Как выбрать телефонную камеру высокого качества?
Важнее, чем мегапиксели: что на самом деле определяет высокое качество цифровых снимков?
Результаты опроса владельцев смартфонов, который был проведен в 2014 году, показали: на первое место по степени важности пользователи ставят такую функцию смартфона, как фотосъемка. Именно по этой причине телефонные производители, представляя свои новые модели, стали заострять внимание на характеристиках камеры.
Жесткая конкуренция требует от них постоянного выхода на рынок с новой продукцией, которая будет лучше, чем у других. Однако обычным потребителям в условиях такой гонки всё труднее разобраться, благодаря каким параметрам модель одного производителя опережает модели других.
Довольно быстро разработчики телефонной продукции придумали простой трюк – они стали бесконечно увеличивать один из параметров камеры, пытаясь убедить потребителей в том, что это и есть главный критерий ее высокого качества. Таким параметром стало количество мегапикселей
Да и качество снимков, сделанных телефоном, зачастую хромает, даже несмотря на огромное число мегапикселей. Сколько же их нужно на самом деле и на что в первую очередь надо обращать внимание при выборе телефонной камеры?
Однако прежде, чем погрузиться в тематические глубины, попытаемся разобраться в азах – что же это такое, загадочный мегапиксель?
Что такое мегапиксель?Пиксель (pixel – Picture Element) – это строительный блок цифрового изображения, которое состоит из множества крошечных цветных квадратиков, расположенных вертикально и горизонтально. Современные камеры способны делать фото, состоящие из миллионов пикселей, или
Плотность пикселей (pixel density) – количество пикселей на единице площади изображения.
Измеряется в пикселях на квадратный дюйм (ppi) или на сантиметр (PPCM). В цифровой печати обычно говорят о количестве точек на квадратный дюйм (DPI). Основное правило гласит: чем больше пикселей или точек приходится на одну единицу измерения, тем будет резче и детальнее изображение.
Казалось бы, из вышесказанного можно сделать однозначный вывод: чем больше количество и плотность пикселей, тем качественнее снимок. Однако, как и в жизни, здесь не всё так просто.
Миф о мегапикселяхДесятилетиями производители электроники внушали потребителям: чем больше пикселей уместится на снимках, тем лучше камера. И до определенного момента так и было.
Первые цифровые камеры, появившиеся в продаже на рубеже нового тысячелетия, делали только 1-мегапиксельные фото. В те времена снимки было принято проявлять и печатать на фотобумаге, и выглядели они далеко не лучшим образом: сказывалось низкое разрешение цифровой камеры. Одна из причин слабого качества заключалась в недостаточном количестве пикселей, которые приходилось растягивать при переносе изображения на фотобумагу.
С этим недостатком решили бороться, начав пиксельную гонку. В продаже стали появляться более совершенные камеры, которые позволили резко улучшить качество цифровых фотографий. Снимок на бумаге 10 х 15 см, сделанный 3-мегапиксельной камерой выглядел действительно лучше, чем снятый с помощью 0,9-мегапиксельного аппарата.
Технологии продолжали развиваться, однако наступил момент, когда цифровые камеры достигли своего потолка – физиологического и технологического. Оказалось, что человеческий глаз не в состоянии видеть отдельные пиксели при достаточно высоком уровне их плотности.
Другим сдерживающим фактором стала разрешающая способность телефонных экранов, не позволявшая показать всё великолепие сделанных снимков. Иными словами, при достижении определенного количественного уровня уже нельзя было визуально отличить, на каком снимке больше пикселей, а на каком – меньше.
Таким образом, принцип: чем больше мегапикселей, тем лучше изображение – перестал работать. Но, несмотря на изменившиеся обстоятельства, потребители по-прежнему при выборе новой камеры или смартфона руководствуются этим принципом, а производители электроники не спешат развеивать их ложные представления.
Простым пользователям понятна такая единица измерения, как мегапиксель. Так почему бы не акцентировать на ней внимание, чтобы легче навязать товар покупателям? Однако мегапиксели подобны калориям, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма, но, оказавшись в избытке, причинят ему только вред.
Когда пикселей много, а проку нетЧем больше пикселей содержит изображение, тем объемнее файл. И это может стать проблемой для устройств с недостаточным объемом памяти, например, для смартфонов, у которых нет гнезда для карты памяти. А если учесть, что каждое срабатывание телефонной камеры съедает 5 – 10 Мбайт, то весь объем памяти устройства будет исчерпан довольно быстро.
Загрузка так называемых «тяжелых» фото в социальные сети тоже забирает немало объема и времени. К тому же некоторые социальные каналы устанавливают ограничения на объем загружаемого контента и/или применяют компрессию, что приводит к ухудшению качества изображения.
