Что такое интерполяция камеры в телефоне и для чего она нужна? Интерполяция цифрового изображения Что такое интерполяция камеры

Сенсоры - это устройства, определяющие лишь градации серого (градации интенсивности света - от полностью белого до полностью черного). Чтобы камера могла различать цвета, на кремний с помощью процесса фотолитографии накладывается массив цветных фильтров. В тех сенсорах, где используются микролинзы, фильтры помещаются между линзами и фотоприемником. В сканерах, где используются трилинейные ПЗС (рядом расположенные три ПЗС, реагирующие соответственно на красный, синий и зеленый цвета), или в high-end цифровых камерах, где также используются три сенсора, на каждый сенсор фильтруется свет своего определенного цвета. (Заметим, что в некоторых камерах с несколькими сенсорами используются комбинации нескольких цветов в фильтрах, а не три стандартных). Но для устройств с одним сенсором, каковыми является большинство потребительских цифровых фотоаппаратов, для обработки различных цветов используются массивы цветных фильтров (color filter arrays, CFA).

Для того чтобы каждому пикселю соответствовал свой основной цвет, над ним помещается фильтр соответствующего цвета. Фотоны, прежде чем попасть на пиксель, сначала проходят через фильтр, который пропускает только волны своего цвета. Света другой длины будет просто поглощаться фильтром. Ученые определили, что любой цвет в спектре можно получить смешением всего нескольких основных цветов. В модели RGB таких цвета три.

Для каждого применения разрабатываются свои массивы цветных фильтров. Но в большинстве сенсоров цифровых камер наиболее популярными являются массивы фильтров цветовой модели Байера (Bayer pattern). Эта технология была изобретена в 70-х компанией Kodak, когда проводились исследования в области пространственного разделения. В этой системе фильтры расположены вперемежку, в шахматном порядке, а количество зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих. Порядок расположения таков, что красные и синие фильтры расположены между зелеными.

Такое количественное соотношение объясняется строением человеческого глаза - он более чувствителен к зеленому свету. А шахматный порядок обеспечивает одинаковые по цвету изображения независимо от того, как вы держите камеру (вертикально или горизонтально). При чтении информации с такого сенсора, цвета записываются последовательно в строчках. Первая строчка должна быть BGBGBG, следующая - GRGRGR и т.д. Такая технология называется последовательной RGB (sequential RGB).

В ПЗС камерах совмещение всех трех сигналов воедино происходит не на сенсоре, а в устройстве формирования изображения, уже после того, как сигнал преобразован из аналогового вида в цифровой. В КМОП сенсорах это совмещение может происходить непосредственно на чипе. В любом случае, первичные цвета каждого фильтра математически интерполируются с учетом цветов соседних фильтров. Заметим, что в любом изображении большинство точек - это смешение основных цветов, и лишь немногие действительно представляют чистый красный, синий или зеленый цвет.

Например, чтобы определить, влияние соседних пикселей на цвет центрального при линейной интерполяции будет обрабатываться матрица пикселей размером 3х3. Возьмем, к примеру, простейший случай - три пикселя - с синим, красным и синим фильтрами, расположены в одной строчке (BRB). Предположим, вы пытаетесь получить результирующее значение цвета красного пикселя. Если все цвета равноправны, то цвет центрального пикселя вычисляется математически как две части синего к одной части красного. На самом же деле, алгоритмы даже простой линейной интерполяции намного более сложны, они учитывают значения всех окружающих пикселей. Если интерполяция происходит плохо, то получаются зубцы на границах смены цветов (или появляются цветовые артефакты).

Отметим, что слово "разрешение" в области цифровой графики употребляется некорректно. Пуристы (или педанты - кому как больше нравится), знакомые с фотографией и оптикой, знают, что разрешение - это мера способности человеческого глаза или прибора различать отдельные линии на сетке разрешений, например, на сетке ISO, показанной ниже. Но в компьютерной индустрии принято разрешением называть количество пикселей, и раз уж так повелось, мы также последуем этой конвенции. Ведь даже разработчики называют разрешением количество пикселей в сенсоре.

