сенсор обратной подсветки на телефоне
Меньше шумов с новыми CMOS-сенсорами
На Mobile World Congress 2011, который стартует в Барселоне в понедельник и продлится до 17 февраля, Samsung продемонстрирует два новых CMOS-сенсора (S5K3L1 и S5K3H2), которые ориентированы на применение в смартфонах.
Не смотря на распространенное (и вполне справедливое) убеждение «камера в телефоне баловство, фотоаппарат она не заменит», часто случаются ситуации, когда под рукой ничего лучшего, чем камера в телефоне не оказывается. И тут в качестве софтверного фильтра, улучшающего качество фотографии, часто применяется фраза «Сорри за качество, снимал телефоном». Samsung очень любит своих покупателей и совсем не хочет, чтобы они лишний раз извинялись за собственную технику. Поэтому наши инженеры не устают предлагать новые решения, которые позволят гордиться снимками, а не извиняться за них.
У модели S5K3L1 — 1/3,2-дюймовый 12-мегапиксельный сенсор. Она изготовлена с применением технологии задней подсветки BSI (Back Side Illuminated), что позволяет снимать с минимальными шумами при невысокой освещенности.
Разница между обычным сенсором (с передней подсветкой) и новым сенсором с технологией задней подсветки BSI состоит в том, что устройство BSI упрощает попадание света на фотодиоды сенсор. В обычном CMOS-сенсоре свет вынужден проходить по металлической проводке и элементам схемы, прежде чем он попадет на фотодиоды (т. н. «светополучающая поверхность» — light-receiving surface на схеме). В сенсоре же с задней подсветкой проводка спрятана за светополучающую поверхность, за счет чего сенсор становится более светочувствительным.
Также новинка оснащена опциональным фильтр RGB-white, который позволяет получить более яркие снимки (на 30% по сравнению с традиционными RGB-фильтрами). Некоторые дополнительные функции призванны устранить искажения на снимках.
Кроме фото сенсор способен снимать видео: в разрешении Full HD 1080p с частотой 60 кадров в секунду, в разрешении HD 720p — со скоростью 90 кадров в секунду, в разрешении VGA — 120 кадров в секунду.
CMOS-сенсор S5K3H2 также выполнен в форм-факторе 1/3,2 дюйма на базе технологии обратной подсветки, но его разрешение составляет 8 мегапикселей. Кстати, технология BSI отличается низким уровнем энергопотребления, так, сенсор S5K3H2 способен работать при напряжении всего 1,2 В — это позволяет продлить срок работы мобильного устройства.
Этот сенсор также способен осуществлять запись видео: в разрешении Full HD 1080p с частотой 30 кадров в секунду, в разрешении HD 720p — со скоростью 60 кадров в секунду, в разрешении VGA — 120 кадров в секунду. Поддерживается и возможность осуществления серийной съемки фотографий со скоростью до 15 кадров в секунду.
Обе модели сенсоров доступны для применения с модулями камер размера 8,5×8,5х6,0 мм с автофокусом. Таким образом, инженеры могут использовать ее в тонких мобильных устройствах.
Они уже доступны в виде отдельных образцов, а начало их массового производства состоится в третьем квартале этого года.
Экран стал тусклым на телефоне. Почему и что делать
Экран – это основной компонент, посредством которого мы взаимодействуем с нашими смартфонами. Поэтому крайне желательно, чтобы он имел: а) высокое разрешение, б) большую диагональ и в) достаточную яркость, чтобы иметь возможность потреблять контент хоть в помещении, хоть на улице. Но если разрешение и диагональ матрицы на уже имеющемся смартфоне подкрутить никак нельзя, то вот с яркостью всё заметно проще. Её можно убавить или прибавить так, как вам хочется. Другое дело, когда экран вдруг неожиданно потускнел и уже не дотягивает до пиковых показателей яркости.
Экран смартфона стал тускнеть? Попробуем разобраться, в чём дело
На самом деле причин, почему экран смартфона потускнел, может быть несколько. Разберём каждую по отдельности.
