофони

Перший у світі телефон із камерою з’явився 1999 року. Японська корпорація Kyocera представила модель VP-210 . Стільниковий мав лише одну камеру — фронтальну.

Навесні CNN вперше розповіла про новинку – а вже в липні Kyocera VP-210 надійшов у продаж. Його ціна становила 325 $.

Роздільна здатність матриці дорівнювала 0.1 Мп, в пам’ять телефону зберігалося не більше 20 знімків. Якість одержуваного зображення була, м’яко кажучи, невисокою, але й створювалася камера, перш за все, не для фотографій — а для відеозв’язку із частотою два кадри на секунду. При цьому стільниковий підтримував інтернет-з’єднання. Отже, користувач міг ділитися фотографіями через електронну пошту.

Керівник відділу маркетингу Kyocera Хаджиме Кімура вважав, що телефон з камерою по-справжньому оцінять бізнесмени та роботяги.

Користувачі можуть використовувати цей телефон не тільки для візуального спілкування зі своїми колегами, але і для ділових цілей. Наприклад, якщо будівельник приносить цей телефон на об’єкт, що будується, він може показати, як виглядає об’єкт, людям у штаб-квартирі, що використовують цей телефон. Вони можуть вести бізнес, перевіряючи ситуацію в режимі реального часу

Хаджіме Кімура

Взагалі, у дев’яності багато вели розробку мобільників із вбудованими камерами. Так, у 1993 році, Деніел А. Хендерсон створив Intellect – прототип пристрою з технологією бездротового відеотелефону. Сьогодні він зберігається у Національному музеї американської історії. Ідеї створення відеофону були й у компанії Apple. Але саме Kyocera вдалося створити перший у світі телефон із камерою.

Втім, першість Kyocera досі намагаються оскаржити у Samsung. У 2019 році корейська корпорація випустила статтю, де стверджувалося: першим телефоном із вбудованою камерою був Samsung SCH-V200.

Характеристики SCH-V200 більш вражаючі – 0.35 Мп проти 0.1 Мп у Kyocera. Оснащувався гаджет кольоровим екраном діагоналлю 1.5 дюйма. Вбудована пам’ять 1 Мб зберігала до 20 повнорозмірних фотографій у форматі 640×480 (або 26 фото у зменшеній версії). Передавати фотографії за допомогою електронної пошти телефон не міг, їх можна було перекидати на ПК за допомогою комплектного кабелю.

У 2000 році японська компанія Sharp представила свою версію мобільного телефону з камерою – Sharp J SH04 (J-Phone) .

Камера Sharp J SH04 переїхала з передньої частини до тилу. Дозвіл матриці у неї дорівнювала тим самим 0.1 Мп. Поруч із камерою встановлено невелике дзеркальце: з ним було простіше робити селфі. Телефон також дозволяв надсилати фотографії електронною поштою.

Дисплей пристрою підтримував до 256 кольорів, акумулятор витримував до 125 хвилин у режимі розмови, а телефонна книга містила до 500 контактів. Для Sharp це був перший досвід виробництва телефону – до нього ставилися як до експерименту. Тому модель випустили обмеженою серією 2000 примірників тільки для Японії. Працювала новинка з японськими мобільними мережами PHS та продавалася за 500$.

Під час продажу телефону журналісти BBC провели опитування у читачів. Журналісти з’ясовували, як люди використовували свій телефон із встановленою камерою.

Мобільний телефон для зйомки, безумовно, цікавий винахід. Це може бути зручним для делікатного розслідування або проникнення. Якщо ви замаскувати його трохи краще, хто знатиме, що потрібно шукати камеру на телефоні?
Йоханна, Фінляндія

Ще один приклад технологічних досягнень, які змушують нас платити все більше грошей за зображення нижчої якості.
Стюарт Кордон, Великобританія

Я використав би телефон з камерою, щоб сфотографувати свого кращого друга, мого собаку Бенсона.
Майлз Браун, Англія

Треба сказати, поява стільникових із камерами викликала серйозну дискусію. З одного боку, технологія була цікавою. Людей приваблювала можливість миттєво зробити та перекинути фото, навіть незважаючи на невисоку якість знімків та дорожнечу пристроїв. З іншого боку, багато хто вважав спроби вбудувати камеру в телефон безглуздими. Адже у продажу є повнорозмірні фотокамери з найкращою якістю!

