Periscope-Telekameras bieten bis zu 10-fachen optischen Zoom auf Smartphones und minimieren gleichzeitig das Rauschen. So funktionieren Periskopkameras.
Kameras sind für Telefone unverzichtbar. Seit dem ersten Kamerahandy sind Kameras ein so zentraler Bestandteil des Handy-Brandings, dass viele Unternehmen ausschließlich von der Aufnahmefähigkeit ihrer Geräte profitieren Pixelgenau (Wortspiel definitiv beabsichtigt) Fotos. In den letzten Jahren haben Telefonhersteller ihre kreative Energie in die Verbesserung von Kameras und die Unterbringung von mehr Sensoren in Smartphones gesteckt. Das offensichtliche Ergebnis ist der phänomenale Anstieg des Wettbewerbs zwischen den Marken, mehr Kameras für weniger Geld anzubieten. Innovation war der Schlüssel zum Überleben in diesem Wettbewerbsumfeld, und eine Kameratechnologie war das auch Inbegriff von Innovation sind Periskop-Zoomkameras. Mit sofortiger 5- oder 10-facher optischer Vergrößerung ermöglichen periskopische Telekameras ein schnelles und einfaches Zoomen in die Ferne.
In diesem Artikel geht es um die Einsatzmöglichkeiten von Periskop-Zoomkameras, ihre Vor- und Nachteile sowie die voraussichtliche Zukunft von Periskop-Zoomkameras. Doch bevor wir mit den neuesten Trends beginnen, hier ein kurzer Überblick darüber, was zu dieser Innovation geführt haben könnte.
Eine kurze Geschichte der Tele-Smartphone-Kameras
Obwohl Apple nicht der erste war, der das Konzept eingeführt hat mehr als eine Kamera auf TelefonenDem Unternehmen ist auf jeden Fall zu verdanken, dass es die Idee populär gemacht und andere dazu inspiriert hat, in den Zug einzusteigen. Apple war lange Zeit führend in der Smartphone-Fotografie und stellte 2016 auf dem iPhone 7 Plus eine Telekamera mit 2-fach optischem Zoom vor. Neben dem optischen Zoom wurde diese Telekamera auch zur Erfassung von Hintergrundtiefendaten für Porträtbilder verwendet.
Allerdings sind Smartphone-Hersteller schon viel länger auf der Suche nach entfernten Objekten. Im Jahr 2013 stellte Nokia das vor Lumia 1020 mit einer 41-MP-Kamera. Während dieses Flaggschiff-Lumia keinerlei optischen Zoom unterstützte, konnte das riesige Bild des 41-MP-Sensors zugeschnitten werden, um einen Pseudozoom zu emulieren. Bis heute nutzen Smartphone-Marken ein ähnliches Verfahren Strategie zur Förderung von Kameras mit großer Megapixelzahl, z. B. 64 MP oder 108 MP.
In der Zwischenzeit experimentierten bestimmte Marken auch kurzzeitig mit tatsächlichen beweglichen Objektivkonfigurationen, ähnlich wie bei Kompaktkameras. Beispielsweise brachte Samsung 2013 das Galaxy S4 Zoom mit einem hervorstehenden 10-fach optischen Zoomobjektiv und Xenon-Blitz auf den Markt. Das einfahrbare Objektiv und der Xenon-Blitz führten zu einer so starken Ähnlichkeit mit einer Kompaktkamera Das Galaxy S4 Zoom könnte zu Recht als Kamera bezeichnet werden, die auf Android läuft und Mobilfunkverbindungen unterstützt. Der Galaxy K Zoom folgte ihm und startete im folgenden Jahr.
