素晴らしいスマートフォンカメラを作るには何が必要ですか?

著者: Monica Porter
作成日: 19 行進 2021
更新日: 1 J 2024
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私たちのスマートフォンは写真の驚異です。それらは非常に高度であるため、専用のカメラシステムにも挑戦しています。きっと、あなたの多くは、これらの小さなカメラがどうしてこんなに良くなったのか疑問に思っています。

企業は研究開発に数十億ドルを費やしているため、Instagramに値する食事の写真を撮ることができます。それはすべて非常に複雑であり、ほとんどの人は関連する用語や概念の多くを理解していません。

私たちは水をきれいにし、それらの美しい写真を可能にするものを理解するのを助けるためにここにいます。優れたスマートフォンカメラの作成には多くのことが費やされるため、すべてのコンポーネントについて説明します。

Instagramにふさわしい食事の写真を撮れるように、企業は研究開発に数十億ドルを費やしています。

エドガー・セルバンテス

センサー

スマートフォンカメラは長い道のりを歩んできましたが、業界は常にイメージセンサーと格闘しています。大きいセンサーは、小さいセンサー(同じ品質)よりも優れています。サイズが重要であり、それを回避する方法はありません。

サイズは重要であり、イメージセンサーの世界ではそれを回避する方法はありません。

エドガー・セルバンテス

これは、スマートフォンメーカーにとっての課題です。フルフレームセンサーを小型で薄い携帯電話に正確に詰め込むことはできません。大きなセンサーには大きなレンズも必要であると考えると、スマートフォンメーカーは通常1 / 2.3インチから1 / 1.7インチのセンサーを使い続けます。

これらの数値を把握するために、Huawei P30 Proには1 / 1.7インチセンサーがあります。 Google Pixel 3 XLはその素晴らしいカメラでも知られ、1 / 2.55インチのセンサーを備えています。これらは、一部のデジタル一眼レフカメラのフルフレーム1.38インチセンサーに比べてd星です。


スペースが限られている場合、メーカーはより高品質のセンサーを作成し、いくつかの点を変更する必要があります。センサーを小さくすることは欠点ですが、企業は画質を改善するために特定のことを行うことができます。

  • スマートフォンカメラビジネスの誰

人気のある方法の1つは、より大きなピクセルでセンサーを作成することです。これにより、より多くの光を取り込むことができます。ピクセルサイズはµm(マイクロメートル)単位で測定され、スマートフォンの世界では通常1.2µm〜2.0µmの範囲です。

HuaweiがP30 Proで導入したもう1つの興味深い方法は、従来のRGB(赤-緑-青)構成とは対照的に、RYB(赤-黄-青)センサーを使用することでした。黄色をキャプチャするフォトサイトに切り替えると、より多くの光をキャプチャできます。詳細については、専用の記事をご覧ください。

ユーザーとしては、優れたセンサーがノイズと粒子の発生を抑え、低光量性能を向上させ、色を強化し、ダイナミックレンジを改善し、画像を鮮明にすることに気付くでしょう。

ガラス/レンズ

スマートフォンの写真について話すとき、レンズは通常無視されます。これは、通常の写真撮影で最も重要なテーマの1つであることを考えると奇妙です。適切に設計された透明できれいなレンズは、より良い画像品質を提供します。

私たちは皆、広口径レンズについて聞きたいと思っていますが、これらにはリスクが伴います。

エドガー・セルバンテス

レンズも絞りを決定しますが、これは考慮すべき重要な要素です。私たちは皆、広口径レンズについて聞きたいと思っていますが、これらにはリスクが伴います。カメラのレンズは、光を適切に焦点合わせして収差を低減するように設計された複数の「補正グループ」から構築されています。安価なレンズはグループ数が少ない傾向があるため、問題が発生しやすくなります。ここでは、レンズの材質も重要な役割を果たします。高品質のガラスと複数のコーティングにより、補正が改善され、歪みが少なくなります。


