Почему камеры iPhone становятся толще каждый год. И Apple не может остановиться

Павел Телешевский avatar | 27
FavoriteLoading В закладки
Почему камеры iPhone становятся толще каждый год. И Apple не может остановиться

За неделю до презентации iPhone 13 Джон Проссер думал, что слил дизайн iPhone 14 Pro Max. Якобы у того исчезнет вырез, корпус будет переосмыслением iPhone 4, а блок камер будет вровень с задним стеклом.

На самом деле нас ждёт внешний вид iPhone 12 и 13 за исключением того, что выступ станет ещё крупнее и выше, занимая больше половины ширины модели Max.

Ниже расскажу про массу причин, по которым Apple вынуждена крепить разрастающиеся модули на свои самые «статусные» модели, и пойдёт ли дизайн когда-нибудь в обратную сторону.

Камеры, экран и время работы как топ приоритетов

Первое, на что делает упор Apple на своём сайте это уровень съёмки смартфона. В этом деле инженеры компании добились выдающихся результатов, но и в Samsung, Xiaomi, Google и One Plus не отстают.

Отсюда появляются вторые, третьи, четвёртые камеры, умные алгоритмы, отдельные фотографические сопроцессоры, специальные режимы съёмки и фильтры.

В тему:
Как изменилась ночная съёмка за 5 лет на айфон. Сравниваем вечернюю Москву на iPhone 7 против iPhone 13 Pro
Сфотографировали осень на iPhone 13 Pro Max и Samsung Galaxy Fold3. Вот это разница!
Сравнил фото на народный iPhone SE и топовый iPhone 12 Pro Max. Для этого заехал в Питер

Хорошие прочтения наших сравнений камер между разными смартфонами доказывают эту закономерность. Людям нужно чётче, шире, ярче, контрастнее.

И Apple не обманывает, когда действительно улучшает эти параметры каждый год.

Но вот ценой этого становится разрастающийся блок оптики по всем возможным параметрам.

Объективы длинные, потому что подчиняют себе свет

Современные камеры зависят от двух составляющих: матрицы и объектива. Матрица превращает свет в изображение, а объектив этот свет до неё доставляет. Сенсор не может обойти без помощи, поскольку свет будет рассеянным, и ничто не сфокусирует его на нужную площадь. Получится белое или при достаточно короткой выдержке размытое фото.

Чтобы фотоны долетели до камеры правильно, их нужно направить под правильным углом. И тут начинаются сложности из-за особенностей искажения света.

Поскольку свет, проходя через линзу, в одном месте идёт стройным потоком, а в другом «разбегается» в разные стороны, его необходимо собирать обратно. Более того, иногда он начинает разлагаться на свои производные, разноцветные потоки из красного, зелёного, синего и их смесей.

Неправильная конструкция может вызвать:
• Расфокусировку по краям кадра
• Цветные окантовки вокруг силуэтов
• Искажение пропорций
• Засвет в центре и затенение по краям (виньетирование)
• Низкая чёткость любой текстуры.

Высококлассные объективы избегают этих проблем, потому что для них формируют широкий набор линз разной выпуклости и дорогие сплавы прозрачных стёкол.


Не совсем правильная схема. Лучи справа должны были на противоположной стороне поменяться местами: нижний оказывается вверху и наоборот

Логика такая. Свет попадает на первую выпукловогнутую линзу (1) с большой кривизной и резко устремляется к центру, вторая менее выпукловогнутая линза (2) собирается этот свет и с чуть меньшей кривизной направляет двояковыгнутое стекло (3), которое рассеивает этот свет в разные стороны, чтобы скорректировать расходящиеся на разные углы волны красного, синего, зелёного и других цветов.

Плоско-выпуклая линза (4) с одной стороны поглощает весь этот пучок, отдаёт его уменьшенной плоско-выгнутой линзе (5) для дополнительной коррекции, а та прямым потоком подаёт в область диафрагмы.

Теперь свет переходит в «отсек» с зафиксированными линзами, которые доводят лучи до матрицы уже по заготовленному алгоритмы. Ввернутая в обратную сторону плоско-выпуклая линза (6) распространяет свет в разные стороны, плоско-вогнутая (7) корректирует аберрации и направляет свет в выпуклую линзу (8), которая передаёт изображение в тех пропорциях, которые подходят под размер матрицы.