Das Konzept einer Periskopkamera auf einem Smartphone blieb ziemlich neu, bis Huawei es im März 2019 mit der Einführung des Huawei P30 Pro populär machte. Damit waren sie die erste Marke, die es kommerziell anbot. Das Huawei P30 Pro, wie wir in unserem gesehen haben Ausführlicher Kameratest des Telefons können Aufnahmen mit bis zu 50-facher Vergrößerung gemacht werden. Allerdings war Huawei nicht die erste Marke, die mit dieser Idee experimentierte – es war OPPO, das auf dem MWC 2017 erstmals die optischen Zoomfunktionen einer Periskopkamera vorstellte. Trotz der frühen Einführung dauerte es zwei Jahre, bis die Technologie eingeführt wurde zu einer Erkenntnis kommen.
Einige Monate nach dem Huawei P30 Pro stellte OPPO die OPPO Reno 10X Zoom Edition mit einem ähnlichen periskopischen Telekamera-Setup vor. Etwa zur selben Zeit, Samsung begann mit der Massenproduktion von Periskopkameras für andere Hersteller, sich dem Rennen anzuschließen.
Bevor wir jedoch etwas über die Telefone erfahren, die mit dieser Technologie ausgestattet sind, werfen wir einen Blick auf die Funktionsweise und welche Rolle ein Periskop in einem Telekameramodul spielt.
Was ist eine Periskop-Zoomkamera?
Laut Lehrbuchdefinition ist ein Periskop ein optisches Instrument, das es jedem ermöglicht, um ein Hindernis herum zu sehen, ohne dass es sichtbar ist. Traditionell umfasst es Spiegel, die das Licht reflektieren, oder Prismen, die das Licht im rechten Winkel brechen, sodass Menschen sehen können, was sich oberhalb oder unterhalb ihrer tatsächlichen Sichtlinie befindet. Periskope werden seit mehreren Jahrzehnten in gepanzerten Fahrzeugen wie Panzern oder U-Booten eingesetzt. Das Instrument selbst ist harmlos und kann auch für einige einfache, unterhaltsame wissenschaftliche Experimente hergestellt werden.
Bei Smartphone-Kameras unterscheidet sich die Anwendung nicht wesentlich. Im Gegensatz zu Standard-Telekameras, die einen 2-fachen oder 3-fachen optischen Zoom bieten, bieten Periskopkameras typischerweise einen 5-fachen oder 10-fachen Zoom, indem sie neben dem Kamerasensor mehr als ein einzelnes Objektiv verwenden. Die Aufgabe eines Periskops besteht darin, die Anordnung der Linsen unterzubringen, ohne die Dicke des Smartphones drastisch zu erhöhen.
Um die Rolle eines Periskops in einem Kameramodul zu verstehen, stellen Sie sich das Smartphone in einer 3D-Anordnung mit verschiedenen Achsen vor, die durch X-, Y- und Z-Koordinaten dargestellt werden. Das Smartphone liegt mit dem Bildschirm flach auf der YZ-Ebene, während seine Dicke entlang der X-Achse gemessen werden kann. Herkömmliche Kamerasensoren und die angeschlossenen Objektive liegen ebenfalls in der YZ-Ebene, senkrecht zur Z-Achse.
Bei einem periskopischen Aufbau liegen der Sensor und die Linsen jedoch auf der XZ-Ebene und schneiden die Y-Achse im rechten Winkel. Am Ende, gegenüber dem Kamerasensor, befindet sich ein Prisma, das die Richtung des Lichts senkrecht zum Sensor ändert. Die Verwendung eines rechtwinkligen Prismas ist der Grund, warum Periskopkameras quadratische oder rechteckige Ausschnitte anstelle herkömmlicher kreisförmiger Ausschnitte haben.
