Periscope telefotokameraer giver op til 10X optisk zoom på smartphones, mens de minimerer støj. Her er hvordan periskopkameraer fungerer.
Kameraer er uundværlige til telefoner. Lige siden den første kameratelefon har kameraer været så centrale for telefoners branding, at mange virksomheder udelukkende tjener på deres enheders evner til at fange Pixel-perfekt (ordspil bestemt tiltænkt) fotografier. I løbet af de seneste år har telefonproducenter kanaliseret deres kreative energi til at forbedre kameraer og rumme flere sensorer på smartphones. Det tydelige resultat er den fænomenale stigning i konkurrencen mellem mærker om at tilbyde flere kameraer for færre penge. Innovation har været nøglen til at overleve i dette konkurrenceprægede miljø, og en kamerateknologi, der har været indbegrebet af innovation er periscope zoom kameraer. Med øjeblikkelig 5X eller 10X optisk forstørrelse letter periskopiske telefotokameraer hurtig og nem zoom ind i det fjerne.
Denne artikel taler om brugen af periskopzoomkameraer, deres fordele og ulemper og den fremtidige fremtid for periskopzoomkameraer. Men før vi starter med de nyeste trends, er her et hurtigt overblik over, hvad der kan have ført til denne innovation.
En kort historie om telefoto-smartphone-kameraer
Selvom Apple ikke var den første til at introducere begrebet mere end ét kamera på telefoner, skal virksomheden bestemt krediteres for at popularisere ideen og inspirere andre til at gå ombord på vognen. En førende inden for smartphonefotografering i lang tid introducerede Apple et telefotokamera med 2X optisk zoom på iPhone 7 Plus i 2016. Udover optisk zoom blev dette telefotokamera også brugt til at fange baggrundsdybdedata til portrætbilleder.
Smartphone-virksomheder har dog været på denne søgen efter at bringe fjerntliggende objekter tættere på i meget længere tid. I 2013 introducerede Nokia Lumia 1020 med et 41 MP kamera. Selvom dette flagskib Lumia ikke understøttede optisk zoom af nogen art, kunne det enorme billede fra 41MP-sensoren beskæres for at efterligne en pseudo-zoom. Til denne dato bruger smartphonemærker en lignende strategi for at promovere kameraer med store megapixelantal, såsom 64MP eller 108MP.
I mellemtiden eksperimenterede visse mærker også kort tid med faktiske bevægelige linseopsætninger, der ligner peg-og-skyd-kameraer. For eksempel lancerede Samsung Galaxy S4 Zoom i 2013 med et fremspringende 10X optisk zoomobjektiv og xenonblitz. Den tilbagetrækkende linse og xenon-blitzen førte til så stor en lighed med et peg-og-skyd-kamera, at Galaxy S4 Zoom kunne med rette kaldes et kamera, der kører på Android og understøtter mobilforbindelse. Det Galaxy K Zoom fulgte den og lancerede i det følgende år.
Konceptet med et periskopkamera på en smartphone forblev ret nyt, indtil Huawei populariserede det ved at lancere Huawei P30 Pro i marts 2019. Dermed blev de det første mærke til at tilbyde det kommercielt. Huawei P30 Pro, som vi så i vores detaljeret kameragennemgang af telefonen, kunne tage billeder med op til 50x forstørrelse. Huawei var dog ikke det første mærke, der eksperimenterede med denne idé - det var OPPO, der først viste et periskopisk kameras optiske zoomfunktioner ved MWC 2017. På trods af den tidlige introduktion tog teknologien to år komme til en erkendelse.
Et par måneder efter Huawei P30 Pro introducerede OPPO OPPO Reno 10X Zoom Edition med en lignende periskopisk telefotokameraopsætning. Omtrent på samme tid, Samsung begyndte at masseproducere periskopiske kameraer for andre producenter at deltage i kapløbet.
Men før vi lærer om de telefoner, der kommer med denne teknologi, lad os tage et kig på, hvordan det virker, og hvilken rolle et periskop spiller i et telefotokameramodul.
Hvad er et periskopisk zoomkamera?
Ifølge dens lærebogsdefinition er et periskop et optisk instrument, der lader enhver se rundt om en forhindring, uden at de er synlige. Det inkluderer traditionelt spejle, der reflekterer eller prismer, der bryder lyset i rette vinkler, så folk kan se, hvad der er over eller under deres faktiske synslinje. Periskoper er blevet brugt i pansrede køretøjer som kampvogne eller ubåde i flere årtier. Selve instrumentet er harmløst og kan også laves til nogle simple sjove videnskabelige eksperimenter.
