🧔🏾 👃🏽 🔞 Die Entwicklung des mobilen Autofokus: vom Kontrast zum Doppelpixel 🚁 👨🏼‍🎨 🧜🏽

Hallo Giktayms! Bei Aufnahmen mit einem Smartphone (und nicht nur) ist es sehr wichtig, dass die Fotos scharf und klar sind. Dazu muss das Motiv des Bildes scharfgestellt sein, bevor Sie auf die Schaltfläche "Foto aufnehmen" klicken. In letzter Zeit haben viele Smartphone-Hersteller daran gearbeitet, die Autofokus-Technologie zu verbessern, und heute werden wir die Vor- und Nachteile der einzelnen und ihre Unterschiede untersuchen. Wie immer alle Details unter dem Schnitt.

Bei der Auswahl eines Kamerahandys achten viele auf die Anzahl der Megapixel - sie sagen, wer mehr davon hat, ist cooler. Oft ist es jedoch wichtiger und nützlicher, andere Faktoren zu betrachten, die einen ebenso schwerwiegenden Einfluss auf die Qualität von Fotos haben. Darunter befindet sich der Autofokus-Typ der Kamera des Smartphones. Apple, Samsung, LG und andere Hersteller sind jetzt aktiv in diesen Bereich eingestiegen, und viele haben es wirklich geschafft, deutlich voranzukommen.

Was ist Autofokus und warum brauchen wir ihn?

Mit dem automatischen Fokussiersystem der Kamera wird das Objektiv so eingestellt, dass es direkt auf das Motiv fokussiert, wodurch der Unterschied zwischen einer klaren Aufnahme und einer verpassten Gelegenheit sichergestellt wird.

Vereinfacht ausgedrückt besteht das Funktionsprinzip der Kamera darin, dass Lichtstrahlen von fotografierten Objekten reflektiert werden und dann auf einen Sensor fallen, der den Photonenfluss in einen Elektronenfluss umwandelt. Danach wird der Strom in einen Satz von Bits umgewandelt, die Daten werden verarbeitet und im Speicher der Kamera aufgezeichnet. CMOS-Sensoren sind heute besonders bei Smartphone-Herstellern beliebt, die die Ladung direkt im Pixel in Spannung umwandeln und anschließend direkten Zugriff auf den Inhalt eines beliebigen Pixels ermöglichen.

Theoretisch funktioniert alles so: Linsen fokussieren das Licht auf den Sensor, der Sensor erstellt dann ein digitales Foto.

In Wirklichkeit ist nicht alles so einfach. Der Winkel des einfallenden besseren Lichts hängt von der Entfernung ab, in der das Motiv fotografiert wird. Das folgende Diagramm zeigt die Linsen, die die Lichtstrahlen auf ein blaues Objekt fokussieren: Die grünen und roten Objekte sind unscharf und werden im endgültigen Bild unscharf. Wenn wir auf ein grünes oder rotes Objekt fokussieren möchten, müssen wir den Abstand zwischen den Linsen und dem Sensor ändern.

Zu Beginn der Kameraindustrie hatten die meisten Geräte einen festen Fokus. In modernen Smartphones ist es möglich, den Abstand zwischen den Objektiven und dem Sensor einzustellen. So erhalten Sie hochwertige Detailbilder. Für die Implementierung des Autofokus in Smartphones werden hauptsächlich drei Methoden verwendet: Kontrast, Phase und Laser.

Kontrast Autofokus

Der Kontrast-Autofokus bezieht sich auf einen passiven Autofokus. Bisher wird diese Lösung in den meisten Smartphones verwendet - vor allem, weil sie eine der einfachsten ist. Mit dem Sensor wird die Lichtmenge auf dem Objekt gemessen, wonach das Objektiv je nach Kontrast bewegt wird. Wenn der Kontrast maximal ist, ist das Motiv scharfgestellt.

Im Allgemeinen kommt der Kontrast-Autofokus seiner Aufgabe recht gut nach und hat ein großes Plus - er ist recht einfach und erfordert keine komplexe Hardware für seine Arbeit.