Снижается яркость на телефоне. Как запретить
Прежде всего нужно просто проверить автояркость. Возможно, датчик освещённости, который регулирует яркость экрана, счёл, что для комфортной работы будет достаточно и 50%:
Автояркость зачастую не позволяет выкрутить яркость на максимум
Рекомендуется проверить яркость сразу с нескольких сценариях использования: видео, фото, игры, работа с приложениями и просто взаимодействие с интерфейсом. При этом желательно повторить всё то же самое и в помещении, и на улице при естественном освещении. Если лучше не стало, переходим к другому способу.
Как увеличить яркость экрана
Скорее всего, причина, по которой яркости экрана банально не хватает, заключается либо в разрядке аккумулятора, но тогда его нужно просто зарядить, либо в работе режима энергосбережения. Даже если вы выкрутили яркость на максимум, он всё равно может немного её урезать в целях экономии ресурса аккумулятора. В этом случае единственный вариант исправить ситуацию – это отключить режим:
Режим энергосбережения принудительно снижает максимальную яркость
В моём случае после отключение режима энергосбережения прирост яркости происходит автоматически, и мне не нужно ничего включать дополнительно. Однако в прошивках некоторых смартфонов необходимо добавить яркость вручную. Скорее всего, это даст дополнительные 10-15% яркости. Но помните, что автономность смартфона в этом случае может упасть на те же 10-15%.
Почему не хватает яркости экрана
Возможно, просто яркость экрана вашего смартфона слишком мала, а, возможно, особенности вашего зрения требуют, чтобы изображение было поярче
Третью и четвёртую причину тусклого дисплея можно объединить в одну. Они хоть и имеют разную природу, но не подлежат исправлению. Поэтому просто примите нижеследующую информацию к сведению.
Вполне возможно, что ваш смартфон просто не способен выдать большую яркость. Это зависит даже не от настроек, а от его аппаратного оснащения. Например, мой Honor View 20 имеет дисплей с яркостью 520 нит.
Это не так уж и много по современным меркам. Например, iPhone 12 имеет штатную яркость в 800 нит, а пиковая достигает 1200. То есть в 2,5 раза больше. Логично, что пользоваться айфоном – особенно при естественном освещении – будет комфортнее, чем хонором.
Однако может быть и такое, что смартфон, которым вы пользуетесь, остаётся одним и тем же, а вам со временем стало банально не хватать его яркости. Я, конечно, не врач, но по себе знаю, что такое тоже может быть, и причина этому – близорукость, или миопия.
Что делают 3D-сенсоры в смартфонах? РАЗБОР
Все чаще мы видим в смартфонах так называемые 3D-сенсоры, или сенсоры глубины. Большинство из них также называют ToF-сенсорами аналогично одноименной технологии. По слухам, такой сенсор будет установлен и в новом iPhone (там он называется LiDAR, подробнее мы об этом рассказывали в другом материале). Эти сенсоры довольно дорого стоят, но зачем они нужны понятно не всем. Производители уверяют, что сенсоры позволяют делать лучше фото и портреты или добавляют фишки в дополненную реальность. Но так ли это на самом деле?
Сегодня обсудим, зачем нужны 3D-сенсоры в смартфонах, как это работает, ну и конечно, проведем несколько тестов и проверим заявления производителей.
Что такое 3D сенсор (сенсор глубины)
Для начала, давайте разберемся, а что такое 3D-сенсор? Фотокамеры захватывают проекцию окружающего мира на плоскость. По одной лишь фотографии не понять реальный размер объекта — размером ли он с бутылку или с Пизанскую башню. И расстояние до него тоже не понять.
Для того, чтобы понимать реальные размеры объектов на фото, масштабы съемки, отличать, что ближе к камере, а что дальше, и нужны 3D-сенсоры. Они уже давно и активно применяются в робототехнике, автономном транспорте, играх, медицине и много где еще. Более того, наши глаза — это тоже 3D сенсор. При этом, в отличие от LiDAR’а и ToF-сенсоров в смартфонах, глаза — пассивный 3D-сенсор. То есть не излучающий никакого света, а работающий только на основе поступающего света. Только благодаря этому мы можем хоть как-то перемещаться в пространстве и взаимодействовать с окружающими объектами. Теперь 3D-сенсоры появились и в смартфонах.
Как работает ToF?
