Teleobjektivy Periscope poskytují na chytrých telefonech až 10x optický zoom a zároveň minimalizují šum. Zde je návod, jak fungují periskopové kamery.
Fotoaparáty jsou pro telefony nepostradatelné. Již od prvního telefonu s fotoaparátem byly fotoaparáty tak ústředním prvkem značky telefonů, že mnoho společností vydělává pouze na schopnosti svých zařízení zachytit Pixel-perfektní (slovní hříčka rozhodně míněná) fotografie. Během posledních let výrobci telefonů nasměrovali svou tvůrčí energii do vylepšování fotoaparátů a umístění více senzorů do smartphonů. Zjevným výsledkem je fenomenální nárůst konkurence mezi značkami, které nabízejí více fotoaparátů za méně peněz. Inovace byly klíčem k přežití v tomto konkurenčním prostředí a jedna technologie fotoaparátu, která byla ztělesnění inovace jsou periskopové zoomové kamery. S okamžitým 5X nebo 10X optickým zvětšením umožňují periskopické teleobjektivy rychlé a snadné přiblížení na velkou vzdálenost.
Tento článek pojednává o použití periskopických zoomových kamer, jejich výhodách a nevýhodách a perspektivní budoucnosti periskopických zoomových kamer. Než se ale pustíme do nejnovějších trendů, zde je rychlý přehled toho, co mohlo vést k této novince.
Stručná historie teleobjektivů smartphonů
Ačkoli Apple nebyl první, kdo představil koncept více než jeden fotoaparát na telefonech, společnost by rozhodně měla být oceněna za popularizaci myšlenky a inspirování ostatních, aby nastoupili do rozjetého vlaku. Společnost Apple, která je po dlouhou dobu lídrem ve fotografování chytrými telefony, představila v roce 2016 teleobjektiv s 2x optickým zoomem na iPhone 7 Plus. Kromě optického zoomu byl tento teleobjektiv použit také k zachycení dat hloubky pozadí pro portrétní snímky.
Výrobci chytrých telefonů se však touto snahou přiblížit vzdálené objekty zabývají mnohem déle. V roce 2013 Nokia představila Lumia 1020 s 41MP fotoaparátem. Zatímco tato vlajková loď Lumia nepodporovala optický zoom jakéhokoli druhu, obrovský obraz ze snímače 41MP bylo možné oříznout, aby napodobil pseudo zoom. K dnešnímu dni používají značky smartphonů podobné strategie propagace fotoaparátů s velkým počtem megapixelů, například 64MP nebo 108MP.
Mezitím některé značky také krátce experimentovaly se skutečnými nastaveními pohyblivých objektivů podobnými fotoaparátům typu point-and-shoot. Například Samsung v roce 2013 uvedl na trh Galaxy S4 Zoom s vyčnívajícím objektivem s 10x optickým zoomem a xenonovým bleskem. Výsuvný objektiv a xenonový blesk vedly k tak silné podobnosti s namířeným fotoaparátem, že Galaxy S4 Zoom lze právem nazvat fotoaparátem běžícím na Androidu a podporujícím mobilní připojení. The Galaxy K Zoom následovala a byla spuštěna v následujícím roce.
Koncept periskopické kamery na smartphonu zůstal zcela nový, dokud jej Huawei nezpopularizoval uvedením Huawei P30 Pro v březnu 2019. Tím se stali první značkou, která jej komerčně nabízela. Huawei P30 Pro, jak jsme viděli v našem podrobný přehled fotoaparátu telefonu, mohl pořizovat snímky s až 50násobným zvětšením. Huawei však nebyla první značkou, která s tímto nápadem experimentovala – bylo to OPPO, kdo na MWC 2017 poprvé předvedl možnosti optického zoomu periskopického fotoaparátu. Navzdory brzkému zavedení technologie trvalo dva roky dojít k realizaci.
