Wiele lat temu bez większego trudu można było na pierwszy rzut oka zdemaskować zdjęcie wykonane telefonem komórkowym. Postęp technologiczny spowodował jednak że obecnie najlepsze fotograficzne smartfony niejednokrotnie potrafią wykonać fotkę przewyższającą jakością to, co jest w stanie wyprodukować wiele cyfrowych aparatów. Tym niemniej zminiaturyzowane kamerki mają swoje słabe punkty, które zostają bezlitośnie obnażone w specyficznych warunkach.
Konstrukcja smartfonów siłą rzeczy wymusza stosowanie przetworników obrazu o niewielkich rozmiarach. Istnieją nieliczne wyjątki od tej reguły, ale problem pozostaje – mikroskopijnej wielkości czujniki zawodzą w słabych warunkach oświetleniowych. Przez lata udało się znacznie ulepszyć same przetworniki, powiększyć aperturę obiektywów do wartości spotykanych w „dorosłych” aparatach, ale nie da się spowodować by miniaturowa pojedyncza komórka CMOS otrzymała więcej fotonów. A może jednak się da? Sony znalazło tu pewną receptę, która nie przynosi co prawda jakiejś radykalnej zmiany, ale może pozwolić na zauważalne ograniczenie „kurzej ślepoty” smartfonów.
Cały pomysł zasadza się na stworzeniu wklęsłej matrycy CMOS w technologii BIS (Back Illuminated Sensor). Taka konstrukcja po pierwsze zwiększa ilość światła docierającego do skrajnych obszarów – „patrzą” one teraz jakby bardziej prostopadle na obiektyw. Po drugie, jak twierdzi Sony, taka geometria pozwoli uprościć konstrukcję obiektywów – w konsekwencji mniej soczewek pochłonie mniej światła. Sumaryczna korzyść to dwukrotnie lepsze oświetlenie na brzegach i ok. 1,4 raza lepsze w centrum. Przy okazji udało się zredukować wartość tzw. ciemnego prądu (dark current), odpowiedzialnego za generowanie szumu w najsłabiej oświetlonych fragmentach obrazu.
W klasycznych aparatach przysłona pełni podwójną rolę: wraz z czasem otwarcia migawki decyduje o kontroli ekspozycji oraz wpływa na głębię ostrości. Jej typowa wielolistkowa konstrukcja, uzupełniona dość złożonym mechanizmem, utrudnia miniaturyzację, a potencjalnie spore koszty nie stanowią zachęty dla producentów smartfonów. W efekcie prawie wszystkie urządzenia mobilne nie posiadają blendy. Wyjątkiem jest tu np. Lumia 1020, gdzie jednak użytkownik nie ma bezpośredniej kontroli nad przysłoną, nie może więc wymusić zmaksymalizowania głębi ostrości przy zdjęciach makro, rozmazać tła przy portretowaniu w plenerze lub dodać dynamiki ruchomym obiektom dzięki lekkiemu rozmazaniu. Naukowcy z uniwersytetu w Kaiserslautern znaleźli rozwiązanie, które być może pozwoli smartfonom zyskać elementarną fotograficzną funkcjonalność.
„Chemiczna przysłona” wykorzystuje polimery, których właściwości optyczne zmieniają się pod wpływem przyłożonego niewielkiego napięcia. Prototypowa konstrukcja składa się na razie z zaledwie dwóch przyciemnianych elektrycznie pierścieni i jest nieco za duża jak na wymagania telefonów komórkowych, ale ma grubość wynoszącą zaledwie 55 mikrometrów, co wygląda niezwykle obiecująco z punktu widzenia pożądanej miniaturyzacji.
Jak już zdążyliśmy się przyzwyczaić, Apple, nim pokaże cokolwiek światu, najpierw musi to opatentować. Opublikowany niedawno wniosek o numerze US2014/0168799 pokazuje pomysł na wykorzystanie polimerów reagujących na pole elektryczne w nieco inny sposób niż te zastosowane przez niemieckich eksperymentatorów. Chodzi o materiały, które potraktowane prądem zmieniają swój kształt. Wniosek patentowy obejmuje zarówno zbudowaną ze „sztucznego mięśnia” przysłonę, jak i zastąpienie nim układów mechanicznych odpowiedzialnych za ogniskowanie. Poglądowe grafiki przedstawione przez Apple można znaleźć w tle tytułowego obrazka. Jeśli idea zostanie wdrożona, aparaty w iPhone’ach zyskają przysłonę oraz mniejszy i szybciej działający system regulacji ostrości, a zaoszczędzone miejsce inżynierowie z Cupertino zapewne postarają się jakoś efektywnie wykorzystać.
Matryce o rozdzielczości kilkunastu megapikseli byłyby bezużyteczne gdyby nie towarzyszyła im odpowiednio precyzyjna optyka, a to oznacza zwykle zestaw kilku soczewek niwelujący aberracje. Nie wspominam nawet o obiektywach zmiennoogniskowych, gdzie ilość soczewek rośnie wielokrotnie, a cały układ jest uzupełniony z konieczności o rozbudowany mechanizm. Optyczny zoom, obecny nawet w najprostszych kompaktach jest wciąż niedostępny w smartfonach. Pojawiały się koncepcje by dzięki pomocy odpowiedniego zwierciadła ulokować oś optyczną aparatu w telefonie wzdłuż jego obudowy, ale z jakichś powodów nie zostały zrealizowane. Już dziesięć lat temu zapowiadano rewolucję w smartfonowej fotografii związaną z zastosowaniem tzw. ciekłych soczewek. W roku 2004 Philips zaprezentował prototyp takiego rozwiązania na targach CEBIT, a rok później firma Varioptic pokazała znacznie ulepszony model miniaturowej, sterowanej elektrycznie kropelki o doskonałych właściwościach optycznych. W 2010 roku Samsung opatentował projekt zmiennoogniskowego obiektywu opartego o ciekłe soczewki.
Mijają lata a kropelkowe obiektywy wciąż nie mogą utorować sobie drogi do smartfonów. A mogłyby wprowadzić za jednym zamachem ważkie udoskonalenia: optyczny zoom, wyeliminowanie mechanizmów ogniskujących i dodatkową miniaturyzację. Stosuje się je od lat z powodzeniem w przemysłowych urządzeniach obrazujących, w czytnikach kodów, jak i w diagnostycznym sprzęcie medycznym. Co wstrzymuje producentów przed zastosowaniem ich w mobilnych kamerach? Czyżby na przeszkodzie stała konieczność zasilania stosunkowo wysokim napięciem, niejednokrotnie przekraczającym 200 V? A może zwolennicy teorii spiskowych znają inną odpowiedź na to pytanie? 😉
Źródła: PetaPixel, BBC News, Gizmag, Varioptic