В итоге от большого количества пикселей не будет никакого проку.
Большое количество пикселей, безусловно, оправдано, когда требуется распечатать фото на носителе крупного формата или выделить фрагмент, увеличив масштаб изображения без потери качества. В данном случае много пикселей дают больше возможностей для маневра.
Сколько же мегапикселей надо?Итак, мы разобрались, что обе крайности – очень мало и очень много мегапикселей – это плохо. В первом случае снимок для просмотра в адекватном качестве приходится сокращать в размерах, во втором – излишне увеличивается объем файла. Что ж, попробуем найти золотую середину.
По состоянию на апрель 2020 года, преобладающая часть интернет-пользователей просматривала контент на стационарных компьютерах, мониторы которых имели разрешение 1366 х 768 пикселей или высокое разрешение HD. Следующими по популярности были мониторы с разрешением Full HD (1920 х 1080 пикселей), способные отобразить на экране 2073600 пикселей (приблизительно 2 мегапикселя).
Качество отображаемого на экране изображения определяется разрешением монитора, поэтому снимок со сверхвысокой плотностью пикселей может выглядеть на экране как малопиксельный. Кстати, 3-мегапиксельная картинка на экране 96 PPI смотрится вполне адекватно. А вот для того, чтобы выглядеть достойно на 4К-экране, изображение должно уже содержать никак не меньше 8 миллионов пикселей.
Всё вышесказанное, однако, еще не означает, что любая камера с разрешением более 8 мегапикселей заведомо хороша. Это не так. Как нельзя приготовить гастрономический шедевр только из одного ингредиента, так невозможно сделать отличное фото лишь благодаря уйме мегапикселей.
Что действительно важно? Сенсорная матрицаФотография – это искусство рисования светом. Не будет света – не будет и снимка. Поэтому основной элемент любой камеры – это узел, преобразовывающий свет в изображение, и таким узлом является сенсорная матрица.
Именно по этой причине снимок, сделанный зеркальной камерой, в общем случае будет лучше, чем снятый «мыльницей» с микроскопической матрицей или камерой телефона. Поэтому, выбирая телефонную камеру, в первую очередь следует обращать внимание на размер ее матрицы. Чем больше матрица, тем качественнее будут снимки, сделанные при любом освещении – хорошем или плохом.
ПроцессорВ объективе каждой камеры есть отверстие, через которое свет попадает на матрицу.
У зеркальных камер и некоторых «мыльниц» подороже диафрагма регулируемая, т.е. позволяет регулировать световой поток.
С помощью такой регулируемой диафрагмы можно играть глубиной резкости и выдержкой. От глубины резкости зависит, какие объекты будут в фокусе, какие – нет. А от выдержки – интервала времени, когда матрица открыта для света, – зависит качество изображения движущихся объектов. Чем больше диафрагма, тем больше света попадает на матрицу и тем лучше будут результаты съемки при плохом освещении.
К сожалению, мне еще не приходилось слышать о смартфонах с регулируемой диафрагмой. И фанаты телефонной съемки вынуждены мириться с теми параметрами диафрагмы, которые изначально устанавливают производители. Впрочем, всё не так страшно, если диаметр объектива достаточно велик.
Характеристики диафрагмы обозначаются буквой F с дробью: F/16, F/8, F/2 и т.д. Чем меньше цифровой знаменатель, тем крупнее отверстие объектива и больше света доходит до матрицы. И наоборот.
Короче, чем меньше цифра, тем лучше.
Сегодня в основном продаются телефоны с камерами, у которых диафрагма около F/2, у флагманских моделей – F/1.9 и даже F/1.7. Такие камеры уже позволяют делать фото приемлемого уровня. Однако, чтобы извлечь максимальную пользу из хороших характеристик диафрагмы, устройство также должно быть оснащено качественным стабилизатором изображения.
Стабилизатор изображенияЗадача стабилизатора изображения заключается в устранении нежелательного эффекта «замыливания» кадра, когда дрожат руки, и в общей стабилизации процесс съемки. Существуют два вида стабилизаторов – цифровые и оптические. Цифровые устраняют последствия дрожания рук с помощью специальных программ, хотя и не всегда успешно. В оптических за стабильность отвечают крошечные гироскопы, которые удерживают «пляшущий» объектив на месте. Правда, это достаточно сложный вариант и используется только во флагманских моделях.
ЗумЗум, или увеличение, в камерах тоже бывает двух видов – оптический и цифровой.
