Prečo smartfóny majú viacero objektívov?

V dnešnom svete je ťažké nájsť niekoho, kto by si nefotil na svoj smartfón. Ale zamýšľali ste sa už niekedy, prečo moderné telefóny majú až tri alebo dokonca štyri rôzne objektívy? Video od TED-Ed s Rachel Yang nám to vysvetľuje jednoduchým a zrozumiteľným spôsobom. Od histórie prvých mobilných fotoaparátov po pokročilé technológie výpočtovej fotografie, toto video odhaľuje fascinujúci svet za kvalitnými fotkami z našich telefónov. Zistíme, prečo je kvalita snímača limitujúcim faktorom, a ako algoritmy a strojové učenie pomáhajú smartfónom robiť stále lepšie snímky.

Ako vlastne funguje mobilný fotoaparát?

Počiatky mobilných fotoaparátov siahajú až do roku 1999, kedy sa na trh dostal Visualphone VP210 s prvým integrovaným fotoaparátom. Ten mal len 0,11 megapixelov a priestor pre 20 fotografií – v porovnaní s dnešnými smartfónmi je to skutočný relikt! Dnes už telefóny disponujú objektívmi s mnohonásobne vyšším rozlíšením.

Princíp fungovania je však stále rovnaký: svetlo prechádza cez šošovku a dopadá na obrazový senzor. Tento senzor je pokrytý miliónmi mikroskopických fotočlánkov, ktoré sú filtrované červenou, zelenou alebo modrou farbou. Týmto spôsobom snímač meria množstvo každej farby v dopadajúcom svetle. Následne tieto údaje spracuje a zjednoduší procesor, ktorý vytvára digitálnu reprezentáciu obrazu.

Limit kvality: Snímače a ich obmedzenia

Hoci sa technológia fotoaparátov v smartfónoch neustále zlepšuje, inžinieri čelia tvrdému limitu čo do kvality obrazového snímača. Kvalitu senzorov hodnotíme podľa troch hlavných kritérií: rozlíšenia (počet fotočlánkov), dynamického rozsahu a šumu.

• Rozlíšenie: Vyšší počet fotočlánkov znamená detailnejšie snímky, pretože je možné zachytiť viac svetelných informácií.
• Dynamický rozsah: Udáva rozdiel medzi najsvetlejšími a najtmavšími časťami fotografie. Široký dynamický rozsah umožňuje zachytiť detaily v oboch extrémoch.
• Šum: Je to viditeľná zrniteľnosť, ktorá sa môže objaviť pri slabom osvetlení alebo dlhých expozičných časoch.

Väčšie fotočlánky dokážu zachytiť viac svetla a tým zlepšiť dynamický rozsah a redukovať šum. Problém je však v tom, že priestor pre snímače v smartfónoch je obmedzený – väčšina z nich nemá ani veľkosť hrášku!

Výpočtová fotografia: Algoritmy na pomoc

Ako teda smartfóny kompenzujú malú veľkosť senzorov? Vďaka výpočtovej fotografii. Ide o sofistikované algoritmy, ktoré spracovávajú viacero snímok naraz a kombinujú ich do jednej vysokokvalitnej fotografie. Telefón môže rýchlo nasnímať sériu fotiek, ktoré následne zaradí, identifikuje najlepšie časti každého záberu a spojí ich dohromady.

Dnes sa v týchto algoritmoch využíva strojové učenie, kde sa telefóny učia zlepšovať kvalitu snímok na základe obrovských databáz fotografií. Napríklad režim pre nočné fotenie uprednostňuje dynamický rozsah a redukciu šumu, zatiaľ čo portrétny režim zaostrí na hlavný objekt a rozmaže pozadie. Strojové učenie umožňuje dokonca odstraňovať nežiaduce prvky zo snímok alebo opraviť rozmazané tváre.

Viac telefónov ide ruka v ruke s väčším počtom mobilných peňaženiek v subsaharskej Afrike.

Kľúčové poznatky

• História: Prvé mobilné fotoaparáty boli veľmi jednoduché, s nízkym rozlíšením a obmedzeným priestorom na ukladanie fotografií.
• Obrazový senzor: Kvalita obrazového snímača je kľúčová pre kvalitu fotografie, pričom sa hodnotí podľa rozlíšenia, dynamického rozsahu a šumu.
• Výpočtová fotografia: Algoritmy a strojové učenie pomáhajú smartfónom kompenzovať malé veľkosti senzorov a vytvárať kvalitné snímky.
• Strojové učenie: Telefóny sa učia zlepšovať kvalitu fotografií na základe obrovských databáz.

Záverečné úvahy

Smartfóny už dávno nie sú len prostriedkom komunikácie, ale aj výkonnými fotografickými nástrojmi. Vďaka pokrokom vo výpočtovej fotografii a strojovom učení dokážu telefóny vytvárať snímky, ktoré kedysi mohli robiť iba profesionálne fotoaparáty. Aj keď sa kvalita obrazových snímačov blíži k svojmu limitu, algoritmy budú naďalej hrať dôležitú úlohu pri zlepšovaní kvality fotografií z našich smartfónov.

Zdroje a odkazy

• TED-Ed: https://ed.ted.com/lessons/why-do-smartphones-need-multiple-cameras-rachel-yang
• Brilliant: https://brilliant.org/TedEd

Približne 143 gCO₂ bolo uvoľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.72 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.