LiDAR в iPad’е, а также все 3D-сенсоры в Android-смартфонах — это time-of-flight или сокращенно ToF-сенсоры. Они определяют расстояния до объектов вокруг, напрямую измеряя сколько времени понадобится свету, чтобы долететь от камеры до объекта и вернуться обратно. Это очень похоже на эхо в пещере, оно тоже после отражения от стенок возвращается к нам с запаздыванием. Чтобы пролететь 1 метр свету нужно 3 наносекунды, для 1 см — 30 пикосекунд. Вроде бы все понятно. Но есть проблема.
Это очень маленькие промежутки времени. Как камера может такое замерить? Не будет же она делать миллиард кадров в секунду, а потом их сравнивать? Есть 2 основных подхода для решения этой проблемы: dToF (direct ToF) и iToF (indirect ToF). И чтобы вас заинтриговать еще сильнее: абсолютное большинство Android-смартфонов используют как раз iToF сенсоры, тогда как LiDAR в Apple iPad и скорее всего в грядущих iPhone — это редкий представитель семейства dToF сенсоров. Так чем же они отличаются?
iToF — indirect ToF
Начнем с iToF. В таких сенсорах излучатель отправляет высокочастотный модулированный свет, то есть этот свет постоянно включается и выключается с частотой десятки миллионов раз в секунду. За счет того, что свету нужно время для полета до объекта и обратно, фаза, то есть вот это состояние где-то между включенностью и выключенностью, света, вернувшегося в камеру, немного отличается от фазы света в момент отправки. На сенсоре исходный и отраженный обратно от объекта сигналы накладываются друг на друга, и за счет этого определяется сдвиг фаз, который и позволяет понять расстояние до каждой точки объекта.
dToF — direct ToF
dToF работает немного иначе. В таких сенсорах напрямую измеряется разница во времени между отправкой света и детектированием его отражения на сенсоре. Для этого используются так называемые SPAD: single photon avalanche diodes. Они могут детектировать крайне маленькие импульсы света, фактически даже ловить единичные фотоны. Такие SPAD расположены в каждом пикселе сенсора. А в качестве излучателя в таких сенсорах используются как правило так называемые VCSEL — Vertical Cavity, Surface Emitting Laser. Это лазерный излучатель, подобный тем, что используются в лазерных мышках и много где еще. dToF сенсор в LiDAR разработан совместно с Sony и является первым массовым коммерческим dToF сенсором.
Можно лишь гадать, почему в iPad используется dToF сенсор, но давайте отметим преимущества такого сенсора. Во-первых, в отличие от iToF сенсора излучатель испускает не сплошную стену света, а лишь светит в отдельных направлениях, что позволяет экономить батарейку. Во-вторых, dToF сенсор меньше подвержен ошибкам в измерении глубины из-за так называемой multipath interference. Это типичная проблема iToF сенсоров. Она возникает из-за переотражения света между объектами перед попаданием обратно в сенсор и искажает измерения сенсора.
Как это работает, разобрались, давайте теперь посмотрим, а зачем вообще 3D-сенсоры используются в смартфонах.
Зачем это нужно в смартфонах
1. Безопасность
Первым массовым внедрением 3D-сенсоров в смартфонах мы обязаны Apple и технологии Face ID. Распознавание лиц при использовании трёхмерных данных намного точнее и надежнее классического распознавания лиц по фото. Для Face ID Apple использует технологию структурированной подсветки, на ней мы остановимся подробнее как-нибудь в следующий раз.
Большинство производителей заявляют, что именно более качественный и точный режим дополненной реальности является главной задачей 3D-сенсоров. Более того, это также поддерживается непосредственно компанией Google. Буквально недавно они представили грядущее обновление своей библиотеки дополненной реальности ARCore, позволяющее более реалистично размещать виртуальные объекты в реальности и взаимодействовать с реальными объектами.
Для этой же задачи Apple встроили LiDAR в iPad Pro. Такое можно делать и без 3D-сенсора, но с ним все работает точнее и надежнее, плюс задача становится вычислительно сильно проще и разгружает процессор. 3D-сенсор выводит AR на другой уровень.
3. Улучшение фотографий
Ряд производителей, например, Samsung и HUAWEI заявляют, что 3D-сенсор используется в первую очередь для более качественного размытия фона и более точного автофокуса при съемке видео. Другими словами, он позволяет увеличить качество обычных фото и видео.
