Periskoop-telefotokaamerad pakuvad nutitelefonides kuni 10-kordset optilist suumimist, minimeerides samal ajal müra. Siit saate teada, kuidas periskoopkaamerad töötavad.
Kaamerad on telefonide jaoks asendamatud. Alates esimesest kaameratelefonist on kaamerad olnud telefonide kaubamärgi loomisel nii kesksel kohal, et paljud ettevõtted saavad raha ainult oma seadmete jäädvustamisvõime eest. Pikslitega täiuslik (sõnamäng kindlasti mõeldud) fotod. Viimastel aastatel on telefonitootjad suunanud oma loomingulise energia kaamerate täiustamisse ja nutitelefonidesse rohkemate andurite mahutamisse. Ilmne tulemus on kaubamärkidevahelise konkurentsi fenomenaalne kasv, et pakkuda vähema raha eest rohkem kaameraid. Innovatsioon on olnud selles konkurentsikeskkonnas ellujäämise võti ja üks kaameratehnoloogia, mis on olnud selleks innovatsiooni kehastus on periskoop-suumkaamerad. Kiire 5- või 10-kordse optilise suurendusega periskoopilised telekaamerad hõlbustavad kiiret ja lihtsat suumimist kaugele.
See artikkel räägib periskoobi suumkaamerate kasutusviisidest, nende eelistest ja puudustest ning periskoobi suumkaamerate tulevasest tulevikust. Kuid enne kui alustame viimaste trendidega, on siin kiire ülevaade sellest, mis võis selle uuenduseni viia.
Lühike telefoto nutitelefoni kaamerate ajalugu
Kuigi Apple ei olnud esimene, kes selle kontseptsiooni tutvustas telefonides rohkem kui üks kaamera, tuleb ettevõttele kindlasti tunnustust tunnustada idee populariseerimise ja teiste innustamise eest. Pikka aega nutitelefonide fotograafia liider, Apple tutvustas 2016. aastal iPhone 7 Plusis 2-kordse optilise suumiga telekaamerat. Lisaks optilisele suumile kasutati seda telekaamerat ka portreepiltide tausta sügavuse andmete jäädvustamiseks.
Nutitelefonide ettevõtted on aga kaugete objektide lähendamiseks püüdnud palju kauem. 2013. aastal tutvustas Nokia Lumia 1020 41MP kaameraga. Kuigi see lipulaev Lumia ei toetanud mingit optilist suumi, sai 41MP sensori tohutut pilti pseudosuumi jäljendamiseks kärpida. Siiani kasutavad nutitelefonide kaubamärgid sarnast strateegia suure megapiksliarvuga kaamerate reklaamimiseks, näiteks 64 MP või 108 MP.
Vahepeal katsetasid teatud kaubamärgid peagi ka tegelike liikuvate objektiivide seadistustega, mis sarnanesid suuna-ja-tulista kaameratele. Näiteks Samsung tõi 2013. aastal turule Galaxy S4 Zoom, millel oli väljaulatuv 10X optiline suumobjektiiv ja ksenoonvälk. Sissetõmmatav objektiiv ja ksenoonvälk tekitasid nii suure sarnasuse suuna-ja-tulista kaameraga, et Galaxy S4 Zoomi võiks õigustatult nimetada kaameraks, mis töötab Androidis ja toetab mobiilsideühendust. The Galaxy K Zoom järgis seda, käivitades järgmisel aastal.
Nutitelefoni periskoopkaamera kontseptsioon jäi üsna uudseks, kuni Huawei selle populariseeris, lansseerides 2019. aasta märtsis Huawei P30 Pro. Seda tehes said nad esimeseks kaubamärgiks, kes seda kaubanduslikult pakkus. Huawei P30 Pro, nagu nägime meie kaamera üksikasjalik ülevaade telefonist, saab teha võtteid kuni 50-kordse suurendusega. Siiski ei olnud Huawei esimene kaubamärk, kes selle ideega katsetas – just OPPO esitles MWC 2017 messil periskoopkaamera optilist suumi esimest korda. Vaatamata varajasele kasutuselevõtule kulus tehnoloogia kasutuselevõtuks kaks aastat jõuda arusaamale.