Посчитаем?

Размер файла изображения зависит от количества пикселей (разрешения). Чем больше пикселей, тем больше файл. Например, изображение сенсоров стандарта VGA (640х480 или 307200 активных пикселей) будет занимать в несжатом виде около 900 килобайт. (307200 пикселей по 3 байта (R-G-B) = 921600 байт, что примерно равно 900 килобайтам) Изображение 16 MP сенсора будет занимать около 48 мегабайт.

Казалось бы, что такого - сосчитать количество пикселей в сенсоре, чтобы определить размер получающегося изображения. Тем не менее, производители камер представляют кучу разных цифр, и каждый раз утверждают, что это и есть истинное разрешение камеры.

В общее число пикселей входят все пиксели, физически существующие в сенсоре. Но активными считаются только те, которые участвуют в получении изображения. Около пяти процентов всех пикселей не будут участвовать в получении изображения. Это либо дефектные пиксели, либо пиксели, использующиеся камерой по другому назначению. Например, могут существовать маски для определения уровня темнового тока или для определения формата кадра.

Формат кадра - соотношения между шириной и высотой сенсора. В некоторых сенсорах, например, с разрешением 640х480, это соотношение равно 1,34:1, что соответствует формату кадра большинства компьютерных мониторов. Это означает, что изображения, созданные такими сенсорами, будут точно укладываться в экран монитора, без предварительного кадрирования. Во многих аппаратах формат кадра соответствует формату традиционной 35-милиметровой пленки, где соотношение равно 1:1,5. Это позволяет делать снимки стандартного размера и формы.

Интерполяция разрешения

Кроме оптического разрешения (реальная способность пикселей реагировать на фотоны), существует также разрешение, увеличенное программно-аппаратным комплексом, с помощью интерполирующих алгоритмов. Как и в интерполяции цветов, в интерполяции разрешения математически анализируются данные соседних пикселей. При этом в результате интерполяции создаются промежуточные значения. Такое "внедрение" новых данных может производиться довольно гладко, при этом интерполированные данные будут чем-то средними, между реальными оптическими данными. Но иногда при такой операции могут возникать различные помехи, артефакты, появляться искажения, в результате которых качество изображения лишь ухудшится. Поэтому многие пессимисты считают, что интерполяция разрешения - это вовсе не способ улучшения качества изображений, а лишь метод увеличения файлов. При выборе устройства обращайте внимание, какое разрешение указано. Не стоит сильно радоваться высокому интерполированному разрешению. (Оно помечается как interpolated или enhanced).

Ещё один процесс обработки изображения на программном уровне - это субдискретизация (Sub-sampling). По сути, это процесс, обратный интерполяции. Этот процесс производится на стадии обработки изображения, уже после того, как данные преобразованы из аналогового цифровой вид. При этом удаляются данные различных пикселей. В КМОП сенсорах эту операцию можно провести на самом чипе, временно отключив считывание определенных строчек пикселей, или считывая данные лишь с избранных пикселей.

Субдискретизация выполняет две функции. Во-первых, для уплотнения данных - чтобы хранить больше снимков в памяти определенного размера. Чем меньше количество пикселей, тем меньше получается размер файла, и тем больше снимков вы сможете уместить на карточке памяти или во внутренней памяти устройства и тем реже вам придется скачивать фотографии на компьютер или менять карточки памяти.

Вторая функция этого процесса - создание изображений определенного размера для определенных целей. Камеры с 2MP сенсором вполне по зубам сделать снимок стандартной фотографии размером 8х10 дюймов. Но если вы попытаетесь переслать такую фотографию по почте, то это заметно увеличит размер письма. Субдискретизация позволяет обработать изображение так, чтобы оно нормально смотрелось на мониторах ваших друзей (если не ставить целью детализацию) и при этом отправлялось достаточно быстро даже на машинах с медленным соединением.

Теперь, когда мы ознакомились с принципами работы сенсоров, знаем, как получается изображение, давайте заглянем несколько глубже и затронем более сложные ситуации, возникающие при цифровой фотографии.