Час розставив усе на свої місця. З початку нульових виробники телефонів починають активно впроваджувати фотокамери. У 2002 році у продаж надійшов Ericsson T68 з окремим модулем камери.

Модуль використав сенсор на 0.3 Мп. Він мав власну пам’ять, дозволяючи зберігати до 14 повнорозмірних фотографій з роздільною здатністю до 640 х 480. Пристрій у комплекті з телефоном не постачався: його треба було докуповувати.

Компанія Siemens також випускала модульні телефони з окремою камерою Siemens C60 .

Революція від Ericsson

Камери в мобільних телефонах покращувалися, але якість фотографій залишалася низькою. Революція у мобільній фотографії відбулася у 2005 році з виходом Sony Ericsson K750i . На думку міжнародної асоціації Technical Image Press Association, модель стала найкращим камерофоном року.

Характеристики K750i на той момент були вражаючими. Кольоровий екран розміром 1.8 дюймів, 34 Мб вбудованої пам’яті, 1 Мб оперативної пам’яті. У комплекті йшла картка пам’яті на 64 Мб. Акумулятор тримав заряд до 400 годин у режимі очікування.

Завдяки двомегапіксельній матриці роздільна здатність камери підвищилася до 1632 х 1224. Вперше з’явився центральний автофокус і цифровий зум 4x. Для підсвічування оточення в умовах поганого освітлення був світлодіодний спалах.

У цьому телефоні вперше з’явився режим макрозйомки. Він дозволяв знімати предмети з дуже близької відстані.

Також у K750i реалізували режим нічної зйомки та панорами. Крім того, були ефекти: сепія, негатив та переведення фото в чорно-білий формат

Центральний автофокус працював із контрастним фокусуванням . Технологія досить проста. Сенсор камери заміряє кількість світла на об’єкті та переміщує лінзи залежно від розмаїття. У даного типу фокусування є і мінуси: низька швидкість роботи, відсутність фокусування, що слідкує, і низька якість роботи при поганому освітленні.

Втім, для середини “нульових” фото були чудовими. З відео справа була гірша. Роздільна здатність 176 х 144 пікселів, 10 к/с у нічному режимі та 15 к/с у стандартному — максимум, що міг видавати телефон.

На цьому вирішила зіграти Nokia, випустивши в 2006 модель N93 . Телефон відкрив гонку за якість мобільного відео.

3.2-мегапіксельна камера та оптика Carl Zeiss дозволяла знімати відео з роздільною здатністю до 640×480 і робити фото до 2048×1536 пікселів. Якість відео підвищилася до 30 кадрів за секунду. Підтримувалися автофокус та макрозйомка. Поставлявся телефон із карткою пам’яті в 128 Мб, яка містила до 6 хвилин відео. Крім того, Nokia N93 підтримувала карти пам’яті розміром до 2 Гб.

У тому ж 2006 році з’явився Nokia 6131 з підтримкою 8-кратного цифрового зуму та роздільною здатністю 1280×960 пікселів.

Від iPhone до 3D-фотографій

29 червня 2007 року у продаж надійшов iPhone першого покоління.

З погляду фото – нічого видатного: камера на 2 Мп без можливості зняти відео. Втім, не відзначити смартфон не можна. У майбутньому, порівнюючи якість фотографій iPhone, канадський фотограф Ліза Беттані зробить серію знімків, починаючи з iPhone першого покоління та закінчуючи iPhone 6S.

У 2008 році виходить перші у світі телефони з 8-мегапіксельною камерою – LG KC910 та Sony Ericsson C905.

Оптика Schneider-Kreuznach дозволяла знімати з роздільною здатністю 3264×2448 пікселів. Були автофокус і ксеноновий спалах. Зйомка відео відбувалася у роздільній здатності 640х480 та 30 к/с. З’явився режим запису Slow Motion із частотою 120 к/с при роздільній здатності 320х240.

