Quelle: Alex Dobie / Android Central
Die Kamera Ihres Smartphones ist viel mehr als nur eine Kamera. Jedes Mal, wenn Sie ein Foto machen, macht es viel mehr, als nur winzige Lichtpunkte aufzusaugen und auf dem Bildschirm anzuzeigen. Ein großer Teil der Magie hinter den Kulissen ist Computerfotografie, was kompliziert klingt, aber ein ziemlich weit gefasster Begriff ist, der sich auf Kameras bezieht, die ein Bild digital manipulieren, indem sie einen eingebauten Computer verwenden, im Gegensatz zu einer guten altmodischen Optik.
Die Kamera in jedem modernen Smartphone fungiert im Grunde als eigenständiger Computer. Es verwendet spezialisierte Rechenkerne, um die vom Kamerasensor erfassten digitalen Informationen zu verarbeiten und dann übersetzt es in ein Bild, das wir auf dem Display sehen oder im Internet teilen können – oder sogar ausdrucken und aufhängen die Mauer. Es unterscheidet sich stark von der alten Methode, bei der Fotografen Film und Dunkelkammern verwendeten.
Die Kamera Ihres Telefons ist im Grunde ein eigenständiger Computer.
Mit dem Bildsensor beginnt alles. Es ist eine rechteckige Anordnung winziger, lichtempfindlicher Halbleiter, die als Photosites bekannt sind. Das Endprodukt ist das erstellte Bild, ebenfalls ein rechteckiges Array, aber aus farbigen Pixeln. Die Konvertierung ist keine Eins-zu-Eins-Karte zwischen Fotosites und Pixeln. Hier kommt die Bildverarbeitung ins Spiel, und hier beginnt die computergestützte Fotografie.
Der Bildsensor Ihres Telefons ist von einem Muster aus roten, grünen und blauen Lichtfiltern bedeckt. Dies bedeutet, dass eine einzelne Photostelle Licht in nur einer Farbe registriert (ausgedrückt durch ein Band von Lichtwellenlängen). Das endgültige Bild hat alle drei Farben in jedem einzelnen Pixel, wobei die Intensität der Helligkeit bestimmt, welche Farbe unsere Augen sehen können.
Quelle: Alex Dobie / Android Central
Der erste Schritt besteht darin, einen Algorithmus anzuwenden, der die erfassten Farbinformationen des Bildsensors in eine tatsächlich Farbe, die ein Pixel im Bild zeigen soll. Der Name dieses Schrittes wird normalerweise als Demosaicing bezeichnet.
Der nächste Schritt des Computers/der Kamera Ihres Telefons besteht darin, einen Schärfungsalgorithmus zu verwenden. Dadurch werden Kanten akzentuiert und Übergänge von einer Farbe zur anderen gemischt. Denken Sie daran, dass jedes Pixel im Bild nur eine Farbe haben kann, aber es stehen Millionen von Farben zur Auswahl. Die Kante zwischen einer roten Blume und einem blauen Himmel muss scharf sein, aber auch entlang der Kante verschmelzen. Dies richtig zu machen ist nicht einfach.
Als nächstes werden Dinge wie Weißabgleich und Kontrast behandelt. Diese Prozesse können einen großen Unterschied in der Qualität des Fotos sowie der tatsächlichen Farben machen. Diese Änderungen sind alle nur Zahlen; Nachdem Ihr Telefonalgorithmus Farbkanten definiert hat, ist es viel einfacher, den tatsächlichen Farbton oder die Kontraststufe anzupassen.
Mit jedem Foto, das Sie machen, macht Ihr Telefon eine Menge Zahlen.
Schließlich werden die Ausgabedaten analysiert und das Bild komprimiert. Farben, die sehr nahe beieinander liegen, werden auf die gleiche Farbe umgeschaltet (da wir den Unterschied nicht sehen können), und wenn möglich werden Pixelgruppen zu einer einzigen Information zusammengeführt, was zu einer kleineren Dateiausgabe führt Größe.
Diese Werkzeuge erstellen ein Bild, das so genau ist wie die mit der alten Filmmethode erstellten. Die Computerfotografie kann jedoch noch viel mehr, indem sie die Daten mit den gleichen Algorithmen ändert. Zum Beispiel ändert die Porträtfotografie den Kantenerkennungs- und Schärfungsprozess, während die Nachtfotografie die Kontrast- und Farbbalance-Algorithmen ändert. Und die Szenenerkennungsmodi "KI" in modernen Telefonen verwenden auch Computerfotografie, um zu erkennen, was drin ist die Aufnahme – zum Beispiel einen Sonnenuntergang – und ändern Sie den Weißabgleich, um eine angenehme Aufnahme mit warmem Farben.