4. Прочее
Доступ к данным сенсоров у некоторых смартфонов открыт, поэтому появляется все больше приложений, предлагающих новые применения. Так, например, с помощью внешних приложений 3D-сенсор можно использовать для измерения объектов, трехмерного сканирования и motion tracking’а. Есть даже приложение, позволяющее сделать из своего смартфона прибор ночного видения.
Тесты
С тем как это работает в теории разобрались, давайте теперь посмотрим, как это работает на практике, и есть ли какой-то толк от этих дорогущих 3D-сенсоров в флагманах. Для тестов мы взяли Redmi Note 9S, у него есть ToF-сенсор и мы сделали несколько снимков в портретном режиме, но во втором случае просто закрыли 3D-камеру пальцем. И вот что получилось.
Всё просто — размытие действительно больше и лучше, если ToF работает.
И для частоты эксперимента мы взяли Samsung Galaxy S20 Ultra, который также получил ToF-камеру.
И найдите хотя бы одно отличие?
Что получается? Дело в том, что в зависимости от производителя ToF-камера используется по-разному и в разной степени.
Можно сказать, что часть производителей смартфонов располагает ToF-датчики в своих смартфонов не для маркетинга, чтобы добавить ещё одну камеру, а скорее на всякий случай. А дальше уже алгоритмы решают — использовать эту камеру или нет?
При этом на сегодняшний момент необходимости в LiDAR или ToF-камерах прямо нет. Так что это видимо чуть больше маркетинг.
Как работает сенсорный экран смартфона?
Содержание
Содержание
Сенсорные экраны, без которых невозможно представить современный мир, впервые появились в мобильных устройствах в далеком 1994 году, когда в продажу вышел уникальный для своего времени телефон IBM Simon. Но сенсорные тачскрины далеко не сразу полюбились массовому пользователю, так как поначалу их отзывчивость и энергоэффективность оставляли желать лучшего. Устройства, оснащенные экранами, которые реагируют на нажатия, нельзя было назвать доступными по цене.
Но времена меняются. К 2020 году наблюдается следующая тенденция — некоторые кнопочные телефоны и смартфоны могут стоить даже дороже бюджетных аналогов с сенсорным экраном. Производство тачскринов стало максимально бюджетным, хотя многое зависит от типа используемой матрицы. Пользоваться экранами стало значительно удобнее. О том, как развивались сенсорные экраны, какие их виды существуют на сегодняшний день и что, предположительно, нас ждет в будущем, вы можете прочитать в нашей статье, а также посмотреть видео на эту тему.
Резистивные экраны
Именно экран с резистивным принципом определения координат стал первым в мире (если рассматривать коммерческие решения), с помощью которого стало возможно управлять техникой. Изобретено такое решение было ещё в 70 году прошлого века — во времена, когда смартфоны если и существовали, то только в виде идеи, реализация которой станет доступна спустя пару десятков лет.
Принцип работы резистивного экрана, изобретённый физиком Джорджом Сэмюэлем Херстом и его коллегами, заключается в наличии над матрицей двух электропроводящих резистивных слоев и находящихся между ними микроизоляторов, равномерно распределенных по всей области экрана. При нажатии на дисплей слои замыкаются, при этом меняется сопротивление, которое регистрируется аналогово-цифровым преобразователем, принимая вид координат прикосновения по осям X и Y. Это позволяет определить в каком месте было совершено нажатие. Главным плюсом резистивного тачскрина считается его всеядность — он реагирует на прикосновения любых предметов, но и недостатков у такого экрана хватает, из-за чего он давно не используется в смартфонах.
Минусы:
При этом в разное время были и примеры сравнительно хороших резистивных экранов с отличным позиционированием, а ещё такие экраны надежно работают на холоде и в жару.
Емкостные экраны
Это может показаться удивительным, но первые емкостные дисплеи, которые используются в современных смартфонах, появились раньше резистивного варианта, уже практически не встречающегося в мобильной технике. Принято считать, что емкостный экран был создан англичанином Эриком Джонсоном из Royal Radar Establishment. Разработанный экран реагировал именно на прикосновения пальцев или других токопроводящих предметов, но долгое время использовался в основном авиадиспетчерами. Недостатки технологии заключались в отсутствии поддержки более одного касания и в сложности использования в массовых устройствах.