Aber er hat mehrere Nachteile. Insbesondere ist der Kontrast-Autofokus langsamer als der Rest - normalerweise dauert es ungefähr eine Sekunde, um sich auf das Motiv zu konzentrieren. Während dieser Zeit möchten Sie möglicherweise ein Bild aufnehmen, oder der Moment wird verpasst, wenn Sie beispielsweise ein sich schnell bewegendes Objekt aufnehmen möchten. Dies liegt daran, dass der Löwenanteil der Zeit mit dem Prozess „Verschiebung des Fokuspunkts / der Linsen der Linse - Kontrastbewertung - Verschiebung - Kontrastbewertung“ belegt ist. Darüber hinaus kann der Kontrast-AF den Fokus nicht verfolgen, und bei schlechten Lichtverhältnissen ist es unwahrscheinlich, dass er Sie beeindruckt. Daher wird diese Art von Autofokus derzeit hauptsächlich in preisgünstigen Smartphones wie Lenovo A536 , ASUS Zenfone Go und anderen verwendet.

Phasen-Autofokus: eine schnelle und fortschrittliche Alternative

Einer der Pioniere hier war Samsung, das Technologie von digitalen Spiegelreflexkameras entlehnte und sein Galaxy S5-Smartphone mit Phasen-Autofokus ausstattete. Unter dem Strich werden in diesem Fall spezielle Sensoren verwendet - sie erfassen den durchgelassenen Lichtfluss von verschiedenen Bildpunkten mithilfe von Linsen und Spiegeln. Innerhalb des Sensors wird das Licht in zwei Teile geteilt, von denen jeder in den überempfindlichen Sensor eintritt. Der Abstand zwischen den Lichtströmen wird vom Sensor gemessen. Anschließend wird festgelegt, wie viel Sie zum genaueren Fokussieren des Objektivs bewegen müssen. Beispielsweise benötigt das Samsung Galaxy S5 nur 0,3 Sekunden, um sich auf das Motiv zu konzentrieren.

Visuell wird das Prinzip des Phasen-Autofokus-Betriebs unten dargestellt.

Der erste und wichtigste Vorteil des Phasen-Autofokus besteht darin, dass er viel schneller als der Kontrast ist. Er ist einfach ein Muss für die Aufnahme von sich bewegenden Objekten. Zusätzlich kann die Kamera die Bewegung des Objekts mithilfe von Sensoren auswerten, von hier aus haben wir die Möglichkeit, den Autofokus zu verfolgen.

Es gibt aber auch Nachteile. Der Phasen-Autofokus funktioniert ebenso wie der Kontrast bei schlechten Lichtverhältnissen nicht sehr gut. Es erfordert auch leistungsfähigere Hardware, weshalb es normalerweise in High-End-Smartphones verfügbar ist. Unter ihnen sind Huawei Honor 7 , Sony Xperia M5 und Samsung Galaxy Note 5 , die übrigens in M. Video zu finden sind.

Einige Hersteller gingen noch weiter und entschieden sich für die Verwendung des Laser-Autofokus in Smartphones (dazu später mehr), während andere sich aktiv mit der Verbesserung der Technologie des Phasen-Autofokus befassten. Zum Beispiel verwendet Apple die sogenannten "Fokuspixel" in seinem iPhone 6s und iPhone 6s Plus - das Fazit ist, dass die Technologie einen Teil der Pixel als Phasensensor verwendet und das Aufnehmen auf Apples Smartphones sehr schnell ist. In der Tat ist dies die gleiche Phase Autofokus, hier müssen Sie bereits Vermarkter Tribut zollen.

Die Dual-Pixel-Technologie, die Samsung in seinen Smartphones Galaxy S7 und Galaxy S7 Edge verwendet, unterscheidet sich jedoch erheblich von der Phasenfokussierung in den Kameras anderer Smartphones. Obwohl es sich um eine Art Phasen-Autofokus handelt, weist es dennoch einige Unterschiede und Feinheiten auf. Bei Smartphones ist der Phasen-Autofokus etwas eingeschränkt. Um jedem Pixel einen Fokussensor zuzuweisen, müssen Sie ihn stark reduzieren. Daher erhalten wir Rauschen und verschwommene Fotos. Normalerweise sind etwa 10% der lichtempfindlichen Punkte mit Sensoren ausgestattet, einige Hersteller gehen jedoch nicht über 5% hinaus.