Licht tritt durch die rechteckige Öffnung einer Periskopkamera ein, wird im rechten Winkel gebrochen, passiert dann die Linsen und erreicht den Sensor. Um sicherzustellen, dass die mit 5-facher oder 10-facher Vergrößerung aufgenommenen Bilder scharf sind, sind periskopische Teleobjektivkameras dafür zuständig Ausgestattet mit Autofokus-Unterstützung, bei der sich die Linsen vorwärts oder rückwärts bewegen, um auf ein weit entferntes Objekt zu fokussieren Sensor. Dies wird im folgenden Video von Samsung demonstriert:
Darüber hinaus werden bei 5-fachem oder höherem Zoom selbst subtile Stöße vergrößert und erscheinen wie deutliche Bewegungen. Um diese übertriebene Abweichung vom vorgesehenen Bild zu vermeiden, sind Periskopkameras mit OIS oder optischer Stabilisierung ausgestattet – normalerweise im Prisma. Dies bedeutet, dass sich das Prisma als Reaktion auf Schwerkraftänderungen frei entlang mehrerer Achsen bewegen und somit jede plötzliche ruckartige Bewegung ausgleichen kann.
Durch die Anordnung der Linsen und des rechtwinkligen Prismas senkrecht zur Kameraöffnung können Smartphone-Hersteller viel Platz sparen. Dadurch wird verhindert, dass Smartphones mit periskopischer Telekamera lächerlich dicker sind als sie wäre vorstellbar, wenn die Objektive in der gleichen Ebene wie andere Kameras auf dem platziert würden Smartphone.
Es gibt noch einen weiteren interessanten und recht häufigen Nutzen von Periskopen, den wir in Kameras sehen. Spiegelreflexkameras oder DSLR-Kameras verwenden Spiegel oder Prismen, um das Licht vom Kameraobjektiv zum optischen Sucher zu reflektieren oder zu brechen. Es besteht zwar kein direkter Zusammenhang zwischen Periskopen in Spiegelreflexkameras und periskopischem Teleobjektiv Kameras auf Smartphones, wir können nicht überstimmen, dass Ersteres möglicherweise eine Inspiration für das neue Zeitalter war optischer Zoom.
Unterschied zwischen einem Periskop und einer Telekamera
Telekameras sind solche, die optisches Zoomen mit oder ohne beweglichem Teil ermöglichen. Im Gegensatz dazu ist eine Periskopkamera in erster Linie eine Erweiterung einer Standard-Telekamera. Neben der unterschiedlichen Ausrichtung lassen sich Tele- und Periskopkameras anhand der Form der Kameraöffnung unterscheiden. Tatsächlich erleichtert die rechteckige Öffnung der Periskopkamera die Unterscheidung zu anderen Kameratypen. Typische Telekameras hingegen verwenden standardmäßige kreisförmige Öffnungen und sind nicht auf den ersten Blick erkennbar.
Aufgrund der höheren Anzahl an Objektiven, die in einem periskopischen Teleobjektiv verwendet werden, hat eine Teleobjektivkamera eine längere Brennweite. Schließlich unterstützen, wie wir in den kommenden Abschnitten sehen werden, derzeit weder Tele- noch Periskopkameras eine variable Brennweite, aber einige modifizierte Lösungen in der Zukunft könnten dies tun.
Smartphones mit einer Periskop-Zoomkamera
Wie bereits erwähnt, war das Huawei P30 Pro das erste im Handel erhältliche Gerät, das mit einem 5-fach periskopischen Zoom ausgestattet war; die OPPO Reno 10X Zoom Edition folgte kurz darauf. Auch die Elektromechanik von Samsung hat im Sommer letzten Jahres mit der Fertigung dieser Periskop-Kameramodule begonnen, es dauerte jedoch eine Weile, bis sie eine ordentliche Anzahl an Bestellungen verzeichnen konnten.
Lange nachdem das Huawei P30 Pro auf den Markt kam, Vivos X30 Pro (beschränkt auf China) hielt eine Zeit lang den Staffelstab als „neuestes Telefon mit Periskopkamera“, wurde aber bald durch das ersetzt Samsung Galaxy S20 Ultra. Das im Februar 2020 auf den Markt gebrachte Galaxy S20 Ultra war außerdem das erste Smartphone, das einen bis zu 100-fachen Hybridzoom unterstützte.
