Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

Представьте, что возможности зеркальной камеры за несколько тысяч долларов смогут поместиться у вас в кармане, и даже возможно, что в качестве части вашего телефона. Это обещание, данное стартапом Light - инновационная архитектура массивной камеры. Через околомагическое вычислительное видение картины и хитрую комбинацию оптического, сенсорного и механического дизайна, Light верит, что сможет поставить 52MP камеру в устройство такой же толщины, как смартфон в чехле уже к следующему году. Обещается низкий уровень шума, высокое качество изображения, и даже возможность зума. Когда мы впервые освещали их заявление несколько недель назад, было трудно прикинуть их реальные возможности. С тех пор, было много тестов с командой разработчиков, особенно много информации предоставил главный инженер команды, Раджив Лароя. Теперь мы можем предоставить вам более глубокий анализ того, что Light планируют осуществить, и почему они полагают, что добьются успеха там, где другие сдались.

Модуль камеры Light: обзор.

Light собирается использовать массив маленьких камер (очень похожих на те, что встроены в большинство современных смартфонов) для имитации одной большой. Путем точного выравнивания и калибровки отдельных камер, их изображения могут быть объединены для получения одного изображени очень высокого качества. Имея несколько камер с возможностью широкоугольной съемки, и несколько телефото объективов, можно получить оптический зум. Поместив телефото линзу на правильную сторону, модуль может остаться почти таким же тонким, как обычная камера в смартфоне. Наконец, имея приводные зеркала на объективах, можно направлять их в определенный участок широкоугольного кадра, чтобы повысить возможность масштабирования на промежуточных фокусных расстояниях. Все это опирается на множество серьезных постфактум вычислений, но поскольку конструкция модуля включает традиционные сенсоры камер, изображение обычного качества будут доступны в любое время и мгновенно. Теперь, когда мы видим очертания, давайте бросим более проницательный взгляд на эту технологию.

Преодоление невозможного: низкий уровень шума с маленькими сенсорами.

Если вы спросите любого человека, который занимается фотографией, он вам объяснит, что огромное преимущество камер с большими сенсорами в больших пикселях, что в свою очередь обеспечивает низкий уровень шума. Это работает благодаря тому, что каждый пиксель (или фотозит), это, по сути, захваченный фотон во время экспозиции камеры. В связи с природой света, не каждый фотон проходит именно там, где, по-вашему, он должен проходить, потому определенное их количество создает шум. Чем больше отсеки, тем лучше спектр между фотонами, которые находятся на своих местах (сигнал), и теми, что отклонились (шум). Камера смартфона обладает практически невозможно мелкими пикселями, которые буквально размером в 1 микрон.  Для сравнения, флагманская полнокадровая зеркальная камера может иметь пиксели размеров 6-8 микрон на сторону, таким образом, предоставляя в 50 раз более качественный сбор фотонов на пиксель.

Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

С другой стороны, модуль Light представляет собой обьединение из гибких проводов, исходящих от кучи маленьких камер, прикрепленных к жесткому шасси.

Технический директор Light, Раджив Лароя объясняет, что задействовав десять или больше маленьких датчиков, в качестве частей одного большого сенсора, модуль камеры Light может складывать вместе все фотоны, которые достигли определенного места в каждом из сенсоров, таким образом, имитируя большие ячейки. Складывая сигнал, отношение сигнала к шуму значительно возрастает. Как и во многих решениях крупных проблем Light, эта стратегия имеет смысл, но ровно до тех пор, пока Light не покажет, что на самом деле может получить достаточно точное выравнивание в производственном модуле, и что другие факторы конструкции не приведут к увеличению шума. А до тех пор, будем ждать, и надеяться на лучшее.

Секрет массивной камеры Light.

Light - непервая компания, которая пытается заменить камеру в смартфоне массивом маленьких сенсоров. Самое запоминающееся, Pelican Imaging несколько лет работала над камерой на базе массива сенсорных модулей. Выход на рынок был отложен из-за вычислительной мощности, необходимой для создания конечного изображения с нескольких монохромных сенсоров. Такая же проблема затруднила выход на рынок альтернативных архитектур камерных новаторов Foveon и Lytro. Что делает архитектуру Light отличительной, и дает ей потенциально огромное преимущество, так это то, что большинство их маленьких камер делают практически идеальный снимок. Это означает, что LCD-экран вполне спокойно покажет предпросмотр в реальном времени без дополнительной обработки, а картинки и видео веб-качества будут доступны мгновенно. Создание высококачественных изображений может быть отложено до тех пор, пока будет время и нормальное питание. Или составные части можно просто залить на облако, и открыть позже.

Как Pelican, Light увлечен креативными возможностями комбинирования различных видов сенсоров для решении конкретной проблемы в работе с изображениями. Сочетание некоторых "белых" сенсоров для низкого уровня освещения с цветными сенсорами - лишь одна возможность. Как и использование разными камерами разных фокусов для улучшения динамического диапазона изображений. Каждый из этих подходов сокращает число доступных обычных изображений, а потому, можно ожидать, что первоначальная конструкция модуля Light будет несколько консервативной, оставляя эксперименты на потом.

Хитрый способ имитации зума.

Light также придумали очень хитрый способ имитировать возможность зума, используя массив с фиксированным фокусным расстоянием (первичной) линзы. Его массивы оснащены широкоугольным и телеобъективом (планируется использовать 35мм и 70мм линзы в первой версии, размером со смартфон) в конфигурации перекрытия. Телефото линзы крепятся в боковую панель модуля, чтобы сократить толщину до минимума, и обеспечить использование маленького зеркала для наведения телефото линз на разные части широкоугольного захвата.

Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

Light использует перекрывающиеся поля зрения, чтобы эмулировать однообъективный оптический зум. Зеркала перемещают несколько 70мм линз для создания перекрывающихся полей зрения и обеспечения эффективного фокусного расстояния между 35мм и 70мм. 35мм линзы обеспечивают широкое поле зрения изображения, чтобы помочь в выравнивании телефото изображения.

Так, например, чтобы сделать 70мм изображение, все четыре телефото линзы должны быть направлены на центр широкоформатного изображения, создавая четыре ровных изображения на 70мм. Для промежуточного фокусного расстояния, например, 50мм, зеркала будут двигать телефото линзы наружу примерно до половины, в сторону края широкоугольного поля зрения, как несколько грубо изображено на схеме выше. Такая конфигурация дает гибридный образ, с комбинацией всех участков изображения с телефото и широкоугольных линз. Широкоугольное изображение помогает обеспечить фон для выравнивания телефото изображения. Не удивительно, что Light не единственная компания, которая нацелена на использование зума в смартфонах. Еще один стартап, Dynaoptics, собирается добавить эту возможность наложением маленькой зумовой линзы на основную, и изменением механизма, необходимого для увеличения. Только так, чтобы он был достаточно мал, чтобы поместиться в рамки толщины смартфона.

Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

Здесь тоже, очевидно, Light раскусили этот орешек, и пришли к хитрому решению. Однако, на практике Light придется преодолеть технические проблемы, которые могут сделать идеальное выравнивание ужасно сложным. Например, почти все тепловизоры смартфонов используют роллеты (при этом все изображение не обрабатывается одновременно). Объединение нескольких изображений, снятых роллетным затвором, добавляет еще набор проблем. Кроме того, каждая линза смартфона обладает немного иными физическими свойствами, что значит, что каждая из них может выдать немного другой цвет затенения. Это может быть скорректировано, но, как правило, изображения не укладываются вплотную друг к другу, и объединяются так, как планировал Light, так что его приложение будет заниматься выравниванием и калибровкой технологии до упора.

DARPA такое уже сделали, но гораздо дороже.

Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

Идея комбинирования нескольких камер в камере смартфона для получения супер-камеры - не новинка. DARPA созало камеру наблюдения из 368 5MP камер смартфонов, которые могут покрыть четырехмильную зону, при этом захватывать объекты размером с птицу в полете. Его ARGUS-IS, с суммарным разрешением 1.8 гигапикселя, разработана для размещения под вертолетом. Как только модули Light попадут на рынок, будет очень интересно посмотреть, что будет делать подобный, но более масштабный, модульный проект. Лароя объяснил, что одной из причин такого рода решений является то, что маленькие, пластиковые линзы, используемые в мобильных устройствах, могут быть переплавлены в почти произвольную форму, так что можно создать гораздо меньшие элементы с низким уровнем искажения, которые можно объединить с большими компонентами объектива зеркальной камеры. Это, конечно, идет вопреки противоречивому мнению, что линзы смартфонов уступают их более крупным сородичам. Но гуру камерных массивов Харлин Бейкер подтвердил, что это не всегда так.

Так что если я уроню свой телефон?

Все создатели 3D камер знают, что для точной юстировки требуется несколько тепловизоров для создания приемлемого изображения. Light немного упростил вопрос, используя только светосильные линзы, так что совсем необязательно синхронизировать зум, но нужно много модулей, чтобы контролировать его. Модули Light уже с завода придут откалиброванные, используя довольно простой шаблон выравнивания, основанный на шахматнице. Модули разработаны для обнаружения необходимости повторной калибровки, так что пользователь сможет ориентироваться в процессе. Это не сложней, чем современная настройка микрофокуса в зеркалке последнего поколения, так что для серьезных фотографов, цена будет не сильно кусачей. Чтобы свести к минимуму необходимость повторной калибровки, Light крепит камеры на жесткой металлической пластине.

Это супер-телефон или супер-камера?

Как Light планирует сделать карманную зеркалку в вашем смартфоне

Light явно ориентируется на рынок смартфонов последнего поколения, разрабатывая свою продуктовую стратегию. Компания заявила, что производство гиганта Foxconn будет использовать их модуль камер в новой модели смартфонов. Команда приводит убедительные аргументы в защиту того, что компании-владельцы самых свежих моделей смартфонов постараются снабдить их самыми крутыми камерами, потому Light добавляет $60-80 к конечной стоимости (в итоге примерно $150-200). Исполнительный председатель Qualcomm, Пол Джейкобс, является членом совета директоров и инвестором, потому компания явно имеет связи с нужными людьми в отрасли поставок, которые могут помочь воплотить в жизнь планы по использованию таких камер.

Тем не менее, многие фотографы будут заинтересованы в не-смартфонных версиях устройства. Спрос на мгновенные камеры продолжает расти, а зеркальные и беззеркальные камеры уже не могут удовлетворить все нужды покупателя. Но они все еще продают около 100млн. камер каждый год. Что если кто-то создаст камеру, которая будет стоить $400, и сможет заменить те, что по $1000-2000, и при этом помещается в карман? У нее будут элементы управления, как в настоящей камере (то, чего нет в смартфонах), разъем для микрофона, хорошая вспышка, и встроенный видоискатель. Light даже сделали более крупный прототип, с возможностью зума до 150мм, которого достаточно для большинства нужд фотографии. Воссоздание эффектов глубины и боке, которые получаются с более крупными сенсорами, будет даваться непросто, но Light утверждает, что существуют заготовки решения и этих проблем. Иными словами, это может стать удивительной камерой для серьезных фотографов, а не только особенностью продвинутых смартфонов. В любом случае, многие с нетерпением ждут фото-устройство Light, которое должно появиться на свет в 2016.

Система Orphus
comments powered by Disqus
 
Top