Bei Dual Pixel ist jedes Pixel aufgrund der Zunahme der Pixelgröße mit einem separaten Sensor ausgestattet. Der Prozessor verarbeitet die Messwerte jedes Pixels, jedoch so schnell, dass der Autofokus immer noch Zehntelsekunden dauert. Laut Samsung ist die Dual-Pixel-Technologie wie das Fokussieren mit dem menschlichen Auge, aber dies ist wieder ein Marketing-Trick.

Dennoch ist es notwendig, die Innovationskraft dieses Ansatzes zur Phasenautofokussierung in modernen Smartphones zu erkennen. Jetzt ist es ein echtes Exklusiv für das Galaxy S7 und das Galaxy S7 Edge .

Laser-Autofokus: der aktivste

Wie die Phase bezieht sich der Laser-Autofokus auf den aktiven Typ des Autofokus. LG ist seit langem in diesem Bereich tätig und hat erstmals einen Laser-Autofokus in sein G3-Smartphone integriert. Die Technologie basiert auf dem Prinzip eines Laser-Entfernungsmessers: Ein Laseremitter beleuchtet das Objekt und der Sensor misst die Entfernung zu ihm und die Ankunftszeit des reflektierten Laserstrahls.

Einer der Hauptvorteile dieses Autofokus ist die Zeit. Wie in LG heißt es, dauert der gesamte Autofokus mit einem Laser 0,276 Sekunden. Deutlich schnellerer Kontrast-Autofokus und etwas schneller als die Phase.

Ein offensichtliches Plus des Laser-Autofokus ist, dass er unglaublich schnell ist und bei schlechten Lichtverhältnissen eine gute Leistung erbringt. Es funktioniert jedoch nur in einer bestimmten Entfernung - der beste Effekt wird erzielt, wenn die Entfernung vom Smartphone zum Objekt weniger als 0,6 Meter beträgt. Und nach fünf Metern - Hallo, Kontrast-Autofokus.

Laser-Smartphones sind überwiegend mit LG-Smartphones ausgestattet - zum Beispiel LG G4 . Es gibt jedoch Ausnahmen: den gleichen One Plus 2 oder Asus Zenfone 2 Laser . Letzteres hat jedoch alles klar aus dem Namen, und der Preis ist für eine solche Reihe von Funktionen attraktiv.

Doppelkamera: mutig, aber nicht jeder versteht

Irgendwann erkannten die Hersteller, dass es notwendig war, etwas Außergewöhnliches außerhalb der Phase oder des Laser-Autofokus zu tun. So entstanden zwei Kameras: Um klare Bilder zu erhalten, werden nicht nur eine, sondern zwei Objektive gleichzeitig verwendet. Während eine Kamera mit festem Fokus entfernte Objekte aufnimmt, fokussiert die andere auf Objekte in der Nähe.

Ein wichtiger Vorteil der Doppelkamera ist die Möglichkeit, schnell ein Bild aufzunehmen und später zu fokussieren, genau wie bei der Lytro-Kamera. Wenn wir jedoch von einem genaueren Fokus sprechen, verliert die Doppelkamera hier deutlich den Phasenfokus.

Bisher sind nicht viele Smartphones auf dem Markt mit einer Doppelkamera erhältlich - dies sind Geräte von HTC (z. B. One M9 + ), Honor 6 Plus und anderen. Gerüchten zufolge wird Apple in seinem neuen iPhone eine Doppelkamera verwenden.

Die Infrarot-Autofokus-Technologie, die Lenovo letztes Jahr auf der MWC gezeigt hat, funktioniert im Wesentlichen wie Laser-Autofokus, ist jedoch in der Geschwindigkeit etwa doppelt so schnell wie der Kontrast. Sie können es am Beispiel von Lenovo Vibe Shot testen .

Was soll ich wählen?

Da jeder ein Smartphone für seine Bedürfnisse auswählt, ist es schwierig, für jeden etwas zu empfehlen. Jemand ist begeistert von Huaweis Autofokus, der nach der Aufnahme konfiguriert wird, während andere das Dual Pixel als optimal betrachten. Wenn Sie es als Ganzes betrachten, ist der Autofokus im Moment die richtige Lösung für die meisten Flaggschiffe, und die Hersteller beweisen uns dies ständig.