Рынок мобильных телефонов заполнен моделями с камерами с огромными разрешениями. Встречаются даже относительно недорогие смартфоны с сенсорами разрешением 16-20 Мп. Незнающий покупатель гонится за "крутой" камерой и отдает предпочтение тому телефону, у которого разрешение камеры выше. Он даже и не догадывается, что попадается на удочку маркетологов и продавцов.

Что такое разрешение?

Разрешение камеры - это параметр, который указывает на конечный размер изображения. Он определяет только то, насколько полученное изображение будет большим, то есть его ширину и высоту в пикселях. Важно: качество картинки при этом не изменяется. Фотография может получиться некачественной, но большой из-за разрешения.

Разрешение не влияет на качество. Нельзя было не упомянуть об этом в контексте интерполяции камеры смартфона. Теперь можно переходить непосредственно к сути.

Что такое интерполяция камеры в телефоне?

Интерполяция камеры - это искусственное увеличение разрешения изображения. Именно изображения, а не То есть это специальное программное обеспечение, благодаря которому снимок с разрешением 8 Мп интерполируется до 13 Мп или больше (или меньше).

Если проводить аналогию, то интерполяция камеры подобна или биноклю. Эти устройства увеличивают изображение, но не делают его более качественным или детализированным. Так что если в характеристиках к телефону указана интерполяция, то фактическое разрешение камеры может быть ниже заявленного. Это не плохо и не хорошо, это просто есть.

Для чего это нужно?

Интерполяцию придумали для увеличения размера изображения, не более того. Сейчас это уловка маркетологов и производителей, которые пытаются продать продукт. Они большими цифрами указывают на рекламном постере разрешение камеры телефона и позиционируют это как преимущество или нечто хорошее. Мало того, что само по себе разрешение не оказывает влияния на качество фотографий, так оно еще может быть интерполировано.

Буквально 3-4 года тому назад многие производители гнались за количеством мегапикселей и разными способами пытались впихнуть их в свои смартфоны сенсоры с как можно большим числом. Так появлялись смартфоны с камерами с разрешением 5, 8, 12, 15, 21 Мп. Фотографировать они при этом могли как самые дешевые мыльницы, но покупатели, увидев наклейку "Камера на 18 Мп", сразу хотели купить такой телефон. С появлением интерполяции продавать такие смартфоны стало проще из-за возможности искусственно добавить мегапикселей камере. Конечно, качество фото со временем начало расти, но точно не из-за разрешения или интерполяции, а из-за естественного прогресса в плане разработки сенсоров и программного обеспечения.

Техническая сторона

Что такое интерполяция камеры в телефоне технически, ведь весь текст выше описывал только основную идею?

С помощью специального программного обеспечения на изображении "рисуются" новые пиксели. Например, для увеличения изображения в 2 раза после каждой строки пикселей картинки добавляется новая строка. Каждый пиксель в этой новой строке заполняется цветом. Цвет заливки высчитывается специальным алгоритмом. Самый первый способ - залить новую строку цветами, которыми обладают ближайшие пиксели. Результат такой обработки будет ужасным, но зато подобный способ требует минимум вычислительных операций.

Благо, современные мобильные процессоры быстры, и на практике пользователь не замечает, как программа редактирует изображение, пытаясь искусственно увеличить его размер.

Есть много продвинутых способов и алгоритмов интерполяции, которые совершенствуются постоянно: улучшаются границы перехода между цветами, линии становятся более точными и четкими. Неважно, как построены все эти алгоритмы. Сама идея интерполяции камеры банальна и вряд ли приживется в ближайшем будущем. С помощью интерполяции невозможно сделать изображение более детализированным, добавить новые детали или улучшить его каким-либо еще образом. Только в фильмах маленькая размытая картинка после наложения пары фильтров становится четкой. На практике такого быть не может.

Нужна ли вам интерполяция?