Několik měsíců po Huawei P30 Pro představil OPPO OPPO Reno 10X Zoom Edition s podobným nastavením periskopického teleobjektivu. Zhruba ve stejnou dobu Samsung začal sériově vyrábět periskopické fotoaparáty aby se do závodu zapojili i další výrobci.
Než se však dozvíme o telefonech, které jsou s touto technologií dodávány, podívejme se, jak funguje a jakou roli hraje periskop v modulu teleobjektivu.
Co je to periskopický zoom fotoaparát?
Periskop je podle učebnicové definice optický přístroj, který umožňuje komukoli vidět kolem překážky, aniž by byl viditelný. Tradičně zahrnuje zrcadla, která odrážejí, nebo hranoly, které lámou světlo v pravých úhlech, což lidem umožňuje vidět, co je nad nebo pod jejich skutečnou linií pohledu. Periskopy se již několik desetiletí používají v obrněných vozidlech, jako jsou tanky nebo ponorky. Samotný nástroj je neškodný a lze jej vyrobit i pro jednoduché zábavné vědecké experimenty.
Pokud jde o fotoaparáty smartphonů, aplikace se příliš neliší. Na rozdíl od standardních teleobjektivů, které nabízejí 2X nebo 3X optický zoom, periskopické kamery obvykle nabízejí 5X nebo 10X zoom pomocí více než jedné čočky spolu se snímačem fotoaparátu. Úlohou periskopu je pomoci přizpůsobit se řadě čoček, aniž by se drasticky zvětšila tloušťka smartphonu.
Chcete-li porozumět roli periskopu uvnitř modulu kamery, vizualizujte si smartphone ve 3D uspořádání s různými osami reprezentovanými souřadnicemi X, Y a Z. Smartphone leží plochou obrazovkou v rovině YZ, přičemž její tloušťku lze měřit podél osy X. Tradiční kamerové senzory a nasazené objektivy také leží v rovině YZ, kolmé k ose Z.
V případě periskopického nastavení však snímač a čočky leží v rovině XZ a protínají osu Y v pravém úhlu. Na konci, naproti snímači fotoaparátu, leží hranol, který mění směr světla kolmo na snímač. Použití pravoúhlého hranolu je důvodem, proč mají periskopové kamery čtvercové nebo obdélníkové výřezy namísto tradičních kruhových.
Světlo vstupuje pravoúhlým otvorem pro periskopickou kameru, láme se v pravém úhlu a poté prochází čočkami a dosahuje snímače. Aby byly snímky pořízené s 5X nebo 10X zvětšením ostré, jsou periskopické teleobjektivy je vybavena podporou automatického ostření, ve které se čočky pohybují dopředu nebo dozadu, aby zaostřily na vzdálený objekt senzor. To je demonstrováno v následujícím videu společnosti Samsung:
Navíc při 5x nebo vyšším zoomu se i jemné otřesy zvětší a vypadají jako výrazné pohyby. Aby se zabránilo tomuto přehnanému posunu od zamýšleného snímku, jsou periskopové kamery postaveny s OIS nebo optickou stabilizací – obvykle v hranolu. To znamená, že hranol se může volně pohybovat podél více os v reakci na změny gravitace, a proto se přizpůsobí jakémukoli náhlému trhavému pohybu.
Uspořádáním čoček a pravoúhlého hranolu kolmo k otvoru fotoaparátu mohou výrobci smartphonů ušetřit spoustu místa. To zabraňuje tomu, aby smartphony s periskopickými teleobjektivy byly směšně tlusté než oni by bylo představitelné, kdyby čočky byly umístěny ve stejné rovině jako ostatní kamery na chytrý telefon.
Existuje další zajímavá a poměrně běžná pomůcka periskopů, kterou vidíme u fotoaparátů. SLR nebo DSLR fotoaparáty využívají zrcadla nebo hranoly k odrážení nebo lomu světla z objektivu fotoaparátu do optického hledáčku. Zatímco mezi periskopy uvnitř zrcadlovek a periskopickým teleobjektivem neexistuje žádný přímý vztah fotoaparáty na chytrých telefonech, nemůžeme přehlasovat první možná inspirací pro novou dobu optický zoom.