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メーカーは通常、それらについて話さないため、スマートフォンのレンズがどれだけ良いか悪いかを伝えるのは困難です。ただし、スマートフォン業界では信頼できるブランド名がいくつかあります。ソニーとノキアはツァイスと協力し、ファーウェイはライカと協力します。これらのブランドは、高品質のレンズを提供することで有名です。

複数のカメラ

スマートフォンは以前は1台のカメラしか持っていませんでしたが、カメラを追加することが一般的になりました。現在、多くの携帯電話には2つまたは3つのカメラがあります。次に、Nokia 9 PureViewとその5つのシューティングゲームのようなクレイジーなものがあります。

より大きなセンサーやより高度なガラスを使用できない場合は、それらを多数用意することもできます。

エドガー・セルバンテス

電話機に複数のカメラを設置する理由はさまざまですが、写真のエクスペリエンスがより柔軟になります。 Huawei P30 Proを使用してください。汎用のメインカメラ、広角カメラ、有名な125mmペリスコープズームレンズを備えています。これにより、特定の状況で各カメラを使用できます。

マルチカメラのセットアップも計算写真で大きな役割を果たします。たとえば、Nokia 9 PureViewには3つのモノクロセンサー、2つのRGBセンサー、ToF(飛行時間)カメラがあります。これらのすべての画像は、すべてのショットで連携して機能し、最も詳細、色、光、奥行きの情報をキャプチャします。実際、このスマートフォンからのすべてのショットはHDR写真です。

より大きなセンサーやより高度なガラスを使用できない場合は、多数のセンサーを使用することもできます。これは、製造業者がスマートフォンによって提示される写真の制限を補う方法です。

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手ぶれ補正

スマートフォンのカメラは、光学式画像安定化(OIS)と電子式画像安定化(EIS)の2種類の画像安定化を使用します。電話に応じて、これらの機能がない場合、1つ、または両方ある場合があります。

画像安定化技術は、手ぶれを減らし、より滑らかでシャープなショットを提供することを目的としています。 OISは写真に適し、EISはビデオに焦点を合わせているため、理想的には両方を使用するオプションが必要になります。それらのいずれかを選択する必要がある場合、最良のオプションはOISです。

OIS

OISは、露出中のカメラのわずかな動きを補正します。一般的には、フローティングレンズ、ジャイロスコープ、小型モーターを使用します。これらの要素は、カメラや携帯電話の揺れに対抗するためにレンズをごくわずかに動かすマイクロコントローラーによって制御されます。電話が右に動けば、レンズは左に動きます。

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これは、すべての安定化がソフトウェアではなく機械的に行われているという事実のため、最良のオプションです。これは、プロセスで品質が失われないことを意味します。

EIS

電子画像安定化は、ソフトウェアを介して機能します。基本的に、EISが行うことは、ビデオをチャンクに分割し、前のフレームと比較することです。次に、フレーム内の動きが自然な揺れであるか不要な揺れであるかを判断し、修正します。

EISは通常、補正を適用するためにコンテンツの端からのスペースが必要なため、品質を低下させます。ただし、ここ数年で改善されています。スマートフォンEISは通常、ジャイロスコープと加速度計を利用して、精度を高め、品質の損失を減らします。最近のように、ソフトウェアがそれを殺している。

ピクセルビニング

おそらくこの言葉を聞いたことがあるでしょうが、それが何を意味するのか分かりません。重要なのは、ノイズを減らし、暗い場所で役立つことです。

ピクセルビニングは、4つのピクセルのデータを1つに結合するプロセスです。この手法を使用すると、0.9ミクロンピクセルのカメラセンサーは1.8ミクロンピクセルに相当する結果を生成できます。

最大の欠点は、ピクセルビニングショットを撮るときに解像度も4で割られることです。つまり、48MPカメラのビニングショットは実際には12MPです。

ピクセルビニングは通常、カメラセンサーでクアッドベイヤフィルターを使用することで可能になります。バイエルフィルターは、すべてのデジタルカメラセンサーで使用されるカラーフィルターで、ピクセルの上に座って、赤、緑、青の色で画像をキャプチャします。