Оптическое увеличение достигается за счет перемещения объектива камеры, цифровое – путем обработки изображения с помощью специального алгоритма. В смартфонах чаще всего используется последний вариант, который неизбежно приводит к серьезному ухудшению качества изображения. Поэтому телефон с оптическим зумом, который мало влияет на конечный результат, имеет определенное преимущество.
Вспышка необходима для освещения затемненных мест. Съемка со вспышкой – это особое искусство, поскольку ограниченная функциональность смартфонов, как правило, не позволяет играть светом и полутонами. Обычно телефоны оснащаются мощным ксеноновым или светодиодным источником света, который создает при съемке эффект вспышки молнии.
Иными словами, фотографируемый объект освещается неравномерно, что приводит к недостоверной цветопередаче. Правда, некоторые модели телефонов, как например, айфон, оснащены вспышками типа True Tone Flash. Эти вспышки уже не грешат вышеупомянутым недостатком и дают более мягкий свет с желтоватым оттенком, который не искажает цветопередачу.
У фотографов есть такая поговорка: лучшая камера та, которая сейчас под рукой. В конце концов, все эти выдающиеся показатели, крупные матрицы, миллионы пикселей и мощные вспышки не стоят ни гроша, если ими не получается воспользоваться в нужный момент. Поэтому, выбирая телефон, следует также обратить внимание, насколько быстро и просто можно получить доступ к нужному приложению и какие возможности оно предоставляет. В этом можно убедиться, попросив на время телефон у друга или протестировав магазинные экспонаты.
Одно из побочных явлений нашей технологической эпохи – навязывание потребителям представления о том, что чем больше, тем лучше. Больше памяти, Герц, больше экранной площади, цветовых тонов, больше пикселей, больше, больше, больше
Однако, если вдуматься, то каждый поймет: такое утверждение не всегда соответствует действительности. Как например, большое количество мегапикселей – еще не гарантия качественного снимка.
Они, конечно, имеют какое-то значение, но далеко не самое главное. Точно так же, как не нельзя сыграть пьесу с одними второстепенными персонажами, не получится снять качественное фото, если у камеры всего одна выдающаяся характеристика – огромное количество пикселей.
Ильдар Камаев
05.06.2020
Расстояние распознования ip камерой лица человека
Сравнительный тест ip камер с разрешением 1 Мп, 2 Мп, 4 Мп и фокусным расстоянием объектива от 2,8 мм до 6 мм
|
|
Сразу хочу обратить ваше внимание, что разрешение, а именно количесство Мегапикселей не является определяющем фактором при идентификации объектов на расстоянии.
—Тип матрицы так же играет значительную роль в этом процессе (различают CMOS – простая и популярная технология, уровнем по выше идут CCD, Super HAD CCD и фирменная Sony Ex-View)
— Большое значение имеет физический размер матрицы (величина 1/3 – характерна для большинства стандартных камер, в более дорогих моделях эта величина составляет 1/2,8 а в профессиональных, интеллектуальных камерах видеонаблюдения до — 1/1,7)
— При слабой освещенности стандартным значением светочувствительности является 0,01 – 0,07 Lux, (0 Lux при включенном ИК-прожекторе), светосила объектива F = 1,2 — 2.0
Связь фокусного расстояния объектива и угла обзора видеокамеры можно посмотреть здесь
На примере стандартных ip камер с базовыми характеристиками посмотрим на каком расстоянии каждая из них справиться с поставленной задачей.
Начнем с 1 Мп ip камеры Hikvision DS-2CD2012-I
|
1 Мп, объектив 4 мм, разрешение 1280х720
|
||||
|
Как видим с камер в 1 мегапиксель лицо человека можно распознать в зависимости от объектива с расстояния в 5 и 7 метров соответственно
Так же ниже посмотрим скриншоты с этих камер на расстоянии 9-7-5-3 метров (Для просмотра изображения в натуральную величину кликните на него) |
1 Мп, объектив 6 мм, разрешение 1280х720
|
На мой взгляд, 2 Мегапикселя уже распознают лицо человека на границе 7 метров, конечно, если речь идет про объектив в 4 мм.
Что касается широкоугольного объектива в 2,8 мм, в этом случае, несмотря на разрешения 1920х1080 (Full HD) момент распознавания лица человека ожидаемо ниже, и находиться на расстоянии 3-5 метров. Поскольку шурокоугольный объектив в 90° рассчитан на охват большой территории, так за счет этого приходиться жертвовать детализацией предметов на расстоянии. Такие решения больше подходят для небольших помещений, комнат и вешаются в углу комнаты, с целью охватить её от стены до стены.