Rozdíl mezi periskopem a teleobjektivem
Teleobjektivy jsou ty, které umožňují optický zoom s pohyblivou částí nebo bez ní. Naproti tomu periskopický fotoaparát je především rozšířením standardního teleobjektivu. Kromě rozdílu v orientaci lze teleobjektivy a periskopické fotoaparáty rozlišit podle tvaru otvoru fotoaparátu. Ve skutečnosti obdélníkový otvor pro periskopickou kameru usnadňuje její identifikaci na rozdíl od jiných typů kamer. Typické teleobjektivy naproti tomu používají standardní kruhové otvory a nelze je identifikovat pouhým pohledem.
Vzhledem k vyššímu počtu čoček používaných v periskopickém teleobjektivu má teleobjektiv delší ohniskovou vzdálenost. A konečně, jak uvidíme v nadcházejících částech, ani teleobjektivy, ani periskopické kamery v současné době nepodporují proměnnou ohniskovou vzdálenost, ale některá upravená řešení v budoucnu ji mohou podporovat.
Smartphony s periskopickým zoomem
Jak jsme zmínili výše, Huawei P30 Pro byl prvním komerčně dostupným zařízením vybaveným 5x periskopickým zoomem; OPPO Reno 10X Zoom Edition následovalo brzy poté. Elektromechanici společnosti Samsung také zahájili výrobu těchto modulů periskopických kamer v létě loňského roku, ale chvíli trvalo, než se jim podařilo nahromadit slušný počet objednávek.
Dlouho poté, co byl představen Huawei P30 Pro, Vivo X30 Pro (s omezením na Čínu) chvíli držel štafetu jako „nejnovější telefon s periskopickým fotoaparátem“, ale brzy byl nahrazen Samsung Galaxy S20 Ultra. Galaxy S20 Ultra, uvedený na trh v únoru 2020, se také stal prvním smartphonem s podporou až 100x hybridního zoomu.
Xiaomi, které na většinu večírků přichází brzy, bylo v tomto trendu opozdilcem. Jejich první telefon s periskopickým zoomovým modulem byl uveden na trh Mi 10 Youth Edition. Pak přišel zabiják vlajkové lodi Realme — the Realme X3 SuperZoom — poháněn rok starým Snapdragonem 855. Dva z novějších přírůstků do tohoto seznamu jsou nejnovější vlajková zařízení od společností Samsung a Vivo - Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G a Vivo X50 Pro, resp.
Huawei, značka, která je průkopníkem několika inovací v oblasti fotografie, uvedla na trh nástupce P30 Pro téměř měsíc poté, co Samsung vydal Galaxy S20 Ultra. Zatímco tyto smartphony — Huawei P40 Pro a P40 Pro+ — předcházejí ostatním zmíněným v odstavci výše, oznámení Huawei je z hlediska technologie předčí a stojí za exkluzivní zmínku. Zatímco oba – Huawei P40 Pro a P40 Pro+ – jsou vybaveny periskopickými zoomovými kamerami, periskopová kamera u varianty Plus nabízí 10x optický zoom, zatímco běžná Pro nabízí 5x optický zoom Zvětšení. Kromě periskopu s 10x optickým zoomem má Huawei P40 Pro+ také další teleobjektiv s pevným 3x optickým zoomem.
Novější spuštění Řada Huawei Mate 40 používá stejnou terminologii jako řada P40. Huawei Mate 40 Pro a Mate 40 Pro+ jsou vybaveny speciálními periskopovými kamerami s 5x a 10x optickým zoomem. Mate 40 Pro+ je také vybaven sekundárním teleobjektivem, stejně jako P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS navazuje na Mate 40 Pro+ a je vybaven 10x periskopickým a 3x teleobjektivem.