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標準のBayerフィルターは、50%の緑色フィルター、25%の赤色フィルター、および25%の青色フィルターで構成されています。カラーのケンブリッジの写真リソースによると、この配置は緑色光に敏感な人間の目を模倣することを意図しています。この画像がキャプチャされると、補間および処理されて、最終的なフルカラー画像が生成されます。

ピクセルビニングを使用する携帯電話は多くありませんが、それはすばらしいおやつです。 LG G8 ThinQ、Xiaomi Redmi Note 7シリーズ、Xiaomi Mi 9、Honor View 20、Huawei Nova 4、Vivo V15 Pro、ZTE Blade V10などがあります。

オートフォーカス

スマートフォンカメラは通常、デュアルピクセル、位相検出、コントラスト検出の3種類のオートフォーカスシステムを使用します。最悪のものから最高のものまで順番に説明します。

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コントラスト検出オートフォーカス

これは3つの中で最も古いもので、エリア間のコントラストを測定することで機能します。エッジがよりシャープになるため、フォーカスされた領域のコントラストが高くなります。エリアが特定のコントラストに達すると、カメラはそのエリアに焦点が合っていると見なします。カメラが正しいコントラストを見つけるまでフォーカス要素を移動する必要があるため、これは古くて遅い手法です。

位相検出オートフォーカス

「位相」とは、特定のポイントからの光線がレンズの反対側に等しい強度で当たることを意味します。つまり、「位相が一致」します。位相検出オートフォーカスは、センサーのフォトダイオードを使用して位相差を測定します。次に、レンズのフォーカシング要素を動かして、画像に焦点を合わせます。本当に高速で正確ですが、多数のピクセルを使用する代わりに専用のフォトダイオードを使用するため、デュアルピクセルオートフォーカスに遅れをとっています。

デュアルピクセルオートフォーカス

これは、スマートフォンで利用可能な最高のオートフォーカス技術です。デュアルピクセルオートフォーカスは位相検出に似ていますが、センサー全体でより多くのフォーカスポイントを使用します。専用ピクセルに焦点を合わせる代わりに、各ピクセルは、レンズを移動する場所を計算するために微妙な位相差を比較できる2つのフォトダイオードで構成されています。サンプルサイズがはるかに大きいため、画像の焦点をすばやく合わせるカメラの能力も向上します。

オートフォーカスの速度はそれほど重要ではないと考える人もいますが、たとえばアクションショットを撮るときは大きな違いをもたらします。ほんの一瞬でも逃げる瞬間に貴重です。ぼやけた、半焦点の画像が好きな人はいません。

メガピクセル

メガピクセル数が多いほど良いですか?答えは、それは依存します。それはあなた自身のニーズと他の要因に依存します。

MPが多いほど良い

メガピクセルが多いほど、鮮明度が高くなります。必ずしも写真が良くなるとは限りませんが、より詳細になります。これは、より高いメガピクセルの画像がより多くのピクセルを処理し、したがってより多くのピクセルを使用できるため、切り抜きが好きな人にはうれしい扱いです。

また、画像のハードコピーを作成することに決めた場合、ピクセル数を増やすと印刷品質が向上する可能性があります。ただし、プリントが十分に大きい場合にのみ違いが生じます。ナイキストの定理は、意図した媒体の最大寸法の2倍で記録すると、画像がかなり良く見えることを教えてくれます。それを念頭に置いて、最高の結果を得るには5 x 7インチの印刷品質(300dpi)の写真を3,000 x 4,200ピクセルで撮影する必要があります。

MPが少ないほど良い

スマートフォンの写真を印刷することはめったになく死にかけている習慣なので、印刷能力を高めてもほとんどの人に違いはありません。画像ファイルを大きくすることで、貴重なストレージスペースを占有します。低電力デバイスで編集することは言うまでもなく、動作が遅くなる可能性があります。