Applikationen er ikke meget anderledes, når det kommer til smartphone-kameraer. I modsætning til standard telefotokameraer, der tilbyder 2X eller 3X optisk zoom, tilbyder periskopiske kameraer typisk 5X eller 10X zoom ved at bruge mere end et enkelt objektiv sammen med kamerasensoren. Et periskops rolle er at hjælpe med at rumme rækken af linser uden at øge smartphonens tykkelse drastisk.
For at forstå rollen af et periskop inde i et kameramodul skal du visualisere smartphonen i et 3D-arrangement med forskellige akser repræsenteret af X-, Y- og Z-koordinater. Smartphonen ligger med skærmen fladt på YZ-planet, mens dens tykkelse kan måles langs X-aksen. Traditionelle kamerasensorer og de vedhæftede linser ligger også i YZ-planet, vinkelret på Z-aksen.
I tilfælde af en periskopisk opsætning ligger sensoren og linserne dog på XZ-planet og skærer Y-aksen i en ret vinkel. For enden, modsat kamerasensoren, ligger et prisme, der ændrer lysets retning vinkelret på sensoren. Brugen af et retvinklet prisme er grunden til, at periskopkameraer har firkantede eller rektangulære udskæringer i stedet for traditionelle cirkulære.
Lys kommer ind gennem den rektangulære åbning til et periskopkamera, brydes i en ret vinkel og passerer derefter gennem linserne og når sensoren. For at sikre, at billeder taget med 5X eller 10X forstørrelse er skarpe, er periskopiske telekameraer udstyret med autofokusstøtte, hvor objektiverne bevæger sig frem eller tilbage for at fokusere på et fjerntliggende objekt på sensor. Dette demonstreres i følgende video af Samsung:
Desuden forstørres selv subtile stød ved 5x eller højere zoom og fremstår som betydelige bevægelser. For at undgå dette overdrevne skift fra den tilsigtede ramme er periskopkameraer bygget med OIS eller optisk stabilisering - normalt i prismet. Dette betyder, at prismet kan bevæge sig frit langs flere akser, der reagerer på tyngdekraftsændringer og derfor kan rumme enhver pludselig rykkende bevægelse.
Ved at arrangere linserne og det retvinklede prisme vinkelret på kameraåbningen kan smartphone-producenterne spare meget plads. Dette forhindrer smartphones med periskopiske telefotokameraer i at være latterligt tykke end de ville tænkes være, hvis linserne skulle placeres i samme plan som andre kameraer på smartphone.
Der er en anden interessant og ret almindelig nytte af periskoper, vi ser i kameraer. SLR- eller DSLR-kameraer bruger spejle eller prismer til at reflektere eller bryde lyset fra kameralinsen til den optiske søger. Mens der ikke er nogen direkte relation mellem periskoper inde i spejlreflekskameraer og periskopisk telefoto kameraer på smartphones, kan vi ikke tilsidesætte, at det førstnævnte kan have været en inspiration for den nye tidsalder optisk zoom.
Forskellen mellem et periskop og telefotokamera
Telefotokameraer er dem, der tillader optisk zoom med eller uden en bevægelig del. Derimod er et periskopkamera primært en udvidelse af et standard telefotokamera. Udover forskellen i orientering, kan telefoto- og periskopkameraer skelnes ved at se på formen af kameraåbningen. Faktisk gør den rektangulære åbning til det periskopiske kamera det nemt at blive identificeret bortset fra andre typer kameraer. Typiske telekameraer bruger derimod standard cirkulære åbninger og kan ikke identificeres med blot et blik.
I betragtning af det højere antal objektiver, der bruges i en periskopisk teleopsætning, har et telefotokamera en længere brændvidde. Endelig, som vi vil se i de kommende afsnit, understøtter hverken telefoto- eller periskop-kameraer på nuværende tidspunkt variabel brændvidde, men nogle modificerede løsninger i fremtiden vil muligvis gøre det.
Smartphones med et periskopisk zoomkamera
Som vi nævnte ovenfor, var Huawei P30 Pro den første kommercielt tilgængelige enhed udstyret med en 5x periskopisk zoom; OPPO Reno 10X Zoom Edition fulgte kort efter. Samsungs elektromekanik startede også fremstillingen af disse periskop-kameramoduler i sommeren sidste år, men det tog et stykke tid, før de kunne samle et anstændigt antal ordrer.
Længe efter Huawei P30 Pro blev lanceret, Vivos X30 Pro (begrænset til Kina) holdt stafetten som den "seneste telefon med et periskopkamera" i et stykke tid, men blev snart erstattet af Samsung Galaxy S20 Ultra. Galaxy S20 Ultra blev lanceret i februar 2020 og blev også den første smartphone, der understøtter op til 100X hybridzoom.
