Fonte: Alex Dobie/Centrale Android
La fotocamera del tuo smartphone è molto più di una semplice fotocamera. Ogni volta che scatti una foto, fa molto di più che aspirare piccoli punti di luce e visualizzarli sullo schermo. Gran parte della magia dietro le quinte è fotografia computazionale, che sembra complicato, ma è un termine piuttosto ampio che si riferisce alle fotocamere che manipolano un'immagine digitalmente, utilizzando un computer integrato, invece di applicare una buona ottica vecchio stile.
La fotocamera di qualsiasi smartphone moderno funge fondamentalmente da computer autonomo. Utilizza core di elaborazione specializzati per elaborare le informazioni digitali catturate dal sensore della fotocamera e quindi lo traduce in un'immagine che possiamo vedere sul display o condividere su Internet o persino stampare e appendere il muro. È molto diverso dal vecchio modo in cui i fotografi usavano la pellicola e le camere oscure.
La fotocamera del tuo telefono è fondamentalmente un computer autonomo.
Il sensore di immagine è dove tutto ha inizio. È una serie rettangolare di minuscoli semiconduttori sensibili alla luce noti come photosite. Il prodotto finale è l'immagine creata, anch'essa una matrice rettangolare ma composta da pixel colorati. La conversione non è una mappa uno a uno tra photosite e pixel. È qui che entra in gioco l'elaborazione delle immagini e inizia la fotografia computazionale.
Il sensore di immagine del telefono è coperto da uno schema di filtri di luce rossa, verde e blu. Ciò significa che un singolo photosite registra la luce in un solo colore (espresso da una banda di lunghezze d'onda della luce). L'immagine finale ha tutti e tre i colori disponibili in ogni singolo pixel, dove l'intensità della luminosità determina il colore che i nostri occhi possono vedere.
Fonte: Alex Dobie/Centrale Android
Il primo passaggio consiste nell'applicare un algoritmo che unisca le informazioni sui colori acquisite dal sensore di immagine in un'immagine effettivo colore che dovrebbe mostrare un pixel nell'immagine. Il nome di questo passaggio è generalmente noto come demosaicizzazione.
Il passaggio successivo del computer/della fotocamera del telefono è quello di utilizzare un algoritmo di nitidezza. Questo accentua i bordi e fonde le transizioni da un colore all'altro. Ricorda, ogni pixel nell'immagine può essere di un solo colore, ma ci sono milioni di colori tra cui scegliere. Il bordo tra un fiore rosso e un cielo blu deve essere nitido ma anche sfumato lungo il bordo. Fare questo bene non è facile.
Successivamente, vengono affrontate cose come il bilanciamento del bianco e il contrasto. Questi processi possono fare una grande differenza nella qualità della foto, così come nei colori reali in essa. Questi cambiamenti sono solo numeri; dopo che l'algoritmo del telefono ha definito i bordi del colore, è molto più semplice regolare la tonalità effettiva del colore o il livello di contrasto.
Con ogni foto che scatti, il tuo telefono sta facendo un sacco di numeri.
Infine, i dati di output vengono analizzati e l'immagine viene compressa. I colori molto vicini tra loro vengono cambiati per essere dello stesso colore (perché non possiamo vedere la differenza), e, se possibile, i gruppi di pixel vengono uniti in un'unica informazione, portando a un output di file più piccolo dimensione.
Questi strumenti creano un'immagine accurata come quelle create con il vecchio metodo cinematografico. Ma la fotografia computazionale può fare molto di più modificando i dati utilizzando gli stessi algoritmi. Ad esempio, la fotografia di ritratto modifica il rilevamento dei bordi e il processo di nitidezza, mentre la fotografia notturna modifica gli algoritmi di contrasto e bilanciamento del colore. E le modalità di rilevamento delle scene "AI" nei telefoni moderni utilizzano anche la fotografia computazionale per identificare cosa c'è dentro lo scatto, ad esempio un tramonto, e modificare il bilanciamento del bianco per produrre uno scatto piacevole con colori caldi colori.
Fonte: Hayato Huseman / Android Central
Più di recente, la maggiore potenza di elaborazione degli smartphone ha notevolmente ampliato la potenza della fotografia computazionale. È una grande parte del motivo per cui alcuni dei i migliori telefoni Android come la serie Google Pixel e i recenti modelli Samsung Galaxy scattano foto così belle. La potenza grezza e di elaborazione dei numeri di questi dispositivi significa che i telefoni possono eludere alcuni dei punti deboli dei propri piccoli sensori con la fotografia computazionale. Mentre normalmente potrebbe essere necessario un sensore molto più grande per scattare una foto nitida in condizioni di scarsa illuminazione, le tecniche di calcolo possono illuminare in modo intelligente e ridurre il rumore delle immagini per produrre scatti dall'aspetto migliore.
La funzione Modalità notturna del telefono sarebbe impossibile senza la fotografia computazionale.
Prendi la serie Google Pixel, ad esempio. Al centro della magia dell'app Google Fotocamera c'è la fotografia multi-frame. Questa è una tecnica di fotografia computazionale che prevede di scattare diverse foto in rapida successione a diversi livelli di esposizione, quindi unendoli insieme in un'unica immagine con un'esposizione uniforme per tutto. Poiché probabilmente il tuo telefono si stava muovendo mentre stavi scattando la foto, HDR+ si basa sugli algoritmi di Google per ripristinare l'immagine insieme senza ghosting, motion blur o altre aberrazioni, riducendo anche in modo intelligente l'aspetto del rumore in posti. È un processo molto diverso da quello a cui potresti pensare fotografia. La potenza di calcolo a bordo e il codice che la comanda sono altrettanto importanti, se non di più, dell'obiettivo e del sensore.
Fonte: Hayato Huseman / Android Central
La fotografia multi-frame è al centro delle funzionalità della modalità notturna della maggior parte degli smartphone, inclusa la funzione Night Sight di Google. Queste funzioni pesanti di calcolo non solo richiedono diverse esposizioni lunghe in pochi secondi, ma compensano anche la grande quantità di movimento che si verifica con uno scatto a mano libera. Ancora una volta, è necessaria la potenza di calcolo per raccogliere tutti quei dati e riorganizzarli in una foto piacevole e senza sfocature.
Porta questa idea al passaggio successivo e avrai la modalità Astrofotografia di Google Pixel, che utilizza il calcolo fotografia per compensare la rotazione terrestre, producendo foto nitide del cosmo senza sovraesporre dettagli del paesaggio.
Il prossimo passo nella fotografia computazionale, come si vede nel Google Pixel serie 6, sta applicando queste tecniche anche ai video. L'ammiraglia di Google del 2021 promette di portare lo stesso livello di elaborazione HDR+ applicato alle foto dei precedenti Pixel a filmati 4K a 30 fotogrammi al secondo.
La potenza della fotografia computazionale è limitata dalla quantità di dati che può raccogliere dal sensore del telefono e dall'elaborazione dei numeri potenza disponibile nel telefono, motivo per cui è una delle principali aree di ricerca e sviluppo per quasi tutti i principali telefoni produttori.
Quindi quando noti il tuo prossimo telefono che scatta foto molto migliori rispetto al modello che sta sostituendo, è probabile che non sia solo l'hardware della fotocamera a essere responsabile. Piuttosto, è l'intero sistema informatico dietro di esso.
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