И вот таких комбинаций для разных целей очень много в зависимости от прозводителя, размера, материалов и конечного результата. Подробнее о принципе и различиях можно почитать тут.


Изображение на краях линзы искажается, нужно компенсировать. Это называется хроматической аберрацией

wp-image-1133540wp-image-1133541wp-image-1133539

Примеры хроматической аберрации. Лого ТикТока – оно самое

С цветовыми абберациями сложностей больше всего, поскольку свет в зависимости от волны имеет разный цвет. Проходя через матрицу он, он расщепляемся (вспоминаем призму и дисперсию света.

Система оптики из нескольких элементов нужна как раз для того, чтобы сконцентрировать пролетавшие в одном месте волны света одним единым пучком.

Как видите, избежать длинных больших «бабин» перед матрицами невозможно. Но почему тогда на смартфонах они, во-первых меньше, а во-вторых, раньше вообще были вровень с корпусом?

Линзы смартфонов делают из пластика. Они меньше и дешевле

Ни один производитель камер для телефонов не использует линзы из стекла, даже Apple. Телефоны могут уронить, для стабилизации камер используют магниты, места мало. Поэтому вопрос хрупкости, веса и размера решают пластиком.

Например, хороший сменный широкоугольный объектив стоит около $500, а весь модуль вместе с матрицей, стабилизацией и оптикой обходится Apple не больше, чем в $5.

Как видите в схеме ниже, элементы расположены максимально близко друг другу и выглядят иначе. Самый близкий имеет форму застывший глади воды, в которую только что попала капля.

Плотность высокая, лишнего пространства для оптического приближения нет, но меньший размер матриц убирает многие проблемы.

Свет на небольшой площади не успевает исказиться так же, как с DSLR-камерами, поэтому нужно меньше элементов, их проще регулировать.

Из-за небольшого пространства достаточно и прозрачных свойств пластиковых линз. Точной калибровки изгиба хватает, чтобы отрегулировать уменьшавшееся количество аберраций.

Вот тут можно подробнее узнать о том сплаве пластика, который используют для линз в смартфонах.

Но раз в телефонах матрицы маленький, почему объективы всё равно становятся больше? Потому что матрицы растут.

Apple (и вообще все) постепенно увеличивает размер матриц

В смартфоне есть три камеры, и две из них участвуют в текущий маркетинговой гонке.

Телефото должна снимать всё дальше, потому что людям нравится видеть чётко снятые предметы вдалеке.

Основная камера должна показывать максимум деталей. Начиная с iPhone 6S вплоть до iPhone 13 Pro (Max) количество пикселей оставалось неизменным (12 МП), но их размер рос. Это так же позволяло выдавать более яркие фото и расширять динамический диапазон.

Но, чем больше матрица, тем крупнее для неё должен быть объектив, если производитель хочет сохранить угол охвата фото. В последние году у Apple он равен 26, хотя первый iPhone фотографировал с охватом в 35 градусов, то есть в кадр попадало намного меньше с той же точки съёмки. А это значит, что постепенно компания наращивала и эту характеристику.

Более того, показатель светосилы тоже менялся, за десять лет он увеличился с f/2.8 в iPhone 4 до f/1.5 в iPhone 13 Pro (Max). Для увеличения этого показателя нужно расширять объектив.

Начиная с прошлого года Apple заменила стабилизацию изображения с оптической на сенсорную, а это требует расположения больших магнитов на площадь в 4 раза больше самой матрицы.

Эти четыре фактора сказываются на общем объёме основного модуля. Ради улучшения характеристик Apple не выдержала борьбы с законами оптики, поэтому сделала шире и длиннее блок.

Но именно из-за телефото блок камер так сильно торчит.

Модуль с оптическим приближением длиннее всех

Если сравнить размеры камер на iPhone 12 и iPhone 12 Pro, то будет заметна разница в их толщине, а ведь это одно поколение. Добавьте туда 12 Pro Max, и удивитесь ещё сильнее.

Чтобы камера снимала далёкие объекты, линзам нужно собирать данные небольшого участка и выжимать из него всю детализацию. Для этого используются стёкла с меньшей кривизной, что закономерно увеличивает расстояние между ними.

Камеры одним блоком на разборе видно как выпирает

В первом поколении своего смартфона с дополнительной камерой Apple пошла на жертвы и сделала матрицу телефото модуля меньше, чем на основном. Таким образом линзы, хоть и выпирали обе, прятались за одинаково ровным стеклом.

