Najlepszy aparat „smartfonowy” Świata będzie w iPhone? [aktualizacja]

Optyczny zoom a Paracie w iPhone
Często chwalę aparat wbudowany w iPhone (4s i 5). Jest to jeden z najlepszych aparatów w smartfonach dostępnych rynku (choć konkurencja nie śpi). Jedyna rzecz jakiej mu brakuje to optyczny zoom (no bo niby jak go zmieścić przy tak „cienkich” iPhonach). Rozwiązanie tego problemu wymyślono się już dawno temu. W zasadzie nie wiem dlaczego nie było stosowane szerzej. Już koło 2003 roku pojawiły się bardzo cienkie aparaty Nikon'a z obiektywem umieszczonym w pionie i „lusterkiem” 90°. Teraz Apple poszedł o kilka kroków dalej!



W zastosowaniu „kątowego” obiektywu w smartfonach mogły przeszkadzać pewne straty jasności jakie musi powodować dodatkowe zwierciadło co przy tak małych matrycach mogło mieć znaczenie…
Całkiem niedawno amerykański urząd patentowy opublikował patent nr. 20130063629 należący do Apple.

Apple iPhone zoom

Apple pokazuje w nim jak rozwiązać problem kolizji grubości smartfona z długością obiektywu zmiennoogniskowego. Wielu zwraca właśnie na to największą uwagę. Ja też się bardzo cieszę na szansę optycznego zoom'a w nowych iPhonach (o czym wspomniałem w nagłówku) ale ten pomysł nie jest ani nowy ani rewolucyjny. W tym patencie znacznie ciekawsze rzeczy dzieją się w okolicach matrycy. To (moim zdaniem) zasługuje na miano rewolucji.

RGGB Matryca filtry kolorów Foto
Najpierw kilka słów o tym jak zbudowane są typowe matryce w obecnych aparatach fotograficznych i smartfonach. Po pierwsze bazują na jednym z największych „przekrętów” z zakresu mieszania w mózgach konsumentom za pomocą liczb. Chodzi o to, że podaje nam się całkowitą ilość światłoczułych receptorów na matrycy np. 8 milionów w aparatach iPhonów 4s i 5. A gdzie kolor? Przywykliśmy, że jak rozdzielczość ekranu (matrycy) jest np. 1280x800 to każdy z tych 1 024 000 piksli świeci w dowolnym kolorze. Podobnie w skanerach, jak skaner ma 2400dpi to każdy z tych punktów rejestruje dowolny kolor (RGB). A w matrycach foto jest inaczej! Z tych 8 milionów punktów każdy odczytuje tylko jedną wybraną dla niego składową koloru. Zazwyczaj na cztery punkty matrycy przypada jeden z filtrem czerwonym, jeden z niebieskim i dwa z zielonym (czyli z 8mpx robią się dwa megapiksle ;-)). Sumaryczny obraz, który ma te 8 milionów punktów jest osiągany za pomocą specjalnych algorytmów uwzględniających jasność i filtr koloru sąsiadujących punktów. Widać to jak mocno powiększymy kontrastowy obraz, są znaczne zniekształcenia kolorów na krawędziach. Oczywiście jak widać, tego nie widać przy normalnych zdjęciach zbytnio ;-) ale pewien niesmak pozostaje. Są też w użyciu inne rozwiązania np. 3CCD stosowany w drogich w kamerach czy pomysł z trzywarstwową matrycą w której dwie warstwy są półprzeźroczyste. Oba rozwiązania mają spore wady. 3CCD są drogie, a elementy światłoczułe są rozmieszczone niesymetrycznie przez co zajmują bardzo dużo miejsca, a półprzeźroczyste matryce w drugim rozwiązaniu ograniczają ilość światła docierającego do warstw niżej umieszczonych.

Co na to Apple? Apple w swoim patencie proponuje rozbicie światła na trzy składowe np. RGB (podobnie jak w 3CCD), ale za pomocą innego symetrycznego separatora kolorów składającego się z 4 wielościanów w sumie składających się w prostopadłościan. Na jego 3 bokach znajdują się matryce z których każda odbiera jedną składowa koloru. Apple twierdzi, że pomimo konieczności instalacji 3 matryc i separatora kolorów taki zestaw uda się zrobić taniej niż jedną tradycyjną matrycę, a obraz będzie zdecydowanie ostrzejszy i lepszy. Może to się udać (co do jakości obrazu wątpliwości nie mam, koszt produkcji mnie zastanawia). Odpada problem z precyzyjnym rozmieszczeniem pojedynczych filtrów kolorów przed odpowiednimi pikslami, nie ma też strat na granicy między filtrami. Dodatkowo matryce mogą być ciut mniejsze, a i tak dostaną więcej światła (piksle będą większe i na jeden piksel obrazu będą się składały dane z trzech matryc). Teoretycznie zestaw trzech matryc po 5mpx może odpowiadać 15 megapikslą obecnych. Właśnie, ciekawe jak to będą przeliczać marketingowcy? ;-)

[aktualizacja 2013-03-18; 13:45] Apple o tym chyba nie pisze w swoim patencie, ale wystarczy te trzy matryce tak poprzesuwać względem siebie aby promień światła wysyłany z tego samego miejsca trafiał na nie przesunięty powiedzmy o 1/3 piksla. Wtedy za pomocą dobrze znanych, powszechnie stosowanych i sprawdzonych algorytmów z 3 matryc 5mpx uzyskamy 15mpx wg miary do jakiej już przywykliśmy ale jeszcze lepszej jakości bo piksle rejestrujące różne kolory będą jakby „zachodzić” na siebie…
Apple patentuj to zanim ja zdążę ;-)

Separator kolorow w aparacie z zoom dla iPhona
Będę wypatrywał z niecierpliwością wieści o kolejnych iPhonach w oczekiwaniu na zastosowanie tego patentu bo bardzo lubię robić zdjęcia iPhonem i w zasadzie do 90% zastosowań już obecne aparaty z 4s i 5 mi wystarczają (brakuje tylko „zooma”).