Mõni kuu pärast Huawei P30 Pro esitles OPPO OPPO Reno 10X Zoom Editionit, millel on sarnane periskoopiline telefotokaamera seadistus. Umbes samal ajal, Samsung alustas periskoopkaamerate masstootmist et teised tootjad võistleksid.
Kuid enne selle tehnoloogiaga kaasas olevate telefonide tundmaõppimist vaatame, kuidas see töötab ja millist rolli mängib periskoop telefotokaamera moodulis.
Mis on periskoopiline suumkaamera?
Õpiku määratluse kohaselt on periskoop optiline instrument, mis võimaldab kõigil näha takistust, ilma et see oleks nähtav. Traditsiooniliselt sisaldab see peegleid, mis peegeldavad või prismasid, mis murravad valgust täisnurga all, võimaldades inimestel näha, mis asub nende tegeliku vaatevälja kohal või all. Periskoope on juba mitu aastakümmet kasutatud soomukites, nagu tankid või allveelaevad. Instrument ise on kahjutu ja seda saab teha ka mõne lihtsa lõbusa teadusliku katse jaoks.
Rakendus ei erine nutitelefoni kaamerate osas palju. Erinevalt tavalistest telekaameratest, mis pakuvad 2- või 3-kordset optilist suumi, pakuvad periskoopkaamerad tavaliselt 5- või 10-kordset suumi, kasutades koos kaamerasensoriga rohkem kui ühte objektiivi. Periskoobi ülesanne on aidata mahutada erinevaid läätsesid, ilma nutitelefoni paksust drastiliselt suurendamata.
Kaameramoodulis oleva periskoobi rolli mõistmiseks visualiseerige nutitelefon 3D-seades erinevate telgedega, mida tähistavad X-, Y- ja Z-koordinaadid. Nutitelefon asub YZ-tasandil tasase ekraaniga, samas kui selle paksust saab mõõta piki X-telge. Traditsioonilised kaameraandurid ja lisatud objektiivid asuvad samuti YZ-tasandil, Z-teljega risti.
Periskoopilise seadistuse korral aga asuvad andur ja läätsed XZ-tasandil ja ristuvad Y-teljega täisnurga all. Kaamera anduri vastas asuvas otsas asub prisma, mis muudab valguse suunda anduriga risti. Täisnurga prisma kasutamine on põhjus, miks periskoopkaameratel on traditsiooniliste ringikujuliste väljalõigete asemel ruudu- või ristkülikukujulised väljalõiged.
Valgus siseneb periskoopkaamera ristkülikukujulise avause kaudu, murdub täisnurga all ning seejärel läbib objektiive ja jõuab sensorini. Tagamaks, et 5- või 10-kordse suurendusega tehtud pildid on teravad, on periskoopilised telekaamerad varustatud automaatse teravustamise toega, mille puhul objektiivid liiguvad edasi või tagasi, et teravustada kaugel asuvale objektile andur. Seda demonstreerib järgmine Samsungi video:
Veelgi enam, 5x või suurema suumi korral suurendatakse isegi peent võnkumist ja need tunduvad oluliste liigutustena. Et vältida seda liialdatud nihet kavandatud kaadrist, on periskoopkaamerad ehitatud OIS-i või optilise stabiliseerimisega - tavaliselt prismas. See tähendab, et prisma saab vabalt liikuda mööda mitut telge, reageerides gravitatsioonimuutustele ja seega taluda kõiki äkilisi tõmblevaid liikumisi.
Paigutades objektiivid ja täisnurga prisma kaamera avaga risti, saavad nutitelefonide tootjad palju ruumi kokku hoida. See ei lase periskoopilise telekaameraga nutitelefonidel olla nendest naeruväärselt paksemad oleks kujuteldav, kui objektiivid asetataks samale tasapinnale teiste kaamerate kaameratega nutitelefoni.