Xiaomi, som ankommer tidligt til de fleste fester, var en senkommer til denne trend. Deres første telefon, der blev lanceret med et periskopisk zoommodul var Mi 10 Youth Edition. Så kom Realmes flagskibsmorder - den Realme X3 SuperZoom — drevet af en år gammel Snapdragon 855. To af de nyere tilføjelser til denne opgørelse er de seneste flagskibsenheder fra Samsung og Vivo - Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G og Vivo X50 Pro, henholdsvis.
Huawei, mærket, der har været banebrydende for flere innovationer på fotograferingsfronten, lancerede efterfølgerne til P30 Pro næsten en måned efter, at Samsung udgav Galaxy S20 Ultra. Mens disse smartphones - Huawei P40 Pro og P40 Pro+ — Forud for de andre nævnt i afsnittet ovenfor, Huaweis meddelelse overgår dem med hensyn til teknologi og er værd en eksklusiv omtale. Mens begge - Huawei P40 Pro og P40 Pro+ - er udstyret med periskopiske zoomkameraer, periskopkamera på Plus-varianten har 10X optisk zoom, mens den almindelige Pro har 5X optisk zoom. Ud over periskopet med 10X optisk zoom har Huawei P40 Pro+ også et andet telefotokamera fastgjort til 3x optisk zoom.
Den mere nyligt lancerede Huawei Mate 40-serien følger samme terminologi som P40-serien. Huawei Mate 40 Pro og Mate 40 Pro+ har dedikerede periskopkameraer med 5x og 10x optisk zoom. Mate 40 Pro+ har også et sekundært telefotokamera, ligesom P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS følger Mate 40 Pro+ og er udstyret med et 10x periskopisk og et 3x telefotokamera.
Teknologien bag periskopkameraer udvikler sig i et relativt trægt tempo end det generelle talspil i kameraopløsning. Selvom det har lokket både - forbrugere og producenter - bliver det ikke fejret som andre teknologier som superhurtig opladning eller stadigt stigende vise opdateringshastigheder. Smartphone-mærker som OPPO har arbejdet hen imod måder at løse begrænsningerne ved disse periskopkameraer.
Før vi ser på disse begrænsninger, lad os gennemgå de fordele, som periskopiske kameraer tilbyder.
Fordele ved et periskopisk zoomkamera
Som vi så ovenfor, har smartphones zoomfunktioner udviklet sig væsentligt i løbet af det sidste årti. Periskopiske zoomkameraer har skabt en ny præcedens, når det kommer til optisk zoom på en smartphone. Deres mest fremtrædende fordel er, at de giver dig mulighed for at fange et fjernt objekt eller landskab meget på niveau med et peg-og-skyd-kamera uden objektivets faktiske bevægelse. Samtidig giver periskopets vinkelrette orientering smartphone-producenter mulighed for at tilpasse kamerasensoren og sættet af nødvendige linser inde i smartphonens krop uden at det koster dem for dyrt mht tykkelse.
Forskellen i støj på billeder taget med 10X forstørrelse ved hjælp af hybridzoom på Huawei Mate 40 Pro og digital zoom på iPhone 12
Udover den længere brændvidde på det periskopiske telefotokamera, som er ideelt til fjernoptagelser motiver, sikrer OIS, at billeder taget med periskopisk optisk zoom har meget mindre billedstøj end digital zoom. Udover dagslys er funktionen praktisk, når det kommer til fotografering i svagt lys eller om natten.
Udover at rette op på de udfordringer og begrænsninger, vi står over for med digital zoom på smartphones, giver periskopiske zoommoduler på smartphones også brugere mulighed for at kigge ind i mikroverdenen. Du kan bruge det periskopiske kamera til at tage makrobilleder, selv uden at komme for tæt på et objekt. Dette er især nyttigt, hvis du brænder for at fange insekter eller små krybdyr.
Der er dog visse ulemper ved dette kameraarrangement, som vi diskuterer nedenfor.
Ulemper ved et Periscopic Zoom-kamera
Selvom kameraer med periskopisk zoom tilføjer muligheden for at zoome ind på objekter meget mere effektivt end digital zoom, udgør de også visse begrænsninger. Den største udfordring med en periskopisk teleopsætning er, at mens den giver dig friheden til optisk at zoome ind på langt fra objekter eller tæt på et lille objekt, er dets brændvidde - og dermed zoomfunktionerne - fastsat til en bestemt værdi. Den begrænsede plads inde i linseopsætningen forhindrer linsearrayet i at bevæge sig for meget rundt. Bevægelsen kan kun lette autofokus, men ikke zoome ind eller ud. Således lader den dig ikke zoome ind eller ud så frit som et faktisk bevægeligt zoomobjektiv, der er monteret på et peg-og-skyd, DSLR eller spejlløst kamera.