Technologie periskopových kamer se vyvíjí relativně pomalým tempem než obecná hra s čísly v rozlišení kamer. Ačkoli to přilákalo jak spotřebitele, tak výrobce, není oslavováno jako jiné technologie, jako je superrychlé nabíjení nebo neustále rostoucí obnovovací frekvence displeje. Značky smartphonů, jako je OPPO, pracují na způsobech, jak vyřešit omezení těchto periskopových kamer.
Než se podíváme na tato omezení, pojďme si projít výhody, které periskopické kamery nabízejí.
Výhody periskopické zoomové kamery
Jak jsme viděli výše, možnosti zoomování smartphonů se za poslední desetiletí podstatně vyvinuly. Kamery s periskopickým zoomem vytvořily nový precedens, pokud jde o optický zoom na smartphonu. Jejich nejvýraznější výhodou je, že vám umožňují zachytit vzdálený objekt nebo scenérii, která je velmi podobná jako u point-and-shoot fotoaparátu bez jakéhokoli skutečného pohybu objektivu. Současně kolmá orientace periskopu umožňuje výrobcům smartphonů osadit snímač fotoaparátu a sadu nezbytných čoček v těle smartphonu, aniž by je to stálo příliš draho tloušťka.
Rozdíl v šumu na snímcích pořízených při 10násobném zvětšení pomocí hybridního zoomu na Huawei Mate 40 Pro a digitálního zoomu na iPhonu 12
Kromě delší ohniskové vzdálenosti periskopického teleobjektivu je ideální pro snímání vzdálených objektů OIS zajišťuje, že snímky pořízené s periskopickým optickým zoomem mají mnohem menší obrazový šum než digitální Zvětšení. Kromě denního světla je tato funkce užitečná při fotografování při slabém osvětlení nebo v noci.
Kromě nápravy výzev a omezení, kterým čelíme s digitálním zoomem na chytrých telefonech, umožňují periskopické zoomové moduly na chytrých telefonech uživatelům nahlédnout do mikrosvěta. Pomocí periskopického fotoaparátu můžete pořizovat makro snímky, a to i bez přílišného přiblížení k objektu. To je zvláště užitečné, pokud jste nadšení pro chytání hmyzu nebo drobných plazů.
Toto uspořádání kamery má však určité nevýhody, jak si probereme níže.
Nevýhody kamery s periskopickým zoomem
Ačkoli periskopické zoomové kamery přidávají možnost přiblížit objekty zblízka mnohem efektivněji než digitální zoom, představují také určitá omezení. Největší problém s nastavením periskopického teleobjektivu spočívá v tom, že i když vám dává svobodu daleko opticky přibližovat mimo objekty nebo blízko k malému objektu je jeho ohnisková vzdálenost – a tím i možnosti přiblížení – pevně stanovena na určitou hodnotu. Omezený prostor uvnitř sestavy čoček zabraňuje tomu, aby se čočka příliš pohybovala. Pohyb může pouze usnadnit automatické ostření, ale nikoli přibližování nebo oddalování. Nedovolí vám tedy přibližovat nebo oddalovat tak volně jako pohybující se zoomový objektiv připojený k zaměřovači, digitální zrcadlovce nebo bezzrcadlovce.
To znamená, že digitální zoom se spustí při jiných hodnotách zvětšení, než jaké podporuje periskopická kamera, navzdory periskopickému nastavení. Pokud například chytrý telefon podporuje 5X optický zoom, periskopická kamera nebude fungovat, dokud nezvětšíte 5X. zoom a místo toho nadále používat primární fotoaparát nebo jiný teleobjektiv podporuje menší zvětšení s digitálním fotoaparátem Zvětšení.
Nyní, pokud chcete zachytit něco s ohniskovou vzdáleností vyšší než 5X – řekněme při 10X, smartphone se přepne na periskopickou kameru a poté digitálně zoomuje 2X, což vede ke složenému zoomu 10X. Smartphony to rády označují jako „hybridní“ zoom, tedy kombinaci optického a digitálního zoomu.