Xiaomi, das auf den meisten Partys früh ankommt, war bei diesem Trend ein Nachzügler. Ihr erstes Telefon, das mit einem periskopischen Zoommodul auf den Markt kam, war das Mi 10 Youth Edition. Dann kam Realmes Flaggschiff-Killer – der Realme X3 SuperZoom – angetrieben von einem ein Jahr alten Snapdragon 855. Zwei der neueren Ergänzungen zu dieser Liste sind die neuesten Flaggschiff-Geräte von Samsung und Vivo – das Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G und das Vivo X50 Pro, jeweils.
Huawei, die Marke, die Pionierarbeit bei mehreren Innovationen im Bereich Fotografie geleistet hat, brachte die Nachfolger des P30 Pro fast einen Monat nach der Veröffentlichung des Galaxy S20 Ultra durch Samsung auf den Markt. Während diese Smartphones – Huawei P40 Pro und P40 Pro+ – Da die Ankündigung von Huawei bereits älter als die anderen im obigen Absatz genannten ist, übertrifft sie sie in puncto Technologie und ist eine exklusive Erwähnung wert. Während beide – das Huawei P40 Pro und das P40 Pro+ – mit periskopischen Zoomkameras ausgestattet sind, ist die Die Periskopkamera der Plus-Variante verfügt über einen 10-fachen optischen Zoom, während die reguläre Pro über einen 5-fachen optischen Zoom verfügt Zoomen. Neben dem Periskop mit 10-fachem optischem Zoom verfügt das Huawei P40 Pro+ auch über eine weitere Telekamera, die auf 3-fachen optischen Zoom fixiert ist.
Die neueren Versionen Huawei Mate 40-Serie folgt der gleichen Terminologie wie die P40-Serie. Das Huawei Mate 40 Pro und das Mate 40 Pro+ verfügen über spezielle Periskopkameras mit 5-fachem und 10-fachem optischem Zoom. Das Mate 40 Pro+ verfügt ebenso wie das P40 Pro+ über eine sekundäre Telekamera. Das Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS folgt auf das Mate 40 Pro+ und ist mit einer 10-fach Periskop- und einer 3-fach Tele-Kamera ausgestattet.
Die Technologie hinter Periskopkameras entwickelt sich relativ langsam weiter als das allgemeine Zahlenspiel bei der Kameraauflösung. Obwohl es sowohl Verbraucher als auch Hersteller anzieht, wird es nicht wie andere Technologien wie superschnelles Laden oder immer weiter verbreitete Technologien gefeiert Bildwiederholfrequenzen anzeigen. Smartphone-Marken wie OPPO haben daran gearbeitet, die Einschränkungen dieser Periskopkameras zu überwinden.
Bevor wir uns mit diesen Einschränkungen befassen, wollen wir einen Blick auf die Vorteile werfen, die Periskopkameras bieten.
Vorteile einer Periskop-Zoomkamera
Wie wir oben gesehen haben, haben sich die Zoomfunktionen von Smartphones im letzten Jahrzehnt erheblich weiterentwickelt. Periskopische Zoomkameras haben einen neuen Präzedenzfall geschaffen, wenn es um den optischen Zoom auf einem Smartphone geht. Ihr größter Vorteil besteht darin, dass Sie damit ein weit entferntes Objekt oder eine entfernte Landschaft ganz ähnlich wie mit einer Kompaktkamera einfangen können, ohne dass sich das Objektiv tatsächlich bewegt. Gleichzeitig ermöglicht die senkrechte Ausrichtung des Periskops Smartphone-Herstellern den Einbau des Kamerasensors und den Satz notwendiger Objektive im Gehäuse des Smartphones, ohne dass es zu viel kostet Dicke.