On veel üks huvitav ja üsna levinud periskoopide utiliit, mida kaamerates näeme. SLR- või DSLR-kaamerad kasutavad peegleid või prismasid, et peegeldada või murda valgust kaamera objektiivist optilisse pildiotsijasse. Kuigi peegelkaamerate periskoopide ja periskoopilise telefoto vahel puudub otsene seos kaamerad nutitelefonides, ei saa me ümber lükata esimene võis olla inspiratsiooniks uue ajastu jaoks optiline suum.
Erinevus periskoobi ja telekaamera vahel
Telefotokaamerad on need, mis võimaldavad optilist suumimist liikuva osaga või ilma. Seevastu periskoopkaamera on peamiselt tavalise telekaamera laiendus. Lisaks orientatsiooni erinevusele saab tele- ja periskoopkaameraid eristada kaamera ava kuju järgi. Tegelikult teeb periskoopkaamera ristkülikukujuline ava selle hõlpsasti eristatavaks muudest kaameratüüpidest. Tüüpilised telekaamerad seevastu kasutavad standardseid ümmargusi avasid ja neid ei saa ühe pilguga tuvastada.
Arvestades periskoopilises telefoto seadistuses kasutatavate objektiivide suuremat arvu, on telekaameral pikem fookuskaugus. Lõpuks, nagu näeme eelseisvates osades, ei toeta ei tele- ega periskoopkaamerad praegu muutuvat fookuskaugust, kuid mõned muudetud lahendused võivad tulevikus seda teha.
Periskoopilise suumkaameraga nutitelefonid
Nagu eespool mainisime, oli Huawei P30 Pro esimene müügil olev seade, mis oli varustatud 5x periskoopilise suumiga; OPPO Reno 10X Zoom Edition järgnes varsti pärast seda. Samsungi elektromehaanika alustas ka nende periskoopkaamerate moodulite tootmist eelmise aasta suvel, kuid kulus veidi aega, enne kui nad suutsid korraliku arvu tellimusi koguda.
Kaua pärast seda, kui Huawei P30 Pro turule tuli, Vivo X30 Pro (piiratud Hiinaga) pidas teatepulka mõnda aega "uusimaks periskoopkaameraga telefoniks", kuid peagi asendati see Samsung Galaxy S20 Ultra. 2020. aasta veebruaris turule toodud Galaxy S20 Ultra sai ühtlasi esimeseks nutitelefoniks, mis toetab kuni 100-kordset hübriidsuumi.
Xiaomi, mis saabub enamikele pidudele varakult, oli selle trendi hiline tulija. Nende esimene telefon, mis käivitati periskoopilise suumimooduliga, oli Mi 10 noorteväljaanne. Siis tuli Realme lipulaeva tapja - Realme X3 SuperZoom - toiteallikaks on aasta vana Snapdragon 855. Kaks selle loendi värskemat täiendust on Samsungi ja Vivo uusimad lipulaevad Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G ja Vivo X50 Pro, vastavalt.
Huawei, bränd, mis on olnud fotograafia rindel mitmete uuenduste teerajaja, tõi turule P30 Pro järglased peaaegu kuu aega pärast seda, kui Samsung välja andis Galaxy S20 Ultra. Kuigi need nutitelefonid - Huawei P40 Pro ja P40 Pro+ — on varasemad kui teised ülaltoodud lõigus mainitud, Huawei teade ületab neid tehnoloogiliselt ja väärib eksklusiivset mainimist. Kuigi mõlemad – Huawei P40 Pro ja P40 Pro+ – on varustatud periskoopilise suumiga kaameratega, Plus-variandi periskoopkaameral on 10-kordne optiline suum, tavalisel Pro-l aga 5-kordne optiline suum suumi. Lisaks 10-kordse optilise suumiga periskoobile on Huawei P40 Pro+-l ka teine telekaamera, mis on fikseeritud 3-kordse optilise suumiga.
Hiljuti käivitatud Huawei Mate 40 seeria järgib sama terminoloogiat nagu P40 seeria. Mudelil Huawei Mate 40 Pro ja Mate 40 Pro+ on spetsiaalsed 5- ja 10-kordse optilise suumiga periskoopkaamerad. Mate 40 Pro+-l on ka sekundaarne telekaamera, nagu P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS järgib Mate 40 Pro+ mudelit ja on varustatud 10-kordse periskoop- ja 3-kordse telekaameraga.
