В молодости мне повезло — я выпросил у киномеханика обрывок фильма с участием Владимира Высоцкого, несколько кадров. Я был горд — надеялся, что напечатаю себе портрет хорошего певца. Каково же было мое разочарование, когда на отпечатке я увидел портрет очень невысокого качества, с количеством деталей меньшим, чем видел на экране! Так я усвоил, что разрешающая способность изображения на киноэкране раза в два больше, чем одиночного кадра, поскольку мозг складывает мелькающие кадры, и видит то, чего на отдельных кадрах нет.
Как у всякого человека от техники, у меня с детства собирались коллекции по вопросам, которые меня интересовали. Одно из моих увлечений — история техники. Основным источником фотографий в моей молодости были газеты и журналы. Фотографии в изданиях тех времен делались под точечным растром, то есть изображение складывалось из точек различного диаметра, чем больше точка, тем темнее тон. Когда мне попадались снимки одного объекта, но под разными углами, с отличающимися точками съемки, я попробовал складывать их в стереопары. Результат был полезный: появлялось объемное изображение, и можно было понять, какой элемент ближе, какой дальше. Мало того, деталей в стереопарах можно было разглядеть больше, чем на отдельных снимках. Тогда я стал складывать стереопары также и из одного фото, но из разных изданий — объемного изображения, конечно, не получалось, но деталей на парном изображении оказывалось больше, чем на снимках в отдельности.
Все это я рассказал потому, что когда году в 16 появилось 2 .. 3 смартфона с камерами с разрешающей способностью в 8 мегапикселей, но с программой «склейки» кадра в 64 Мп, у читателей эти сообщения вызвали иронию, и их посчитали неграмотным переводом китайской рекламы. Мне же, по опыту стереопар, был вполне понятен алгоритм. Допустим, мы хотим на камере 8 Мп получить снимок с разрешением 16 Мп: 1. Снимаем кадр. 2. Делаем второй снимок со смещением по диагонали кадра на величину половины диагонали ячейки сенсора. 3. Возвращаем кадр 2 на величину смещения. 4. Накладываем два изображения одно на другое. Все! Мы получили изображение в 16 Мп, используя сенсор 8 Мп.
Одна из упомянутых выше камер смещала изображение механическим компенсатором движения изображения, то есть перемещая оптическую ось камеры на долю диагонали кадра. Механическая компенсация не получила распространения и очень скоро сменилась электронной компенсацией «шевеленки», как смещение назвали журналисты. К сожалению, в этом случае смещение производится смещением координат кадра при считывании, естественно, дискретно, с шагом в несколько ячеек, в зависимости от скорости движения, но для повышения разрешающей способности нужны смещения на долю размера ячейки. В камерах с электронной компенсацией «шевеленки» реализовать повышение разрешения не получится.
Однако, этого же эффекта можно добиться, просто снимая серию кадров с рук. Дело в том, что у любого, даже самого умелого фотографа руки чуть смещаются, значит, остается лишь подобрать нужные кадры. Есть тонкость. Я предполагаю, что у правшей кадр будет поворачиваться влево.
Во-первых, нужно определить, не повернулось ли изображение за время съемки серии кадров. Если есть видимый поворот, нужно решить, в какой части кадра важно получить максимальное разрешение и накладывать кадры относительно выбранного элемента. В этом случае, чем дальше от резкой части кадра, тем сильнее будет уменьшаться разрешение.
Первая часть программы должна определить, например, общее смещение серии снимков. Разделив смещение на количество кадров, вы узнаете среднюю величину смещения. Сравнив величину смещения с размером ячейки сенсора, вы узнаете, через сколько кадров вам следует накладывать изображения, чтобы получилось смещение в требуемую величину. Для нашего случая, 16 Мп, нужно смещение в половину размера ячейки сенсора.
Итак, выкладываем первый кадр. Наложив следующий кадр, даем программе команду на медленное перемещение второго изображения с шагом, меньшим размера сенсора. Когда вы видите, что изображение скачком увеличило разрешающую способность, останавливаете перемещение. Готово изображение разрешением 16 Мп, полученное камерой 8 Мп.
Если вы хотите получить большее разрешение: для получения 24 Мп нужно сделать три снимка со смещением по диагонали сенсора, величиной в треть диагонали ячейки; 32 Мп — 4 снимка со смещением в четверть, и так далее.
Следующим шагом может быть медленное вращение вокруг выбранной зоны для компенсации поворота, опять же, до максимального количества деталей.
Когда эти блоки программы будут отработаны, можно и автоматизировать процесс.
Сложность такой съемки в том, что можно снимать только неподвижные объекты — пейзаж. репродукцию, поскольку на съемку 4 кадров уйдет до секунды, в зависимости от быстродействия камеры.
Кстати — по такому же принципу будут работать разрабатываемые в наши дни радиолокаторы с фазированной антенной решеткой (ФАР) повышенной разрешающей способности, а вот в фотокамерах смартфонов и фотоаппаратах такая программа пока не появилась.
Дерзайте, программисты! В ваших возможностях поставить на рынок программу, делающую заурядную камеру высококлассной.
Сергей Чинаев