Впервые в смартфонах поддержка более одного нажатия, или мультитача, стала доступна в аппарате Iphone первого поколения, который начал продаваться в 2007 году. Многочисленные пользователи сразу оценили удобство и сравнительно хорошую отзывчивость дисплея. Не будет преувеличением написать, что именно Iphone стал убийцей кнопочных смартфонов, которые постепенно начали вымирать, даже противникам сенсорных экранов не оставалось ничего иного, как смириться с этим явлением.
Преимущества емкостного тачскрина вполне очевидны, если вам приходилось пользоваться его резистивным аналогом, до сих пор применяемым в некоторых банкоматах и различных автоматах для покупки билетов, еды, напитков и т. п. Прежде всего, для распознания нажатия не нужно слишком сильно давить на экран, хотя современные стекла в этом плане достаточно прочны. Также в последние годы почти во всех смартфонах отказались от использования экранов с воздушной прослойкой, хотя исключения есть не только в ультрабюджетном сегменте. К примеру, прослойка есть в девайсе Armor 3 WT, стоимость которого превышает 20000 рублей.
К тому же интерфейс мобильных устройств с емкостным тачскином, как правило, хорошо оптимизирован под управление только лишь пальцами, за исключением некоторых старых моделей смартфонов, уже снятых с производства и с продажи. Но в случае необходимости можно воспользоваться емкостным стилусом для рукописного ввода текста или работы и изображениями. Также в некоторых моделях, к примеру, в аппаратах Samsung Galaxy Note, применяется стилусы, передающие сигнал через Bluetooth, а не нажатия на экран, и, по слухам, в будущем будет использоваться Wi-Fi-соединение для еще большей дальности связи.
Современные емкостные дисплеи вовсе не такие хрупкие, какими их принято считать, и хотя почти все экраны не переносят или с трудом переносят падения с большой высоты, но даже трещины на стекле в большинстве случаях не приводят к поломке сенсорного слоя. Поэтому все еще остается возможность управляеть девайсом через экран.
Правда, есть проблемы с работой при низкой температуре окружающей среды и с попаданием воды на экран, приводящей к случайным нажатиям и проблемам с управлением, так как жидкость обладает токопроводящими качествами. Из-за попадания капелек воды сенсор нередко считает, что его коснулись пальцем — это происходит из-за похожего сигнала, который имеет достаточную силу и не отсекается устройством.
Проблема привела к тому, что даже в защищенных от воды смартфонах делают специальный режим подводной съемки, при котором любые нажатия на экран перестают распознаваться, а управление камерами переносится на различные кнопки. Чаще всего это качелька регулировки громкости.
В ближайшее время проблема может решиться: уже состоялись презентации смартфонов с сенсорами, которыми можно полноценно управлять даже под водой, но о повсеместном использовании пока говорить не приходится. О патенте, в котором описывается метод работы сенсора под водой, можно прочитать здесь, но работа над этой технологией прекращена.
О режиме работы в перчатках
В большинстве случаев емкостными экранами не получается пользоваться в перчатках или с любыми не проводящими ток предметами, но некоторые смартфоны имеют так называемый режим работы в перчатках. Реализован этот режим на уровне софта, путем многократного повышения чувствительности сенсорного слоя — он может встретиться и в бюджетных смартфонах, к примеру, в Ulefone Armor X7 или Neffos C9, поэтому не стоит считать его особенностью дорогих моделей.
При этом если перчатки тонкие, а нажатия сильные, и если в смартфоне не используется дополнительное защитное стекло, то чувствительности экрана может хватить, так как с развитием технологий дисплеи становятся всё более отзывчивыми.
Что еще влияет на чувствительность сенсора?
Во многом чувствительность сенсорного слоя зависит и от того, сколько одновременных нажатий поддерживает тачскрин, и проверить это может любой пользователь путем установки софта MultiTouch Tester или его аналогов. В бюджетных моделях, у которых мультатач воспринимает всего два касания, чаще всего возникают проблемы с точностью позиционирования. Также распространены более точные мультитачи на 5 и 10 касаний. А вот вариантов на 3 касания на самом деле не существует, хотя вы можете обнаружить подобный в своём устройстве или в некоторых обзорах смартфонов. Три касания отображаются из-за реализации таких функций, как снятие скриншота свайпом тремя пальцами и других возможностей, связанных с наэкранными жестами, но такое поведение встречается в единичных моделях. Не нужно считать, что мультитач на 10 касаний является избыточным — хотя использовать все 10 пальцев при реальных сценариях использования никогда не приходится, но отзывчивость экрана и точность нажатий от этого только увеличатся.