Многие пользователи по своему незнанию задают на разных форумах вопросы, как сделать интерполяцию камеры, полагая, что это улучшит качество изображений. На самом деле интерполяция не только не улучшит качество картинки, но даже может сделать хуже, ведь к фотографиям будут добавляться новые пиксели, и из-за не всегда точного вычисления цветов для заливки на фото могут быть недетализированные участки, зернистость. В результате качество падает.

Так что интерполяция в телефоне - это маркетинговая уловка, которая совершенно не нужна. Она может увеличивать не только разрешение фото, но и стоимость самого смартфона. Не попадайтесь на уловки продавцов и производителей.

Что такое интерполяция камеры?

У всех современных смартфонов есть встроенные камеры, позволяющие увеличивать полученные изображения при помощи специальных алгоритмов. С математической точки зрения интерполяция представляет собой способ обнаружения промежуточных значений числа по имеющемуся набору дискретных параметров.

Эффект интерполяции чем-то напоминает действие лупы. Программное обеспечение смартфона не увеличивает чёткость и резкость изображения. Оно просто расширяет картинку до требуемого размера. Некоторые производители смартфонов пишут на упаковке своих изделий, что встроенная камера имеет разрешение «до 21 Мп». Чаще всего речь именно об интерполированном изображении, которое имеет низкое качество.

Типы интерполяции

Метод ближайшего соседа

Метод считается базовым и относится к категории простейших алгоритмов. Параметры пикселя определяются на основе одной ближайшей точки. В результате математических расчётов размер каждого пикселя увеличивается в два раза. Использование метода ближайшего пикселя не требует больших вычислительных мощностей.

Билинейная интерполяция

Значение пикселя определяется на основе данных о четырёх ближайших точках, зафиксированных камерой. Результатом вычислений становится взвешенное усреднение параметров 4 пикселей, которые окружают исходную точку. Билинейная интерполяция позволяет сглаживать переходы между цветовыми границами предметов. Изображения, полученные с использованием этого метода, значительно превосходят по качеству картинки, интерполированные методом ближайшего пикселя.

Бикубическая интерполяция

Значение цвета искомой точки вычисляется на основе параметров 16 ближайших пикселей. Точки, которые расположены ближе всего, получают при расчёте максимальный вес. Бикубическая интерполяция активно используется программным обеспечением современных смартфонов и позволяет получить достаточно качественное изображение. Применение метода требует значительной мощности центрального процессора и высокой разрешающей способности встроенной камеры.

Чтобы не задавать лишних вопросов:

Плюсы и минусы

В фантастических фильмах часто показывают, как камера фиксирует лицо прохожего и передаёт цифровую информацию компьютеру. Машина увеличивает изображение, распознаёт фотографию и находит человека в базе данных. В реальной жизни интерполяция не добавляет изображению новых деталей. Она просто увеличивает исходную картинку при помощи математического алгоритма, улучшая её качество до приемлемого уровня.

Дефекты интерполяции

Наиболее частыми дефектами, возникающими при масштабировании изображений, считаются:

Ступенчатость;
Размытость;
Эффект ореола (гало).

Все интерполяционные алгоритмы позволяют соблюдать определённый баланс перечисленных дефектов. Уменьшение ступенчатости обязательно вызовет увеличение размытости изображения и появления гало. Усиление резкости изображения приведёт к повышению размытости картинки и т. д. Кроме перечисленных дефектов интерполяция может вызвать различные графические «шумы», которые можно наблюдать при максимальном увеличении изображения. Речь идёт о появлении «случайных» пикселей и несвойственных данному предмету текстур.