Через рік рекорд побила компанія Samsung. M8910 PIXON12 мав камеру на 12 Мп.

У січні 2010 року у продаж надійшов Sony Ericsson Vivaz – перший телефон, що записує відео з роздільною здатністю HD-якості (720p).

У 2011 році на ринку з’явилися перші смартфони з двома камерами – HTC Evo 3D та LG Optimus 3D.

Просувалися телефони завдяки можливості стереоскопічної фотозйомки. Знімки робилися двооб’єктивними стереоскопічними камерами одночасно. Створювалися два знімки з різних ракурсів, які потім об’єднувалися в один. Виходив своєрідний ефект 3D.

При цьому не потрібно якихось спеціальних окулярів. Телефони дозволяли не тільки знімати та переглядати фотографії у 3D, але й дивитися 3D-фільми, знімати відео у новому форматі, запускати 3D-програми…

Популярності стереоскопічний ефект не набув. Користувачі відзначали низьку якість екранів під час перегляду 3D та обмежені кути огляду. Деякі скаржилися на дискомфорт у власних очах після тривалого використання цього режиму.

Стабілізація та потужні камери

У 2012 році Nokia зробила черговий технологічний ривок. На найбільшій виставці мобільних технологій Mobile World Congress вона представила Nokia 808 PureView з камерою 41 Мп.

Оптика Carl Zeiss з механічним затвором, діафрагмою f/2,4 і спалахом ксенону була передовою технологією. Роздільна здатність знімків зросла до рекордних 7728×5368, максимальна якість відео до 1080p при 30 кадрах в секунду. В наявності був цифровий зум – в режимі фотографії до 3x і від 4х до 12х при записі відео.

Датчик стабілізації у смартфоні був відсутній, тому найменший рух рук сенсор відчував помітно.

 

У січні 2013 року Sony випустила новий мобільний сенсор в 13 Мп – IMX214, що досяг розміру в 1/3.06″.

У 2013 році на ринок вийшли iPhone 5s та Google Nexus 5 з підтримкою авто-HDR та HDR+ відповідно.

iPhone 5s отримав першу електронно-гіроскопну стабілізацію. Вона дозволила знизити ефект від трясіння рук під час зйомки відео.

 

Розкажемо трохи більше про те, що таке стабілізація.

Більшість смартфонів використовують електронну стабілізацію . Вона дешева і не потребує встановлення додаткових апаратних компонентів. Суть її роботи полягає у обрізанні видимого діапазону фотографії. Наприклад, матриця з відключеною стабілізацією використовує 100% своєї площі, із включеною – 80%. Зображення стабілізується за рахунок 20% обрізаних.

Незважаючи на відсутність апаратних компонентів, цифрова стабілізація дозволяє значно знизити тряску камери.

Оптична стабілізація дорожча у виробництві за рахунок наявності додаткового рухомого механізму. Він дозволяє переміщати не зображення з матриці, а безпосередньо матрицю, при цьому якість зображення не зменшується, що, безперечно, плюс

Електронно-гіроскопна стабілізація, як у IPhone 5s, поєднує оптичну та цифрову стабілізацію. За замовчуванням смартфон завжди використовує першу, але якщо телефон визначає, що оптичної стабілізації не вистачає, автоматично підключається цифрова версія.

Ще один крок до зростання якості фото відбувся у 2013 році. Тоді Nokia і Microsoft випустили флагманський камерофон Nokia Lumia 1020 .

У новинку вбудували значний 41-мегапіксельний об’єктив PureView-камери з оптичною стабілізацією, фокусною відстанню 26 мм, діафрагмою f/2,2 і максимальною роздільною здатністю фото 7712 × 5360.

Додатковою особливістю камери стала функція бінаризації . Це можливість поєднання у фотографіях кількох сусідніх пікселів в один. За рахунок цього зростає чіткість знімка та знижуються шуми

25 березня 2014 року у продаж надходить флагман компанії HTC – HTC One M8 .

