Давно, давно не занимался я физикой. Точнее, занимался, но на очень простом уровне, буквально первый курс. Лишь исключительно благодаря компании Nokia пришлось повспоминать её, родимую. Итак, всё началось очень просто. В новых телефонах финского производителя стоят высокомногопиксельные фотомодули, не снабженные автофокусом. На практике это приводит к тому, что новые нокии проигрывают в макросъёмке моему довольно неновому асеру, который уверенно фокусируется с десяти сантиметров. Камеры нокий обеспечивают резкость выводимого изображения с пятнадцати сантиметров, для чего модули оснащены технологией EDoF (Extended Depth of Field — Расширенная Глубина Резко Изображаемого Пространства), таким образом достигается низкая цена модуля при достаточно приемлемых пользовательских характеристиках. На этом ограничивалась доступная мне информация на русском языке. Немного ПыАра, немного ругани, госпожа Павлинова заявила в твиттере, что такие камеры не смогут работать с QR-кодами (непонятно почему, асер с 20 см. прекрасно распознаёт такие коды с монитора), обзоры телефонов запестрили новой аббревиатурой. Однако, мне нигде не удалось найти вменяемого описания технологии на русском языке. Пришлось засучить рукава и отправиться читать Сеть. Вот, что мне удалось вызнать…
В обычном модуле камеры без автофокуса используется т.н. фокусировка на бесконечность: благодаря малой апертуре (то есть сильно закрытой диафрагме) глубина резко изображаемого пространства (ГРИП) велика, начинается на большом расстоянии от объектива (линзы) и простирается до бесконечности. Для получения резких изображений используется автоматическая фокусировка (по контрасту изображения), заключающаяся в перемещении линзы относительно светочуствительной матрицы. Эти вещи знает любой фотограф, всё довольно просто. Самое главное — на матрице у нас получается резкое изображение, которое мы транслируем дальше для постобработки (задрать цвета, яркость, контраст и т.п гадкие вещи, что бы потребитель порадовался вырвиглазной картинке). Не так работает матрица, построенная по принципу EDoF. Для начала для удешевления мы выкидываем механическую систему автофокуса (а заодно и избавляемся от необходимости оценивать ширину линий контрастных переходов) и возвращаемся в камере с фиксированным фокусом. На входе у нас изображение, которое «мылит» с расстояния сантиметров, к примеру, шестьдесят. То есть, светящаяся точка, расположенная в полуметре от телефона выглядит, как пятнышко с ярким центром и размытыми краями. То есть, можно каждому такому пятнышку сопоставить точку. Вообще-то это пятнышко «бесконечно» большое, но его края тускнеют быстро, и в скорости их яркость становится сопоставимой с уровнем шумов матрицы (а шумят маленькие матрицы будь здоров). Если у нас два точечных источника света, то мы можем вычислить их положение анализируя картинку наложения двух пятен, довольно точно определяя их исходные координаты по максимумам яркости. Любая картинка может быть представлена в виде суммы большого количества точечных источников света, и тогда на выходе несфокусированной матрицы мы будем иметь большое количество пятен, пригодных для анализа. С математической точки зрения речь идёт о том, что бы записать в общем виде реакцию линзы на импульсный (с большой амплитудой и малой длительностью) сигнал в виде яркой точки. Имея такую передаточную функцию можно по пятнам на сенсоре восстанавливать исходное изображение, что собственно и делается в EDoF фотомодулях. На сколько я понял, сырой сигнал с матрицы в них всегда несфокусированный и проходит обязательную обработку в специальном процессоре, который восстанавливает «картинку» из «пятен». Чем-то этот процесс похож на фильтр в графическом редакторе, который используя матричные вычисления восстанавливает форму объекта из слегка размытой картинки (sharpen). Ограничивают нас в данном случае два параметра матрицы, это её собственные шумы (которые растут с прогревом, как следствие, при длительной съёмке можно ожидать потери фокусировки на ближних объектах), и динамический диапазон, который отчасти «противостоит» шумам. Так же, слишком близкие объекты будут давать на конечной в пространстве матрице слишком большие пятна со слишком малыми перепадами яркости к краю. Тут становится особенно важным диапазон матрицы. Кстати, мне не совсем понятно, каким образом не происходит маскировка одной неяркой точки между двумя яркими, как мне кажется, с микроконтрастом у таких картинок будет не всё в порядке…
Ну, отсюда вытекают плюсы и минусы технологии:
1. низкая цена, надёжность и простота, возможность коррекции линзы путём внесения её неидеальности в передаточную функцию.
2. Невозможность макросъёмки, невысокая контрастность фотографий (усугубляемая дешевыми линзами), невозможность игры с глубиной резкости для визуального отделения объекта съёмки от фона.
Я буду рад, если эти мои ночные размышления над английскими пресс-релизами технологии EDoF были бы дополнены чьими-то ещё, как мне кажется, в этой технологии заложен большой потенциал.
З.Ы. Кстати, тестовые фотографии с Nokia E5-00 мне совершенно не понравились, они неконтрастные, нерезкие, с хроматическими аберрациями. Ждём образцов с других модулей (8 и 12 Мп), но, подозреваю, дело тут уже не в мегапикселях.
Filed under: Анонимные аналитики