В последнее время в характеристиках некоторых смартфонов стало принято указывать частоту опроса сенсорного слоя, которое не стоит путать с частотой обновления экрана. Значение может составить и 270 Гц, как в смартфоне Xiaomi Black Shark 3, и нужно полагать, что это предел только на момент написания статьи. В теории, если это не маркетинговая уловка, более высокая частота опроса ускоряет реакцию смартфона на прикосновения, положительно влияя на отзывчивость.
Какие еще виды сенсорных дисплеев существуют?
Емкостные экраны благодаря своей универсальности стали самыми распространенными в смартфонах и планшетах, тогда как другие тачскрины не прижились именно в мобильной технике из-за своих недостатков. Долгое время считалось, что на смену емкостным тачскринам придут волновые (и до сих на эту тему появляется много статей), которые могут учитывать силу нажатия и пропускают больше света.
Но они не стали, и, вполне вероятно, не станут популярными, так как их пока нельзя использовать в моделях с загнутыми боками или с раскладными экранами. Поэтому интересно будет узнать о том, как разработчики пытаются дополнить возможности емкостной технологии.
Настоящее и будущее емкостных тачскринов
Один из самых интересных примеров переосмысления сенсора еще в 2012 году представила компания Sony, выпустившая на рынок смартфон Xperia Sola с технологией Floating touch, что в дословном переводе означает «парящее касание». Особенность Floating touch состоит в том, что пользователь может управлять экраном без прикосновения к нему, с расстояния примерно до 22 мм. Для этого использовался отдельный датчик, но работу функции нельзя было назвать идеальной, и, к тому же, изначально экран в воздухе реагировал только при работе с браузером и с живыми обоями. Возможно, именно поэтому Floating touch нельзя обнаружить в современных девайсах.
Проводятся эксперименты и по управлению с помощью слежения за лицом и за жестами в воздухе, которые фиксирует фронтальная камера, как это случилось в серии смартфонов HUAWEI Mate 30.
Такой способ управления может стать популярным в будущем, но пока камера не всегда фиксирует некоторые жесты, как было это выяснено автором статьи из личного опыта тестирования Mate 30 Pro.
Не стоит забывать и про голосовое управление, которое наверняка будет чаще использоваться, причем не только людьми с ограниченными возможностями.
Отсутствие тактильного отклика сенсора некоторые производители с различной степенью успешности пытаются заменить продвинутой системой вибрации, срабатывающей при прикосновениях к экрану, но пока нельзя сказать, что результаты впечатляют.
В заключение стоит упомянуть, что во многом самыми совершенными сенсорными экранами на 2020 год являются Super и Dymamic Amoled, у которых емкостный сенсорный слой расположен не за стеклом, как у многих моделей, а прямо внутри дисплейного модуля. Это позволяет не только уменьшить толщину экранов, а значит и смартфонов в целом, но и делает матрицу более яркой. Поэтому неудивительно, что Amoled-матрицы воспринимаются более яркими, чем IPS-аналоги при одинаковой максимальной яркости. Кроме того, у таких матриц наименьшее время отклика, что особенно важно для игр.
Также в последнее время появляется все больше устройств со складными экранами, которые могут менять размеры и служить как смартфоном, так и планшетом.
Перспективной, на первый взгляд, выглядит технология управления нажатием на изображение, выводимое с проектора. Правда, пока ничего не указывает на то, что в скором времени нечто подобное появится в смартфонах. Изображению будет не хватать яркости, а у мобильного устройства значительно снизится время работы, не говоря уже о прочих проблемах, связанных с удобством.
Предугадать, какой вариант придёт в будущем на замену емкостному дисплею, сложно. И вовсе не факт, что в ближайшие десятилетия придумают что-то более удобное и функциональное. Скорее емкостные тачскрины просто будут совершенствоваться, дополнительно получая новые способы управления, перечисленные в статье.