Der Unterschied im Rauschen bei Bildern, die mit 10-facher Vergrößerung mit dem Hybridzoom auf dem Huawei Mate 40 Pro und dem Digitalzoom auf dem iPhone 12 aufgenommen wurden
Abgesehen von der längeren Brennweite der Periskop-Telekamera, die sich ideal für Aufnahmen aus der Ferne eignet Bei Motiven stellt OIS sicher, dass Bilder, die mit periskopischem optischen Zoom aufgenommen wurden, deutlich weniger Bildrauschen aufweisen als digitale Bilder Zoomen. Außer bei Tageslicht ist die Funktion praktisch, wenn es um das Fotografieren bei schlechten Lichtverhältnissen oder in der Nacht geht.
Periskopische Zoommodule auf Smartphones beseitigen nicht nur die Herausforderungen und Einschränkungen, denen wir beim Digitalzoom auf Smartphones gegenüberstehen, sondern ermöglichen Benutzern auch einen Blick in die Mikrowelt. Mit der Periskopkamera können Sie Makroaufnahmen machen, auch ohne zu nahe an ein Objekt heranzukommen. Dies ist besonders nützlich, wenn Sie leidenschaftlich gerne Insekten oder kleine Reptilien fangen.
Diese Kameraanordnung weist jedoch bestimmte Nachteile auf, die wir weiter unten besprechen.
Nachteile einer Periskop-Zoomkamera
Obwohl periskopische Zoomkameras die Möglichkeit bieten, Objekte viel effektiver aus der Nähe heranzuzoomen als der Digitalzoom, weisen sie auch bestimmte Einschränkungen auf. Die größte Herausforderung bei einem periskopischen Teleobjektiv besteht darin, dass es Ihnen zwar die Freiheit gibt, optisch weit heranzuzoomen Wenn Sie Objekte entfernen oder sich einem winzigen Objekt nähern, ist die Brennweite – und damit die Zoommöglichkeiten – auf einen bestimmten Wert festgelegt. Der begrenzte Platz innerhalb des Objektivaufbaus verhindert, dass sich das Linsenarray zu stark bewegt. Die Bewegung kann nur den Autofokus erleichtern, nicht jedoch das Vergrößern oder Verkleinern. Daher können Sie damit nicht so frei hinein- oder herauszoomen wie mit einem sich tatsächlich bewegenden Zoomobjektiv, das an einer Kompakt-, DSLR- oder spiegellosen Kamera angebracht ist.
Dies bedeutet, dass der Digitalzoom trotz der periskopischen Konfiguration bei anderen Vergrößerungswerten als den von einer Periskopkamera unterstützten aktiviert wird. Wenn ein Smartphone beispielsweise den 5-fachen optischen Zoom unterstützt, wird die Periskopkamera erst aktiviert, wenn Sie auf 5-fach zoomen Zoomen und stattdessen weiterhin die Hauptkamera oder eine andere Telekamera verwenden, die eine geringere Vergrößerung mit Digital unterstützt Zoomen.
Wenn Sie nun etwas mit einer Brennweite von mehr als dem 5-fachen aufnehmen möchten – beispielsweise mit 10-facher Brennweite – schaltet das Smartphone auf die Periskopkamera um und zoomt dann digital um das 2-fache, was zu einem zusammengesetzten Zoom von 10-fach führt. Smartphone-Unternehmen bezeichnen dies gerne als „Hybrid“-Zoom, eine Kombination aus optischem und digitalem Zoom.