В общем смотрите сами видео и скриншоты с ip камер, сравнивайте, только не забывайте в настройках плеера YouTube выставлять максимальное качество, а так же напоминаю, что все картинки кликабельны. |
||
|
2 Мп, объектив 2,8 мм, разрешение 1920х1080, Внутреняя DS-2CD2422F-I
|
||||
|
2 Мп, объектив 2,8 мм, разрешение 1920х1080, Внутреняя, ночь
|
2 Мп, объектив 4 мм, разрешение 1920х1080, Купольная, ночь
|
Не ждите чуда, знакомого человека думаю без труда можно распознать на расстоянии 9 и более метров с помощью этой камеры, однако речь об идентификации на таком расстоянии уже не идет, просто потому что на таком отдалении предмет уже слишком мал для распознования камерой с объективом в 4 мм. Такое фокусное расстояние объектива соответсвует углу обзора в 75°, что приближенно к углу обзора человеческого глаза. Так вспомните себя на приеме у окулиста, где Вам показывают буквы и за пределами физичесских возможностей глаза вы просто уже не в состоянии их различить, но стоит вам вооружить глаз, скажем биноклем, как ваши возможности многократно увеличиваются. Так и здесь, если задача стоит идентифицировать мелкие детали на большом расстоянии, то необходимо изменять оптичесское расстояние объетива в сторону его увеличения. |
||
|
Вместе с тем, в продолжении теста я вырезал прямоугольную область с каждого изображения, при этом не увеличивая ни одного из них. Расстояние так же 5 метров Преимущества четырех мегапикселей перед одним «на лицо», так в нижней прямоугольной области отчетливо читаются даже буквы на табличках.
На основании вышеизложенного, можно сделать ВЫВОД, что 4Мп ip камера действительно справляется с задачей применимой в этом тесте по идентификации лица человека в разы лучше базовой модели ip камеры с разрешением в 1 Мп, а разница в стоимости у них составляет 65 $. На сегодня стоимость модели DS-2CD2042WD-I остается все же высокой, хотя для области наблюдения где требуется высокое разрешение на большой территории вполне одну такую можно и заложить в проект. Конечно, сегодня существуют ip камеры с разрешением 4К, что составляет примерно 8,8 Мп с разрешением 4096×2160. Однако сейчас их стоимость зашкаливает, а так же для инсталляции ситемы на базе таких камер потребуются мощнейшие сервера для обработки входящего потока данных, не говоря уже, что при использовании камер с высоким разрешением в значительной степени повышается нагрузка на сеть, так же существует ограничение по пропускной способности сетевых кабелей, и конечно требуется большое дисковое пространство для хранения видеоархива. Вместе с тем по состоянию на январь 2018 года, разработчики систем видеонаблюдения внедрили новый формат сжатия — кодек H.265+, который в свою очередь снимает все вышеперечисленные проблемы, поскольку видео с камер с разрешением в 8 Мп, по битрейту соответствует видео с 2х Мп камер с кодеком H.264.
|
|
Хотелось бы отметить, что объективы с фокусным расстоянием 2,8 — 4 мм не совсем подходят для целей нашего теста, поскольку углы обзора в 90° и 75° всё же предназначены для общего обзора. Вместе с тем, если область интереса лежит в непосредственной идентификации лиц на расстоянии, например на проходной или наблюдение за денежными расчётами в кассе или обменнике, то в таких случаях используются узкоугольные объективы с фокусным расстоянием объектива в 6, 12, 16 мм или более дорогие вариофокальные объективы с возможностью ручной (или моторизированной) настройкой фокусного расстояния. |
|
При беглом просмотре видео, может сложиться впечатление, что особой разницы между ними не заметно, однако путем простого наложения скриншотов с ip камер друг на друга, складывается понимание разницы в размерах получаемого изображения. Так же разница ощутима и в весе изображения, а именно в размере Килобайт, так скриншот с камеры в 1 Мп весит 200 Кб; 2 Мп уже 400 Кб; 4 Мп — 800 Кб, Та же ситуация применима и к видеоархиву |
|
Далее для этого теста возьму 4-х Мегапиксельную ip-камеру Hikvision DS-2CD2T42WD-I8 с фокусным расстоянием объектива 16 мм, что соответсвует углу обзора в 20°. Такой узкоугольный объектив предназначен решать задачи по идентификации объектов на действительно значительных расстояниях в узконаправленой территории, таких как входы и въезды. Вместе с тем, производитель заявляет для этой модели встроенный аппаратный WDR — 120 dB, и дальность ИК-подсветки до 80 метров по фирменной технологии EXIR.
Итак, сможет ли эта ip-камера распознать лицо человека на расстоянии до 25 метров? Смотрим видео и скриншоты Расстояние до калитки 23 метров, первый колышек 11 метров, далее 9,7,5,3 |
|
|
|