Виділявся смартфон наявністю відразу двох камер: основного модуля та допоміжного. Останній вимірював глибину кадру та відокремлював об’єкт від фону. Хай живе портретний режим!

У травні 2014 року LG представляє світові новий флагман – LG G3 (D855) .

Це був перший у світі телефон із лазерним автофокусуванням камери. Технологія працює на основі лазерного далекоміра. Випромінювач підсвічує об’єкт перед камерою та повертає промінь назад. Датчик зчитує витрачений час, обчислюючи відстань та регулюючи дзеркала оптики. Особливістю фокусування є швидкодія в умовах недостатнього освітлення. Втім, є й низка обмежень: для кращого результату об’єкт має бути не далі 0.6 метрів від телефону. А на відстані понад п’ять метрів включається контрастний автофокус.

У 2015 році Samsung першою впроваджує фазовий автофокус (PDAF) у свою новинку – Samsung Galaxy S5 . Нова технологія стала заміною контрастного фокусування.

Завдяки технології PDAF, телефон вловлює світловий потік з різних точок об’єкта, що знаходиться перед ним. Потім кожен світловий потік ділиться на частини і передається на надчутливий сенсор. Датчик вимірює відстань між потоками світла та зсуває лінзу на потрібну відстань. Нова технологія підвищила швидкість роботи фокусування. При цьому вона вимагала справді потужної «начинки» телефону.

Епоха нейромереж

У 2016 році китайська компанія Huawei оголосила про початок співпраці з німецькою компанією Leica Camera, яка випускає професійні камери.

Huawei випустила у продаж перші у світі флагмани з гордим написом Leica біля об’єктивів – Huawei P9 та P9 Plus .

У телефони вбудували здвоєні камери з оптикою Leica, сенсором Sony IMX286, максимальною роздільною здатністю знімків у 3968 х 2976, триразовим оптичним зумом. Телефони відрізнялися покращеним боком та можливістю знімати чорно-білі фотографії.

У березні 2016 року чергову ходу зробила компанія Samsung. Вона випустила Samsung Galaxy S7 з покращеним фокусуванням Dual Pixel.

У сенсорі новинки кожен піксель отримав збільшені площі та окремі датчики аналізу фокусування. Конкуренти ж оснащували датчиками лише 5-10% пікселів сенсора.

2017 відкрив нову віху в історії мобільної фотографії. Тоді Apple випустила ринку iPhone X.

Apple значно покращила та переробила центральний процесор, назвавши його Apple A11 Bionic. Приставка Bionic символізує наявність у чіпах Apple нейромережевого модуля Neural Engine

Спочатку новий модуль служив для аналізу та розпізнавання осіб. Але в наступних моделях iPhone він отримав більше функцій та особливостей.

У тому ж 2017 році Huawei представила нові флагмани компанії Huawei Mate 10/10 Pro.

Наголос у новинках Huawei зробила на нові чіпсети HiSilicon Kirin 970 з виділеним нейронним модулем для AI-обчислень. Модуль допомагав телефону аналізувати сцену перед камерою: їжа, тварини, інтер’єр, архітектура тощо.

Завдяки ІІ, телефон міг автоматично налаштовувати параметри камери, проводити корекцію кольору, покращувати нічну зйомку, займатися б’ютифікацією (вирівнювати тон шкіри і видаляти різні вади на фото).

На думку видання DXOMARK, на листопад 2022 Huawei Mate має найкращу камеру серед конкурентів. Він обігнав навіть Google Pixel 7 Pro та iPhone 14 Pro Max.

У вересні 2018 року Sony представила сенсор IMX586 на 48 Мп. Роздільна здатність фотографій зросла до 8000 x 6000, розміри сенсора — до 1/2″. Новинка дозволяла об’єднувати чотири пікселі в один.

Відповідь від Samsung не змусила на себе чекати. Корейці випустили аналогічні сенсори на 48 Мп – GM1 та GM2. Роздільна здатність сенсора в 1/2″, максимальна роздільна здатність фото – 4000 x 3000 і 8000 x 6000 відповідно.