Det betyder, at digital zoom slår ind ved andre forstørrelsesværdier end dem, der understøttes af et periskopkamera på trods af den periskopiske opsætning. For eksempel, hvis en smartphone understøtter 5X optisk zoom, vil det periskopiske kamera ikke træde i funktion, før du zoomer til 5X zoom og i stedet fortsæt med at bruge det primære kamera eller et andet telekamera understøtter mindre forstørrelse med digital zoom.
Nu, hvis du vil fange noget med en brændvidde, der er højere end 5X - siger ved 10X, skifter smartphonen til periskopkameraet og zoomer derefter digitalt 2X, hvilket fører til en sammensat zoom på 10X. Smartphone-virksomheder kan lide at henvise til dette som en "hybrid" zoom, en kombination af optisk og digital zoom.
For eksempel bruger en Huawei Mate 40 Pro+ det primære kamera mellem 1x og 3x brændvidder og zoomer digitalt, efterhånden som man øger forstørrelsen. Ved 3X zoom og mere skifter søgeren til et telefotokamera med 3X optisk zoom. Dette kamera fortsætter med at være i brug indtil 9,9X forstørrelse (beskære 3X billedet digitalt), hvorefter telefonen skifter til periskopkameraet med 10X optisk zoom. Ved værdier over 10X forstørrelse skærer telefonen igen ind i 10X-billedet - og er derved afhængig af den "hybride" zoom. Naturligvis sker overgangen på enheder med 5X periskopisk zoom-kameramoduler ved 5X brændvidden.
En anden vigtig ulempe ved periskopkameraer er, at med stigningen i brændvidde indsnævres synsfeltet, og blænden i kameraåbningen er mindre end det primære kamera - forudsat at objektiver brugt i begge kameraer er næsten identisk. Med en mindre blænde reduceres mængden af lys, der falder på sensoren, hvilket fører til et krav om mere omgivende lys. Som et resultat er billeder taget med et periskopisk kamera enten svagt oplyste eller kunstigt overeksponeret sammenlignet med et primært kamera med en meget større blændeåbning.
Som forventet kommer der med digital zoom støj og visuelle artefakter i billedet. Dette beviser, at selvom den periskopiske zoom er ret kraftig, mangler den den alsidighed, som et faktisk bevægeligt teleobjektiv tillader.
Er periskopisk zoom fremtiden for telefoto?
Konceptet med periskopiske telefotokameraer er et progressivt skridt foran digital zoom, men den begrænsning, som vi nævnte ovenfor, vidner om nødvendigheden af en bedre løsning. Efter at have været det første firma til at innovere periskopkameraer, arbejder OPPO nu på et avanceret koncept med variabel brændvidde, som ville tillade variabel optisk zoom. I august 2020 afslørede OPPO sit koncept om "hybrid optisk zoom", der bruger en 7-element linseopsætning.
I stedet for at alle linser er lige langt fra hinanden, er disse linser opdelt i tre grupper - hvoraf to kan bevæge sig frit. Denne frie bevægelse bør tillade en variabel brændvidde, der spænder mellem 85 mm og 135 mm, samt ændring af optisk zoom mellem 3,3X og 5,2X. Dette kan knyttes til en CMOS-sensor med op til 32 MP opløsning og 4-i-1 pixel binning-understøttelse.
På samme tid, Xiaomi arbejder på en optrækkelig linseopsætning, som enten kan monteres oven på det primære kamera eller bruges som et diskret teleobjektiv. En stor fordel ved denne mekanisme er, at objektivet vil bruge en meget større blænde end et periskopisk modul, hvilket tillader mere lys og dermed bedre billeder. Xiaomi vil muligvis lancere en smartphone med dette optrækkelige objektiv med bred blænde så tidligt som i 2021.
Selv Apple forventes at flytte til periskopkameraer på iPhones inden 2022. Selvom der stadig er to år endnu, før det sker, kan adoption af periskopkameraer på iPhone få dem til at blive meget mere mainstream, end de er lige nu. Indtil da vil vi fortsætte med at følge udviklingen i branchen, der lader os se uden at springe for langt væk fra virkeligheden.
Hvad synes du om kameraer med periskopisk zoom, og hvilken rolle forudser du for dem i smartphonefotografering i løbet af de næste par år? Fortæl os dine tanker i kommentarerne nedenfor!