Beispielsweise nutzt ein Huawei Mate 40 Pro+ die Hauptkamera mit Brennweiten zwischen 1x und 3x und zoomt digital, wenn man die Vergrößerung erhöht. Ab 3-fachem Zoom schaltet der Sucher auf eine Telekamera mit 3-fach optischem Zoom um. Diese Kamera bleibt bis zur 9,9-fachen Vergrößerung im Einsatz (digitales Zuschneiden des 3-fachen Bildes). Danach wechselt das Telefon zur Periskopkamera mit 10-fachem optischen Zoom. Bei Werten über 10-facher Vergrößerung schneidet das Telefon erneut in das 10-fache Bild ein – und verlässt sich dabei auf den „Hybrid“-Zoom. Bei Geräten mit Kameramodulen mit 5-fachem periskopischem Zoom erfolgt der Übergang natürlich bei 5-facher Brennweite.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil von Periskopkameras besteht darin, dass sich mit zunehmender Brennweite das Sichtfeld verengt Die Blende der Kameraöffnung ist kleiner als die der Hauptkamera – vorausgesetzt, dass die in beiden Kameras verwendeten Objektive nahezu identisch sind identisch. Bei einer kleineren Blende verringert sich die auf den Sensor fallende Lichtmenge, sodass mehr Umgebungslicht erforderlich ist. Dies führt dazu, dass Bilder, die mit einer Periskopkamera aufgenommen werden, im Vergleich zu einer Primärkamera mit einer viel größeren Blende entweder schwach beleuchtet oder künstlich überbelichtet sind.
Wie erwartet kommt es beim Digitalzoom zu Rauschen und visuellen Artefakten im Bild. Dies beweist, dass der Periskopzoom zwar recht leistungsstark ist, ihm aber die Vielseitigkeit fehlt, die ein tatsächlich bewegliches Teleobjektiv zulässt.
Ist der Periskopzoom die Zukunft für Teleobjektive?
Das Konzept der periskopischen Telekameras ist dem digitalen Zoom einen Schritt voraus, aber die oben aufgeführten Einschränkungen zeugen von der Notwendigkeit einer besseren Lösung. Nachdem OPPO als erstes Unternehmen innovative Periskopkameras eingeführt hat, arbeitet es nun an einem fortschrittlichen Konzept mit variabler Brennweite, das einen variablen optischen Zoom ermöglichen würde. Im August 2020 enthüllte OPPO sein Konzept des „Hybrider optischer Zoom", das ein 7-Element-Objektiv-Setup verwendet.
Anstatt dass alle Linsen den gleichen Abstand zueinander haben, werden diese Linsen in drei Gruppen eingeteilt – zwei davon können sich frei bewegen. Diese freie Bewegung sollte eine variable Brennweite zwischen 85 mm und 135 mm sowie einen Wechsel des optischen Zooms zwischen 3,3-fach und 5,2-fach ermöglichen. Dies kann an einen CMOS-Sensor mit einer Auflösung von bis zu 32 MP und 4-in-1-Pixel-Binning-Unterstützung gekoppelt werden.
Gleichzeitig, Xiaomi arbeitet an einem einziehbaren Objektiv-Setup, das entweder auf der Hauptkamera angebracht oder als separates Teleobjektiv verwendet werden kann. Ein großer Vorteil dieses Mechanismus besteht darin, dass das Objektiv eine viel größere Blende als ein Periskopmodul nutzt, was mehr Licht und folglich bessere Bilder ermöglicht. Xiaomi könnte bereits 2021 ein Smartphone mit diesem einziehbaren Objektiv mit großer Blende auf den Markt bringen.
Sogar Apple wird voraussichtlich umziehen Periskopkameras auf den iPhones bis 2022. Bis es soweit ist, vergehen zwar noch zwei Jahre, aber die Einführung von Periskopkameras auf dem iPhone könnte dazu führen, dass sie viel mehr Mainstream werden, als sie es jetzt sind. Bis dahin werden wir weiterhin Entwicklungen in der Branche verfolgen, die uns einen Einblick verschaffen, ohne zu weit von der Realität abzuweichen.
Was halten Sie von periskopischen Zoomkameras und welche Rolle sehen Sie für sie in der Smartphone-Fotografie in den nächsten Jahren? Teilen Sie uns Ihre Meinung in den Kommentaren unten mit!