Эта жертва тянется до сих пор, только масштаб стал страшнее.

Если вы думаете, что Apple остаётся законодательницей трендов в области камеры, то остаётесь правы только частично.

Компания пошла на поводу у хайпа по увеличению, и, вместо того чтобы сделать матрицу по площади больше, а светосилу лучше, она вместо двойного сделала тройное приближение. Да, камера теперь «берёт» дальше, но ночью и даже в условиях вечернего домашнего света она отключается или выдаёт блёклый, шумный результат.

Если бы площадь матрицы телефото равнялась основной, конкретно зум-модуль выпирал не на 9 мм, как сейчас, а на все 25 мм.

Текущие характеристики камеры упираются в то, насколько длинной её могут делать. Учитывая, что в iPhone 14 Pro основной модуль станет больше и длиннее из-за нового 48 МП сенсора, мы уверенно можем ждать либо увеличенного зума до 4х (пожалуйста, не надо), либо улучшения светосилы хотя бы до f/2.4.

Чтобы добиться большего оптического приближения, нужно сильнее преломить свет, то есть заставить его пройти более длинный путь искажений линзами. Можно сказать, объектив превращается в лупу для фото-матрицы. Этот параметр называется фокусным расстоянием.

Если матрица меньше, то и объектив будет короче при том же оптическом увеличении. Поэтому сенсор основного модуля в абсолютно любом iPhone больше, чем в телефото.

Сверхширокоугольный объектив по той же причине диктует радиус всех камер. И по той же причине имеет маленький сенсор.

А как же все те громкие алгоритмы обработки?

Apple каждую презентацию рассказывает о том, как она расширяет динамический диапазон с помощью Smart HDR, каким образом работает улучшение текстуры Deep Fusion и какая часть процесса за это отвечает.

Скажем так, если бы не эти «читы», на спинке айфона уже висело бы три гигантских тубуса.

Сверхширокоугольная камера в темноте. Слева iPhone 11, справа iPhone 13 mini. Сравнение из обзора последнего

Матрица телефото камеры своим размером не менялась со времён iPhone X из 2018 года. А вот его светосила сначала чуть улучшилась, а потом c приходом трёкратного увеличения в iPhone 13 Pro вернулась к значениям iPhone 7 Plus? то есть к отметке f/2.8.

При этом конечный результат камеры получается на уровне основного модуля при дневном свете. Только благодаря взрослеющим алгоритмам и многослойному склеиванию кадров мы получаем такие хорошие снимки без здоровенных объективов.

То же относится к остальным камерам, особенно сверхширокоугольной. Если мы берём базовые модели, то iPhone 13 будет снимать заметно более качественные фото на ультраугол, чем iPhone 11 без значительных изменений в их строении.

Будущее за металинзами, но позже

wp-image-1133517wp-image-1133513wp-image-1133514wp-image-1133516wp-image-1133515

На слайдах выше вы видите пример работы специального слоя из пластика, пронизанного кремниевыми нано-антеннами. Да, такие существуют.

Принцип заключается в том, чтобы не с помощью длинной системы оптики, а через один перенаправляющий барьер «выпрямить» лучи и пустить сразу в матрицу. Таким образом частицы синего, красного, зелёного цвета и их производных выравниваются и попадают на светочувствительный элемент одновременно. Проблема хроматических аберраций почти уходит.

Этот материал наряду с другими метаповерхностями изучают по всему миру китайские, американские и европейские учёные. Так что его время не за горами, но ещё не пришло.


Перископный телеобъектив с двойной призмой – единственный патент из этой области, который Apple успела ухватить после всех конкурентов. И более вероятный в применении

Apple производит iPhone в гигантских масштабах, объём выручки от него за последние 4 месяца равен $50,57 млрд. Логичнее всего применить металинзу в объективе телефото, чтобы укоротить его и улучшить характеристики остальных камер. Но, даже если один модуль подорожает на $20, это приведёт к гигантской потере выгоды на каждую партию.

Поэтому говорить о перспективах применения таких камер рано. Металинзы находятся в лабораториях, должны пройти тесты на прочность, прозрачность, надёжность и под них нужно создать конвейерное производство.

Учитывая, что год назад Apple, наконец, получила свою версию патента на перископные объективы, именно их мы увидим гораздо раньше.

