Красивое размытие для портретов на смартфоне: как работает эффект боке

Размытый фон направляет внимание зрителя на изображаемый объект. Эта размытость называется боке, в честь японского слова «размытость». Режим боке также часто называют портретным, поскольку он особенно подходит для портретных фотографий. / © NextPit

О фокусировке и размытости в камерах

Сначала я хотел бы начать с объяснения концепции фокуса и размытости и, с этой целью, для простоты рассматривать линзу как отдельную линзу. Чем больше диаметр этой линзы, тем быстрее расходятся лучи на пути луча на следующем рисунке. В результате объекты вне фокуса больше не изображаются точечно, а, скорее, в виде все большего круга по мере увеличения диаметра линзы. Как только один из этих кругов становится больше на датчике, чем один пиксель, рассматриваемый участок изображения больше не в фокусе.

Для простоты мы предположили, что фокусное расстояние неограничено, и поэтому падающие лучи света параллельны. Чем больше линза, тем меньше допуск, пока не будет превышен размер пикселя (3). С маленькой линзой (2) лучи света проходят от определенной точки более параллельно, чем с большой линзой (1). / © NextPit

Помимо диаметра линзы, фокусное расстояние также играет роль. Чем больше фокусное расстояние, тем более избирательный фокус. То, что вы знаете, например, 24 или 26 миллиметров из таблицы, не является истинным фокусным расстоянием линз; здесь указано фокусное расстояние, эквивалентное 35 мм. Он описывает фокусное расстояние, которое должно быть у объектива камеры с датчиком 36 x 24 мм для достижения того же угла изображения, что и у комбинации объектива и датчика смартфона. Реальные фокусные расстояния широкоугольных объективов смартфонов на самом деле составляют от 4,0 до 4,5 миллиметров.

Одно ясно из-за мини-объектива и крошечных фокусных расстояний: глубина резкости на смартфонах всегда огромна, и это также не помогает тому, что у смартфонов меньше проблем, чем у однообъективных зеркальных камер из-за их крошечные пиксели. Я сознательно упустил один фактор, влияющий на глубину резкости: расстояние от объекта – чем ближе расстояние, тем более избирательная глубина резкости. Большинство из вас заметили эффект на макроснимках на смартфоне.

В iPhone X и Pixel 2 используются разные подходы к созданию эффектов боке. / © NextPit

Мощный процессор вместо большого объектива

Тем не менее, смартфоны могут предложить большую вычислительную мощность и / или другие физические средства воспроизведения эффектов с помощью обработки изображений. Вообще говоря, это всегда работает, когда камера различает передний план и фон, а затем специально размывает фон. При этом чем четче объект и фон отделяются друг от друга, тем более впечатляющий эффект.

Некоторые недостатки, присущие этому процессу, включают торчащие волоски, которые размываются вместе с фоном. Даже стекло представляет собой постоянную проблему для функций боке: в большинстве случаев линзы очков изображаемого человека находятся на переднем плане, но фон, видимый через очки, не размывается, как это было бы при визуальном эффекте боке.

Линзы очков или мельчайшие детали часто делают режимы боке невыполнимой задачей. / © NextPit

Эти смартфоны эксперименты с глубиной резкости не совсем новы. HTC One (M8) и даже различные устройства Nokia Windows Phone (RIP) добавили эффект боке к изображениям. Однако ни качество изображения, ни скорость обработки не были достаточно хорошими, и в результате этого в конечном итоге не удалось добиться до последних двух лет.

Как и сегодня, в вышеупомянутых устройствах HTC One (M8) и Nokia использовались разные подходы, которые мы все еще можем найти в очень похожей форме в современных смартфонах. Мы хотели бы коснуться различий, их плюсов и минусов в нижеследующих пунктах. Помимо Sony, LG и HTC, за исключением One (M8), все крупные производители теперь предлагают устройства с функцией боке.

Пять из семи показанных здесь смартфонов предлагают эффект боке. / © NextPit

Двойная камера для эффектов боке

Как и HTC One (M8), в котором впервые появилась двойная камера, многие современные смартфоны также используют двойную камеру для расчета карты глубины фотографируемой сцены. Подобно нашему мозгу и двум глазам, смартфон использует смещение обеих линз. Программа использует мягкую фокусировку на тех частях изображения, которые определены как фон.

Одинаковые фокусные расстояния

Двойные камеры Huawei, Honor, Nokia и Motorola используют одинаковые фокусные расстояния для каждого из двух датчиков, что делает функцию боке доступной для широкоугольных фотографий. На более дешевых моделях с двумя камерами, таких как Honor 7X, вторая камера имеет разрешение всего 2 мегапикселя, поэтому ее единственная цель – создать карту глубины.