また、小さなスペースでより多くのピクセルを使用すると、ピクセルが小さくなることに留意することも重要です。ピクセルが小さいほど、取り込む光が少なくなり、ノイズが多くなります。スマートフォンメーカーは、サイズと品質のバランスを見つけ、センサーを約12MPに保ち、ピクセルを拡大しているようです。

ただし、常に例外があります。明確な例は、48MPセンサーを備えたHonor View 20ですが、これはより大きな1/2インチセンサーでもあり、カメラはピクセルビニングを使用します。この場合、製造業者には、より高いメガピクセル数を使用し、それに応じてデバイスのハードウェアをセットアップする理由がありました。

ソフトウェア

少なくとも物理的には改善できない物理的な制限があります。少なくともそうではありません。スマートフォンのカメラハードウェアは台頭しており、最終的にメーカーは2〜5%優れたカメラを販売できなくなります。画期的なイメージング技術が現在の技術に置き換わるまで、これはコーディングの戦いになりました。

ハードウェアが提供できない場所では、ソフトウェアが救助に参加します。

エドガー・セルバンテス

ハードウェアが提供できない場合は、ソフトウェアが救助に参加します。計算写真を使用すると、携帯電話はあなたが何を撮影しているか、どこを撮影しているか、いつ撮影しているかを把握できます。この手法では、フレームを分析して、空をより青くしたり、暗闇でホワイトバランスを調整したり、必要に応じて色を強調したりするなど、決定を下すことができます。

ソフトウェアは、ポートレートモード、HDR、ナイトモードなどの複雑な機能も可能にします。これらのプロセスはすべて、特別な機器、時間、知識、および努力を必要としていました。現在、ソフトウェアはシューティングゲームから多くのうんざりする作業を取ります。複数のカメラを搭載した携帯電話のおかげで、ソフトウェアは複数の画像を取得し、それらを結合して単一の改善された写真を作成することもできます。

携帯電話はいつか、従来のカメラを凌ぐかもしれませんが、それはすべてソフトウェアのおかげです。ここでは氷山の一角に触れていますが、私たち自身のDavid Imelに計算写真とそれがすべてに革命をもたらす方法についての彼の考えをあなたに伝えることができます。

それで、あなたは何を探すべきですか?

これは多くの情報を取り込む必要があったため、良いスマートフォンのカメラを購入する際に何を探すべきかを簡単にまとめました。

  • 常に大きいセンサーが最適です。 1 / 1.7インチは、ほとんどのスマートフォンのカメラセンサーと同じくらいの大きさです。大きいですが、まれです。
  • 絶対に印刷する必要がある場合(または実際に大きな画像が必要な場合)は、メガピクセルを増やしてください。それ以外の場合は、大きなピクセルを優先するか、ピクセルビニングなどの手法を使用します。 ピクセルサイズはµm(マイクロメートル)単位で測定され、1.2µmを超えるものであれば問題ありません。優れたスマートフォンには少なくとも12メガピクセルが必要です。これは、オンラインでの使用や小さな画像の印刷に適しています。
  • レンズは非常に重要です。 情報はすぐに入手できるとは限りませんが、携帯電話に高品質のガラスが付いていることを確認してください。ライカやツァイスなどの有名ブランドと提携しているメーカーもあります。
  • 良いソフトウェアが鍵です。 研究ソフトウェアの機能強化。すべての製造業者はソフトウェアに対して異なるアプローチを取っているため、結果はさまざまです。サムスンは、高コントラストと飽和色で知られています。 GoogleのPixelデバイスには、高ダイナミックレンジ、自然な色、鮮明な画像を生成する優れたソフトウェアもあります。
  • デュアルピクセルオートフォーカスは、スマートフォンに最適です。 位相検出オートフォーカスも非常に優れていますが、少し遅くなります。

これらすべてのコンポーネントがこのような小さなスペースに収まると考えてください。スマートフォンのカメラは技術の真の驚異です。次に、これらすべての情報を取得し、スマートフォンの写真に関して、次のカメラ付き携帯電話がどこにあるかを調べます。

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