Periskoopkaamerate taga olev tehnoloogia areneb suhteliselt aeglasemas tempos kui tavaline numbrimäng kaamera eraldusvõimega. Kuigi see on ahvatlenud nii tarbijaid kui ka tootjaid, ei tähistata seda teiste tehnoloogiatena, nagu ülikiire laadimine või üha kasvav kuva värskendussagedused. Nutitelefonide kaubamärgid, nagu OPPO, on töötanud selle nimel, et lahendada nende periskoopkaamerate piirangud.
Enne nende piirangute vaatamist käsitleme periskoopkaamerate eeliseid.
Periskoopilise suumkaamera eelised
Nagu eespool nägime, on nutitelefonide suumimisvõimalused viimase kümnendi jooksul oluliselt arenenud. Periskoopilise suumiga kaamerad on loonud nutitelefoni optilise suumi osas uue pretsedendi. Nende silmapaistvaim eelis on see, et need võimaldavad jäädvustada kaugel asuvaid objekte või maastikke, mis on samaväärsed suuna-ja-pildistamise kaameraga ilma objektiivi tegeliku liikumiseta. Samal ajal võimaldab periskoobi risti orientatsioon nutitelefonide tootjatel kaamerasensori sobitada ja vajalike objektiivide komplekt nutitelefoni korpuses, ilma et need läheksid liiga kalliks maksma paksus.
Müra erinevus piltidel, mis on tehtud 10-kordse suurendusega, kasutades Huawei Mate 40 Pro hübriidsuumi ja iPhone 12 digitaalset suumi
Lisaks periskoopilise telekaamera pikemale fookuskaugusele, mis sobib ideaalselt kaugemate kohtade jäädvustamiseks objektide puhul tagab OIS, et periskoopilise optilise suumiga tehtud piltidel on palju vähem pildimüra kui digitaalsel suumi. Lisaks päevavalgusele on see funktsioon mugav ka hämaras või öösel pildistamisel.
Peale nutitelefonide digitaalse suumiga seotud väljakutsete ja piirangute kõrvaldamise võimaldavad nutitelefonide periskoopilised suumimoodulid kasutajatel ka mikromaailma piiluda. Periskoopkaameraga saate teha makrovõtteid, isegi ilma objektile liiga lähedale sattumata. See on eriti kasulik, kui olete kirglik putukate või pisikeste roomajate püüdmise vastu.
Siiski on sellel kaamera paigutusel teatud puudused, nagu me allpool arutame.
Periscopic Zoom kaamera puudused
Kuigi periskoopilised suumikaamerad lisavad võimaluse suumida objekte palju tõhusamalt kui digitaalne suum, seavad need ka teatud piirangud. Periskoopilise telefoto seadistuse suurim väljakutse on see, et see annab teile vabaduse optiliselt kaugele suumida objektidest eemal või väikesele objektile lähedale jäädes on selle fookuskaugus – ja seega ka suumimisvõimalused – fikseeritud teatud väärtusele. Piiratud ruum objektiivi seadistuses takistab objektiivi massiivi liigset liikumist. Liikumine võib hõlbustada ainult autofookust, kuid mitte sisse- ega väljasuumimist. Seega ei lase see nii vabalt sisse ega välja suumida kui tegelikult liikuv suumobjektiiv, mis on kinnitatud suuna-ja-pildistamise, peegelkaamera või peeglita kaamera külge.
See tähendab, et vaatamata periskoopilisele seadistusele rakendub digitaalne suum muudel suurendusväärtustel kui need, mida periskoopkaamera toetab. Näiteks kui nutitelefon toetab 5x optilist suumi, ei hakka periskoopkaamera tööle enne, kui suumite 5x. suumi ja selle asemel jätkake esmase kaamera kasutamist või mõni muu telekaamera, mis toetab digiga väiksemat suurendust suumi.
Nüüd, kui soovite jäädvustada midagi fookuskaugusega, mis on suurem kui 5X – näiteks 10X, siis lülitub nutitelefon periskoopkaamerale ja seejärel digitaalselt 2x suumi, mille tulemuseks on liitsuum 10X. Nutitelefonifirmadele meeldib seda nimetada "hübriidseks" suumiks, optilise ja digitaalse suumi kombinatsiooniks.