Quelle: Hayato Huseman / Android Central
In jüngerer Zeit hat die erhöhte Rechenleistung von Smartphones die Leistungsfähigkeit der Computerfotografie erheblich erweitert. Es ist ein großer Teil davon, warum einige der beste Android-Handys wie die Google Pixel-Serie und aktuelle Samsung Galaxy-Modelle machen so tolle Fotos. Die rohe, Zahlenverarbeitungsleistung dieser Geräte bedeutet, dass Telefone einige der Schwächen ihrer eigenen kleinen Sensoren mit computergestützter Fotografie umgehen können. Während normalerweise ein viel größerer Sensor erforderlich sein kann, um bei schwachem Licht ein klares Foto aufzunehmen, können Computertechniken Bilder intelligent aufhellen und entrauschen, um besser aussehende Aufnahmen zu erzielen.
Die Nachtmodus-Funktion Ihres Telefons wäre ohne Computerfotografie unmöglich.
Nehmen Sie zum Beispiel die Google Pixel-Serie. Das Herzstück der Magie der Google Camera App ist die Multi-Frame-Fotografie. Dabei handelt es sich um eine computergestützte Fotografietechnik, bei der mehrere Fotos schnell hintereinander aufgenommen werden verschiedene Belichtungsstufen und dann mit gleichmäßiger Belichtung zu einem einzigen Bild zusammenfügen hindurch. Da sich Ihr Telefon wahrscheinlich bewegt hat, während Sie das Foto aufgenommen haben, verlässt sich HDR+ auf die Algorithmen von Google, um das Bild zurückzusetzen ohne Geisterbilder, Bewegungsunschärfe oder andere Aberrationen zusammen und reduzieren gleichzeitig das Auftreten von Rauschen in setzt. Das ist ein ganz anderer Prozess, als Sie sich das vorstellen könnten Fotografie. Die Rechenleistung an Bord und der Code, der sie befehligt, ist genauso wichtig, wenn nicht sogar wichtiger als das Objektiv und der Sensor.
Quelle: Hayato Huseman / Android Central
Die Multi-Frame-Fotografie ist das Herzstück der Nachtmodusfunktionen der meisten Smartphones, einschließlich der Nachtsichtfunktion von Google. Diese rechenintensiven Funktionen nehmen nicht nur mehrere Langzeitbelichtungen über einige Sekunden auf, sondern gleichen auch die großen Bewegungen aus, die bei einer Handaufnahme auftreten. Auch hier ist Rechenleistung erforderlich, um all diese Daten zu sammeln und zu einem ansprechenden, verwacklungsfreien Foto neu anzuordnen.
Nehmen Sie diese Idee zum nächsten Schritt und Sie haben den Astrofotografie-Modus von Google Pixel, der Computer verwendet Fotografie zum Ausgleich der Erdrotation, um klare Fotos des Kosmos zu erzeugen und gleichzeitig nicht zu überbelichten Landschaftsdetails.
Der nächste Schritt in der computergestützten Fotografie, wie in der Google Pixel 6-Serie, wendet diese Techniken auch auf Videos an. Das Flaggschiff von Google 2021 verspricht, das gleiche Niveau der HDR+-Verarbeitung, das bei Standbildern in früheren Pixeln angewendet wurde, auf 4K-Filmmaterial mit 30 Bildern pro Sekunde zu bringen.
Die Leistungsfähigkeit der Computerfotografie wird durch die Datenmenge, die sie vom Sensor Ihres Telefons sammeln kann, und der Zahlenverarbeitung eingeschränkt Strom in Ihrem Telefon verfügbar, weshalb es einer der Hauptbereiche der Forschung und Entwicklung für so ziemlich alle wichtigen Telefone ist Hersteller.
Also, wenn du deine. bemerkst nächste Telefon viel bessere Fotos macht als das Modell, das es ersetzt, ist es wahrscheinlich nicht nur die Kamerahardware, die dafür verantwortlich ist. Es ist vielmehr das gesamte Computersystem dahinter.
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