Například Huawei Mate 40 Pro+ používá primární fotoaparát mezi 1x a 3x ohniskovou vzdáleností a digitálním zoomem se zvětšuje zvětšení. Při 3x zoomu a více se hledáček přepne na teleobjektiv s 3x optickým zoomem. Tato kamera se nadále používá až do 9,9násobného zvětšení (digitální oříznutí 3X obrázku), po jejímž překročení se telefon přepne na periskopickou kameru s 10násobným optickým zoomem. Při hodnotách nad 10x zvětšení telefon opět ořízne na 10x obrázek – a spoléhá se tak na „hybridní“ zoom. Na zařízeních s moduly kamer s 5x periskopickým zoomem přirozeně dochází k přechodu při 5x ohniskové vzdálenosti.
Další klíčovou nevýhodou periskopových kamer je to, že s rostoucí ohniskovou vzdáleností se zorné pole zužuje a clona otvoru fotoaparátu je menší než u primárního fotoaparátu – za předpokladu, že objektivy použité v obou fotoaparátech jsou téměř identické. S menší clonou se snižuje množství světla dopadajícího na snímač, což vede k požadavku na více okolního světla. Výsledkem je, že snímky pořízené periskopickým fotoaparátem jsou buď slabě osvětleny, nebo jsou uměle přeexponované ve srovnání s primárním fotoaparátem s mnohem větší clonou.
Jak se očekávalo, s digitálním zoomem přichází šum a vizuální artefakty v obraze. To dokazuje, že ačkoli je periskopický zoom poměrně výkonný, postrádá všestrannost, kterou umožňuje skutečně pohyblivý teleobjektiv.
Je periskopický zoom budoucností teleobjektivu?
Koncepce periskopických teleobjektivů je progresivním krokem před digitálním zoomem, ale výše uvedené omezení svědčí o nutnosti lepšího řešení. Poté, co OPPO jako první společnost inovovala periskopové kamery, nyní pracuje na pokročilé koncepci s proměnnou ohniskovou vzdáleností, která by umožňovala variabilní optický zoom. V srpnu 2020 OPPO odhalilo svůj koncept „hybridní optický zoomkterý využívá 7-prvkové nastavení objektivu.
Namísto toho, aby všechny čočky byly navzájem stejně vzdálené, jsou tyto čočky rozděleny do tří skupin – dvě z nich se mohou volně pohybovat. Tento volný pohyb by měl umožnit proměnnou ohniskovou vzdálenost v rozmezí 85 mm až 135 mm a také změnu optického zoomu mezi 3,3x a 5,2x. To může být spojeno se snímačem CMOS s rozlišením až 32 MP a podporou 4 v 1 pixel binning.
Ve stejnou dobu, Xiaomi pracuje na nastavení výsuvné čočky, který lze připevnit na horní část primárního fotoaparátu nebo použít jako samostatný teleobjektiv. Jednou z hlavních výhod tohoto mechanismu je, že čočka bude využívat mnohem větší aperturu než periskopický modul, což umožňuje více světla a následně lepší snímky. Xiaomi může uvést smartphone s touto výsuvnou širokoúhlou čočkou již v roce 2021.
Dokonce se předpokládá, že se přesune i Apple periskopové kamery na iPhonech do roku 2022. I když do toho zbývají ještě dva roky, přijetí periskopových kamer na iPhone by mohlo vést k tomu, že se stanou mnohem více mainstreamovými, než jsou právě teď. Do té doby budeme pokračovat ve sledování vývoje v oboru, který nám umožní vidět, aniž bychom se příliš vzdalovali realitě.
Co si myslíte o periskopických fotoaparátech se zoomem a jakou roli pro ně předpokládáte při fotografování chytrými telefony v příštích několika letech? Dejte nám vědět své myšlenky v komentářích níže!