Камера в мобильном телефоне

Уже несколько лет производители совмещают мобильные телефоны с цифровыми камерами. Цифровой такая камера называется, потому что изображение, получаемое с ее помощью, состоит из точек, и качество и количество этих точек можно описать цифрами, а значит сохранить на современных цифровых носителях. Соответственно, качество цифровой камеры принято определять максимальным количеством точек, в котором камера может сохранить получаемое изображение. Конечно, для профессиональных отдельно выполненных фотоаппаратов, имеют значения и многие другие параметры, как то качество оптики, размер светочувствительной матрицы, принимающей непосредственно аналоговое изображение из объектива, принцип работы самой матрицы (CMOS,CCD) и многое другое. Для камер, выполненных в корпусе телефона и не имеющих качественной оптики, имеющих минимальные размеры матрицы и другие подобные минимизационные ухищрения, основным параметром остается максимальное количество точек, в котором камера может воспринимать изображение из объектива. А вот сохранять изображение в памяти телефона многие камеры могут как раз в большем разрешении, это называется интерполяцией. При интерполяции изображение, полученное физически и реально, программно увеличивается до заявленных маркетологами размеров. Такую операцию можно произвести на любом компьютере, поэтому наличие такой функции как интерполяция, весьма сомнительно в любом не то что телефоне, но и фотоаппарате. Так что, выбирая телефон с наиболее лучшей камерой, не поленитесь почитать в Интернете описание каждого аппарата, чтобы не нарваться на интерполяционное изображение.

Качество камеры, ну или размер изображения, принято измерять в мегапикселах. По нашему это будет: миллионы точек. В чем большем количестве точек матрица камеры может оцифровывать изображение, тем в принципе, лучше. При прочих равных факторах можно считать что камера в 4 мегапиксела снимает, не в 2, конечно, тут есть другие особенности, но несколько лучше чем двух-мегапиксельная камера. Хотя, надо заметить, что бывают случаи, когда с хорошей оптикой качественная матрица оцифровывает лучше чем ее низкокачественный многопиксельный собрат.

Обычно встречаются камеры в 0,3 мегапикселя (640х480), 1,3 мегапикселя (1280х960), 2 мегапикселя (1600х1200) и 4 мегапикселя (2304х1728). Отсутствие нормальной вспышки и качественной оптики делают даже фото в четыре мегапикселя пока еще недостаточно хорошего качества для распечатки изображения на фотобумаге. Изъяны будут видны невооруженным взглядом. Однако, при хорошем естественном (солнечном) освещении камера уже в 1,3 мегапикселя способна создать изображение, которое будучи распечатанным на фотобумаге стандартного размера 10х15 с вытянутой руки не будет отличаться от изображения, сделанного хорошим фотоаппаратом.

Статья предоставлена сайтом Мобильная жизнь от Dolche-Mobile.Ru

Интерполяция камеры - это искусственное увеличение разрешения изображения. Именно изображения, а не размера матрицы. То есть это специальное программное обеспечение, благодаря которому снимок с разрешением 8 Мп интерполируется до 13 Мп или больше (или меньше). Если проводить аналогию, то интерполяция камеры подобна увеличительному стеклу или биноклю. Эти устройства увеличивают изображение, но не делают его более качественным или детализированным. Так что если в характеристиках к телефону указана интерполяция, то фактическое разрешение камеры может быть ниже заявленного. Это не плохо и не хорошо, это просто есть.

Что такое интерполяция камеры в телефоне технически, ведь весь текст выше описывал только основную идею?

Чаще всего используется другой метод. То есть на исходное изображение добавляются новые строки пикселей. Каждый пиксель заливается цветом, который, в свою очередь, вычисляется как среднее значение соседних пикселей. Этот способ дает лучшие результаты, но требует больше вычислительных операций. Благо, современные мобильные процессоры быстры, и на практике пользователь не замечает, как программа редактирует изображение, пытаясь искусственно увеличить его размер. интерполяция камеры смартфона Есть много продвинутых способов и алгоритмов интерполяции, которые совершенствуются постоянно: улучшаются границы перехода между цветами, линии становятся более точными и четкими. Неважно, как построены все эти алгоритмы. Сама идея интерполяции камеры банальна и вряд ли приживется в ближайшем будущем. С помощью интерполяции невозможно сделать изображение более детализированным, добавить новые детали или улучшить его каким-либо еще образом. Только в фильмах маленькая размытая картинка после наложения пары фильтров становится четкой. На практике такого быть не может.
.html