С другой стороны, у флагманов есть дополнительная цель для камеры: например, на Huawei Mate 10 Pro второй датчик делает черно-белые фотографии с высоким разрешением, чтобы дополнить снимки RGB задней камеры дополнительной информацией о яркости. Его цель – улучшить качество изображения, особенно при использовании цифрового увеличения. С другой стороны, вторая камера OnePlus 5T предназначена для помощи при съемке в ночное время.

OnePlus 5T и Huawei Mate 10 Pro имеют по две камеры с одинаковым фокусным расстоянием, хотя и с разными датчиками. / © NextPit

Разные фокусные расстояния

Другие модели, среди которых Asus Zenfone 4, iPhone или OnePlus 5, используют разные фокусные расстояния в обоих объективах. В результате функция боке недоступна в широкоугольном режиме, поскольку теле-модуль не позволяет использовать второй вид для создания карты глубины для всего изображения. Однако все работает наоборот: извлечение изображения с широкоугольной камеры помогает создать карту глубины для телефото.

На практике это ограничение не может быть ужасным. В любом случае, более длинные фокусные расстояния теле-модуля особенно хороши для портретных фотографий. Одним из особых случаев является Galaxy Note 8: его широкоугольный датчик предлагает двухпиксельную автофокусировку, что делает возможным эффект боке без второй камеры – по крайней мере, теоретически, но мы подробно остановимся на этом чуть позже.

Samsung Galaxy Note 8 и iPhone 8 Plus имеют двойную камеру с разным фокусным расстоянием. / © NextPit

Исключительные случаи

Есть также единичные эксперименты с более сложными системами камер, где карта глубины не рассчитывается по смещению обоих объективов. Например, передняя камера iPhone X проецирует инфракрасный точечный рисунок на окружающее пространство, позволяя не только определять лицо пользователя, но и аккуратно вырезать его из окружения. Huawei работает над очень похожей системой.

Asus Zenfone AR и Lenovo Phab 2 Pro, каждый из которых имеет времяпролетную камеру, встроенную под заднюю камеру, делают шаг вперед. В процессе они сканируют комнату с помощью инфракрасного лазера, который снова обеспечивает увеличенную дальность действия. Эта технология, продвигаемая Google в рамках Project Tango, пока не получила широкого распространения. В другом месте мы уже сделали обширный отчет о камерах Time-of-flight и Project Tango.

Времяпролетная камера в Phab2 Pro создает впечатляющие эффекты дополненной реальности. Однако теперь это работает и с обычными камерами смартфонов в сочетании с дополнительными датчиками. / © NextPit

Эффекты боке с помощью всего одного объектива

Вы наверняка знакомы с этим эффектом: закройте один глаз, и ваше восприятие глубины сработает лишь в ограниченной степени. Итак, как смартфонам с одним объективом удается различать передний и задний план?

Раньше для вышеупомянутых телефонов с Windows было приложение Refocus. Здесь смартфоны просто делали фотографии с разными точками фокусировки, и одним касанием пальца пользователь мог выбирать, на каких областях фокусироваться. Хотя он работал очень хорошо, он был очень медленным и, следовательно, практичным лишь в ограниченной степени. Однако в настоящее время аппаратное и программное обеспечение более продвинуто, поэтому оно работает даже без брекетинга фокуса.

Слава богу, двухпиксельный автофокус: Google Pixel 2 нужен только один датчик изображения для эффектов боке. / © NextPit

Google Pixel 2 предлагает эффект боке с одним объективом. Здесь может помочь одна особенность датчика изображения IMX362, а именно двухпиксельная автофокусировка. Он делит каждый пиксель на датчике на две половины и, как и в случае с двумя камерами, этот процесс позволяет генерировать два слегка смещенных изображения. Однако технологическая реализация более сложна, чем с двумя отдельными датчиками, поскольку смещение находится не в сантиметровом диапазоне, а скорее равно половине диаметра линзы. Фактический процесс генерации пикселей здесь объединяет полный набор фотографий с карты глубины и, кроме того, использует анализ изображений с поддержкой AI.

Например, в своих Galaxy S8 и S8 + Samsung также использует датчик изображения с двухпиксельной автофокусировкой (Sony IMX333), но до сих пор отказывается от истинной функции боке. Выборочная фокусировка работает только для макросъемки и без какого-либо участия пользователя. Тем не менее, грядущее обновление Oreo должно дать Samsung Duo настоящий режим боке. Другие смартфоны, оснащенные двухпиксельной автофокусировкой, такие как HTC U11 или Moto G5 Plus, в настоящее время не имеют функции боке, хотя обновление программного обеспечения также может предоставить им ее.

Что вы думаете, ребята?

В заключение отметим, что существует множество различных способов устранения размытия фона атмосферы, даже с помощью небольших датчиков изображения и мини-линз, используемых в камерах смартфонов. Какой подход вы хотели бы для своего следующего смартфона? Давайте обсудим плюсы и минусы в комментариях ниже!