У 2019 році камери знову значно зросли у розмірах. Realme та Xiaomi випустили смартфони з камерою на 64 Мп – Realme XT та Redmi Note 8 Pro.

Цього ж року Xiaomi створила перший у світі смартфон із модулем камери на 108 Мп – Xiaomi Mi Note 10 .

В наявності – сенсор Samsung HMX з розмірами 1/1.43”, світлосилою f/1.7 та оптичною стабілізацією. Крім основного сенсора, був телеоб’єктив на 5 Мп з оптичним зумом 5x і стабілізацією. Ширококутний об’єктив 117 градусів на 20 Мп, телеоб’єктив на 12 Мп з фіксованою фокусною відстанню 50 мм для портретного режиму та камера для макрозйомки на 2 Мп.

13 жовтня 2020 року Apple запустила у продаж iPhone 12 і iPhone 12 Pro .

Тут представили оновлений нейромережевий модуль Neural Engine. Разом з новою iOS він дозволяв робити справді якісні фото. Фронтальні та тилові камери отримали функцію Deep Fusion.

Також в iPhone 12 Pro вперше з’явився датчик LiDAR для роботи з ‑додатками AR (доповненою реальністю).

LiDAR (Light Detection and Ranging) перекладається як «виявлення та визначення дальності за допомогою світла». Датчик випромінює світлові хвилі, які стикаються з об’єктом і відбиваються назад. LiDAR підраховує витрачений на повернення світла час, визначає відстань до об’єкта та його форму.

Технологія дозволяє підвищити якість фото-відеозйомки, і не лише. З її допомогою можна точно виміряти габарити об’єкта, відсканувати його та перевести в 3D-формат, а також запускати програми з доповненою реальністю.

 

Найновіші флагмани

У вересні 2020 року компанія ZTE представила перший у світі смартфон із фронтальною підекранною камерою на 32 Мп – ZTE Axon 20 .

У 2021 році компанія OPPO представила свій флагман – OPPO FIND X3 PRO .

 

Смартфон виділявся наявністю камери мікроскопа на 3 Мп із 60-кратним збільшенням. Камера-мікроскоп дозволяє побачити окремі пікселі на екранах пристроїв. Загалом, нова віха у розвитку макрозйомки

У цьому ж році Samsung випустила нові рецептори – GN2 і HM3 .

GN2 на 50 Мп є найбільшим сенсором Samsung для мобільних телефонів. Великі розміри в 1/1.12″, максимальна роздільна здатність знімків 8160 x 6144, система автофокусування Dual Pixel Pro, підтримка HDR, запис відео в 8К при 480 к / с … Загалом, повний набір.

Сенсор HM3 дозволяє робити фото розміром 12000 x 9000 – при 108 Мп і розмірами сенсора в 1/1.33″. Підтримкою 8к при запису відео з частотою 120 к/с та 240 к/с в 4к.

Конкуренцію корейським розробкам склала OmniVision. У 2021 році вона випустила флагманський детектор OV50A на 50 Мп. Розміри сенсора – 1/1,5″. Заодно – підтримка 8к-відео і просунута чотирифазна система автофокусування (QPD). QPD дозволяє фазовому автофокусу охопити площу сенсора на 100% (за аналогією Dual Pixel від Samsung).

Що попереду?

Мобільні телефони продовжують змагатися у сфері фотографії та відеозйомки. Виробники активно впроваджують штучний інтелект, покращують якість нічних зйомок, запроваджують додаткові сенсори.

Зараз виробники наголошують на перспективному впровадженні нейронних мереж та автоматизації процесів зйомки. Наприклад, телефони Google Pixel дозволяють автоматично видаляти зайві об’єкти з готових фотографій (машини на задньому фоні або людей). Камери конкурентів автоматично проводять косметичні покращення знімків за рахунок ІІ.

Виробники з кожним роком збільшують розміри сенсорів, причому гонка за кількість мегапікселів йде на спад. Натомість покращуються нічні зйомки та збільшуються роздільна здатність зображень. Зважаючи на все, боротьба за «залізо» йде на другий план. Майбутнє технологій пов’язане саме зі штучним інтелектом та нейромережами.

Similar Posts