В тему:
Сравниваем камеру iPhone 13 против iPhone 13 Pro. Разница есть, нашли без лупы
Сравнил iPhone 13 Pro против камеры Leica Q2 за 450 тысяч рублей. Вот это разница!

📸 Все фотографии в статье:

1 Звезд2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (56 голосов, общий рейтинг: 4.80 из 5)
🤓 Хочешь больше? Подпишись на наш Telegram.
FavoriteLoading В закладки
undefined
iPhones.ru
Ни одни алгоритмы ещё не победили физику.
Прокомментировать

🙈 Комментарии 27

  1. typkmen avatar
    typkmen8 мая в 9:39
    25

    Вот это хорошая работа и материал, ею представленный!

    plodozhor avatar
    plodozhor9 мая в 18:48
    0

    @typkmen, маэстро Телешевский пустил в дело недавно купленный MacBook Pro свежего поколения и теперь выдает высокопрофессиональный контент ;-)

    То ли еще будет!

  2. PÆVEL DÆMYANOV avatar
    PÆVEL DÆMYANOV8 мая в 10:08
    4

    Наконец статью по фото пишет человек разбирающийся в фото! Приятно читать.

  3. dmitryermakov avatar
    dmitryermakov8 мая в 10:17
    1

    « мы уверенно можем ждать либо увеличенного зума до 4х (пожалуйста, не надо)» – а почему не надо?
    Если зум останется 3х, то возникнет очень интересная коллизия. У iPhone 14 Pro ожидается матрица на 48 МП. Если верить слухам, то она должны получить датчик оптического формата 1/1,3 дюйма с пикселями размером 1,22 мкм. А сейчас телевик у 13 Pro имеет 12 МП датчик размером 1/3.4″с пикселями 1,0 мкм. ТО ЕСТЬ – изображение с основной камеры с ЧЕТЫРЕХКРАТНЫМ цифровым зумом будет ЛУЧШЕ, чем изображение с телевика при ТРЕХКРАТНОМ оптическом увеличении. При том, что еще и диафрагма у основной камере будет f/1.5 против f/2.8 у телевика.
    И вот тут возникает вопрос – зачем этот телевик вообще будет нужен в таком исполнении, если ЦИФРОВОЙ зум с основной камеры будет лучше, чем ОПТИЧЕСКИЙ с телевика?

    alexmaru avatar
    alexmaru8 мая в 16:20
    0

    @dmitryermakov, может они дойдут до вращающего модуля? Ну то есть 48 мегапикселей на ту линзу, которая сейчас главная, тогда можно побочные вообще дерьмовыми ставить. А то форма треугольника как раз подходит.

  4. daitepiva avatar
    daitepiva8 мая в 10:22
    2

    Очень интересно, хотя и сложновато для человека, который ничего не понимает в фотографировании и которому достаточно было и одного обычного фотомодуля десятилетней давности (это я про себя).
    Повторюсь в очередной раз, корпус современного телефона, даже моего маленького 13 мини, следовало бы сделать толще миллиметра 3. Это не только позволит избавиться от выпирающих фото модулей, не испортило бы его эстетическое восприятие и позволило бы увеличить аккумулятор, но и сделало аппарат удобнее в пользовании. Сейчас корпуса делают слишком тонкими.

    iWanderer avatar
    iWanderer8 мая в 21:46
    0

    @daitepiva, люто плюсую!!!

    Текст Текстов avatar
    0

    @daitepiva, это не позволит избавиться от выпирающих модулей, так как тогда они запихнут туда просто камеру еще круче, чем у конкурентов. Тут “гонка вооружений” и любые возможности используются.

    А что касается +3мм – не все согласятся, айфоны это городские гаджеты и носить кирпич в кармане весь день – не каждому захочется

    iWolf avatar
    iWolf10 мая в 10:17
    0

    @daitepiva, стоит вспомнить, что помимо аккумулятора и камеры, в корпусе ещё много компонентов, которые тупо уделить не получится, так как это будет нецелесообразно.
    А ставить игрушки в пустые пространства – это удел самсунгом с китайцами.