Näiteks Huawei Mate 40 Pro+ kasutab põhikaamerat 1-3x fookuskaugusega, suurendades suurendust digitaalselt. 3-kordse ja suurema suumi korral lülitub pildiotsija ümber 3-kordse optilise suumiga telekaamerale. Seda kaamerat kasutatakse kuni 9,9-kordse suurenduseni (kärpides pilti digitaalselt), pärast mida lülitub telefon 10-kordse optilise suumiga periskoopkaamerale. Väärtuste puhul, mis on suuremad kui 10-kordne suurendus, kärbib telefon uuesti 10-kordse pildi, tuginedes seega "hübriidsele" suumile. Loomulikult toimub 5-kordse periskoopilise suumiga kaameramoodulitega seadmetes üleminek 5-kordse fookuskauguse juures.
Periskoopkaamerate teine oluline puudus on see, et fookuskauguse suurenemisega väheneb vaateväli ja kaamera ava on väiksem kui põhikaameral – eeldades, et mõlemas kaameras kasutatavad objektiivid on peaaegu identsed. Väiksema ava korral väheneb andurile langeva valguse hulk, mistõttu on vaja rohkem ümbritsevat valgust. Selle tulemusena on periskoopkaameraga tehtud pildid kas nõrgalt valgustatud või kunstlikult ülevalgustatud, võrreldes palju suurema avaga põhikaameraga.
Nagu oodatud, kaasneb digitaalse suumiga pildil müra ja visuaalsed artefaktid. See tõestab, et kuigi periskoopiline suum on üsna võimas, puudub sellel mitmekülgsus, mida tegelikult liikuv teleobjektiiv võimaldab.
Kas periskoopiline suum on telefoto tulevik?
Periskoopiliste telefotokaamerate kontseptsioon on progressiivne samm digitaalsuumi ees, kuid ülaltoodud piirangud annavad tunnistust parema lahenduse vajalikkusest. Pärast seda, kui OPPO on esimene ettevõte, kes uuendas periskoopkaameraid, töötab nüüd täiustatud kontseptsiooni kallal, millel on muutuv fookuskaugus, mis võimaldaks muutuvat optilist suumi. 2020. aasta augustis avalikustas OPPO oma kontseptsiooni "hübriidne optiline suum", mis kasutab 7-elemendilist objektiivi seadistust.
Selle asemel, et kõik läätsed oleksid üksteisest võrdsel kaugusel, on need läätsed jagatud kolme rühma – kaks neist saavad vabalt liikuda. See vaba liikumine peaks võimaldama muutuvat fookuskaugust vahemikus 85 mm kuni 135 mm, samuti optilise suumi muutmist 3,3-5,2 korda. Seda saab siduda kuni 32 MP eraldusvõimega ja 4-ühes pikslite eraldamise toega CMOS-anduriga.
Samal ajal, Xiaomi töötab sissetõmmatava objektiivi seadistamise kallal, mille saab kinnitada põhikaamera peale või kasutada diskreetse teleobjektiivina. Selle mehhanismi üks peamisi eeliseid on see, et objektiiv kasutab palju suuremat ava kui periskoopiline moodul, mis võimaldab rohkem valgust ja seega ka paremaid pilte. Xiaomi võib selle ülestõstetava laia avaga objektiiviga nutitelefoni turule tuua juba 2021. aastal.
Prognooside kohaselt kolib isegi Apple periskoopkaamerad iPhone'ides aastaks 2022. Kuigi selleni on jäänud veel kaks aastat, võib periskoopkaamerate kasutuselevõtt iPhone'is muuta need palju tavalisemaks kui praegu. Kuni selle ajani jätkame valdkonna arengute jälgimist, mis võimaldavad meil näha ilma tegelikkusest liiga kaugele hüppamata.
Mida arvate periskoopsuumkaameratest ja millist rolli näete neil lähiaastatel nutitelefonide fotograafias? Andke meile oma mõtted allolevates kommentaarides teada!