  5. iWolf avatar
    iWolf8 мая в 10:26
    3

    Спасибо за статью.
    От себя добавлю, что блок камер у линейки 13 Pro действительно огромный. особенно, если сравнивать с какой нибудь камерой от 7 Plus. Даже будет правильней сказать – гигантский.
    И нет, сейчас я говорю о самих блоках камер отдельно от смартфонов.
    Отдельное упоминание заслуживают супер-длинные объективы блока камер. Даже если сравнивать с 11 Pro и 12 Pro, объективы камер 13 Pro стали куда длиннее.

  6. Drju2012 avatar
    Drju20128 мая в 10:30
    1

    Ну и не верна причинно-следственная связь – не “сложностей больше всего, поскольку свет в зависимости от волны имеет разный цвет”, а сложности от того, что “в зависимости от цвета имеет разную длину волны и искривляется в линзах по разному”

  7. Random avatar
    Random8 мая в 10:32
    2

    Топ статья, очень интересно. Спасибо!

  8. foxler avatar
    foxler8 мая в 10:55
    2

    Интересная статья, спасибо!

  9. sirius avatar
    sirius8 мая в 12:36
    2

    Кто- нибудь напомнит остальным про серьезнейшую проблему, которая ставит крест на люблю «профессиональную» (да и обычную) фото и видеосъёмку, проблему, которая до сих пор не решена : адовые блики?
    Даже в офисицальеом промо-ролике, демонстрирующем «профессиональный» уровень съемки iPhone 13 pro, на видео (особенно а моменте, когда мужик из окна выпрыгивает) видны эти скачущие блики, которые, видимо, вообще никак не убрать, тк проблема, скорее всего хардверная?..

    bobrosoft avatar
    bobrosoft10 мая в 20:27
    0

    @sirius, программно Apple стала их убирать теперь, но может быть только с фото

  10. v1z avatar
    v1z8 мая в 13:39
    0

    Хорошая статья, но у первых айфонов было не 35 градусов, а 35мм эквивалентного фокального расстояния.

  11. CascadeMT avatar
    CascadeMT8 мая в 13:54
    1

    Отличная статья, интересно! Спасибо автору 👍🏻

  12. id271093362 avatar
    id2710933628 мая в 15:27
    0

    вообще не важно как все там работает. не мои проблемы. я заплатил что бы нажимать кнопку и получать фото. все.

    Derek88 avatar
    Derek888 мая в 20:46
    0

    @id271093362, это из серии ” Я девочка. Я не хочу ничего решать. Я хочу платье и на ручки”

  13. anfedoro avatar
    anfedoro8 мая в 17:00
    0

    Интересно почему не используют зеркальную призму, что бы просто повернуть поток света на 90° и использовать оптику лежащую вдоль корпуса?. Помню, что когда то у Sony было такое решение в одной из миниатюрных фотокамер

  14. Gidrotehniks avatar
    Gidrotehniks8 мая в 21:52
    0

    Что-то ширик на 13 снимает всё ещё фигово(

  15. Текст Текстов avatar
    0

    Ответ на вопрос “почему камеры до сих пор выпирают” прост и банален, и не требует особых технических знаний. Потому что при любой возможности инженерам (и, в первую очередь, маркетологам) нужно сделать камеру максимально лучшей, конкурентоспособной и “навороченной”, и ради этого дискомфортом от выступов можно пренебречь, даже увеличив толщину устройства, что, кстати, тоже идет вразрез с видением маркетологов

  16. Andrew avatar
    Andrew9 мая в 9:21
    0

    Проблема выпирающего телевика легко решается расположением объектива вдоль корпуса и зеркалом под 45 градусов (перископ). Так можно даже оптический зум сделать. По моему у самсунга уже было такое.

  17. plodozhor avatar
    plodozhor9 мая в 19:08
    0

    Статья огонь! От себя добавлю еще разве что только это:
    “Ни один производитель камер для телефонов не использует линзы из стекла, даже Apple.”

    Был смартфон Сони Xperia Pro, где линза была именно из стекла

  18. zolotov avatar
    zolotov10 мая в 23:42
    0

    Крайне поверхностное знакомство с материалом приводит к грубым ошибкам и техническим неточностям. Если готовите материал, в котором слабо ориентируетесь,- не стесняйтесь попросить его прочесть специалиста. В данном случае – оптика.

Вы должны авторизоваться или зарегистрироваться для комментирования.

Нашли орфографическую ошибку в новости?

Выделите ее мышью и нажмите Ctrl+Enter.

Как установить аватар в комментариях?

Ответ вот здесь