Les téléobjectifs périscope offrent un zoom optique jusqu'à 10X sur les smartphones tout en minimisant le bruit. Voici comment fonctionnent les caméras périscopes.
Les appareils photo sont indispensables aux téléphones. Depuis le premier téléphone avec appareil photo, les appareils photo ont joué un rôle si central dans l'image de marque des téléphones que de nombreuses entreprises tirent profit uniquement de la capacité de leurs appareils à capturer des images. Pixel-parfait (jeu de mots définitivement intentionnel) photographies. Ces dernières années, les fabricants de téléphones ont canalisé leur énergie créative pour améliorer les appareils photo et intégrer davantage de capteurs sur les smartphones. Le résultat évident est l’augmentation phénoménale de la concurrence entre les marques pour proposer plus d’appareils photo pour moins d’argent. L'innovation a été la clé de la survie dans cet environnement concurrentiel, et une technologie de caméra qui a été la exemple d'innovation ce sont des caméras à zoom périscope. Avec un grossissement optique instantané 5X ou 10X, les téléobjectifs périscopiques facilitent un zoom rapide et facile sur une distance lointaine.
Cet article parle des utilisations des caméras périscopes à zoom, de leurs avantages et inconvénients, ainsi que de l'avenir prospectif des caméras périscopes à zoom. Mais avant de commencer avec les dernières tendances, voici un bref aperçu de ce qui a pu conduire à cette innovation.
Une brève histoire des appareils photo téléobjectif pour smartphone
Même si Apple n'a pas été le premier à introduire le concept de plus d'une caméra sur les téléphones, l’entreprise doit certainement être reconnue pour avoir popularisé l’idée et inspiré les autres à prendre le train en marche. Longtemps leader de la photographie sur smartphone, Apple a introduit un téléobjectif avec zoom optique 2X sur l'iPhone 7 Plus en 2016. Outre le zoom optique, ce téléobjectif était également utilisé pour capturer des données de profondeur d'arrière-plan pour les portraits.
Cependant, les fabricants de smartphones cherchent depuis bien plus longtemps à rapprocher les objets distants. En 2013, Nokia a lancé le Lumia1020 avec un appareil photo 41MP. Bien que ce produit phare Lumia ne prenne en charge aucun zoom optique, l'énorme image du capteur 41MP pouvait être recadrée pour émuler un pseudo-zoom. À ce jour, les marques de smartphones utilisent un système similaire stratégie visant à promouvoir les appareils photo dotés d'un grand nombre de mégapixels, comme 64MP ou 108MP.
Pendant ce temps, certaines marques ont également expérimenté sous peu de véritables configurations d’objectifs mobiles similaires aux appareils photo compacts. Par exemple, Samsung a lancé le Galaxy S4 Zoom en 2013 avec un objectif zoom optique 10X en saillie et un flash au xénon. L'objectif rétractable et le flash au xénon ont conduit à une telle ressemblance avec un appareil photo compact que le Galaxy S4 Zoom pourrait à juste titre être qualifié d’appareil photo fonctionnant sous Android et prenant en charge la connectivité cellulaire. Le Galaxy K Zoom l'a suivi, lancé l'année suivante.
Le concept de caméra périscope sur smartphone est resté assez nouveau jusqu'à ce que Huawei le popularise en lançant le Huawei P30 Pro en mars 2019. Ce faisant, ils sont devenus la première marque à le proposer commercialement. Le Huawei P30 Pro, comme nous l'avons vu dans notre examen détaillé de la caméra du téléphone, pourrait prendre des photos avec un grossissement jusqu'à 50x. Cependant, Huawei n'a pas été la première marque à expérimenter cette idée: c'est OPPO qui a présenté pour la première fois les capacités de zoom optique d'une caméra périscopique au MWC 2017. Malgré une introduction précoce, la technologie a mis deux ans à arriver à une réalisation.
Quelques mois après le Huawei P30 Pro, OPPO a présenté l'OPPO Reno 10X Zoom Edition avec une configuration de téléobjectif périscopique similaire. Autour du même moment, Samsung a commencé à produire en série des caméras périscopiques pour que d'autres constructeurs se joignent à la course.
Mais avant d'en savoir plus sur les téléphones dotés de cette technologie, examinons son fonctionnement et le rôle que joue un périscope dans un module de téléobjectif.
Qu'est-ce qu'une caméra à zoom périscopique?
Selon sa définition classique, un périscope est un instrument optique qui permet à quiconque de voir autour d'un obstacle sans qu'il soit visible. Il comprend traditionnellement des miroirs qui réfléchissent ou des prismes qui réfractent la lumière à angle droit, permettant aux gens de voir ce qui se trouve au-dessus ou en dessous de leur champ de vision réel. Les périscopes sont utilisés depuis plusieurs décennies dans les véhicules blindés comme les chars ou les sous-marins. L’instrument lui-même est inoffensif et peut également être conçu pour des expériences scientifiques simples et amusantes.
L'application n'est pas très différente en ce qui concerne les appareils photo des smartphones. Contrairement aux téléobjectifs standard qui offrent un zoom optique 2X ou 3X, les appareils photo périscopiques offrent généralement un zoom 5X ou 10X en utilisant plus d'un objectif avec le capteur de l'appareil photo. Le rôle d'un périscope est d'aider à accueillir la gamme d'objectifs sans augmenter considérablement l'épaisseur du smartphone.
Pour comprendre le rôle d'un périscope à l'intérieur d'un module de caméra, visualisez le smartphone dans une disposition 3D avec différents axes représentés par les coordonnées X, Y et Z. Le smartphone repose avec l'écran à plat sur le plan YZ, tandis que son épaisseur peut être mesurée le long de l'axe X. Les capteurs de caméra traditionnels et les objectifs qui y sont attachés se trouvent également dans le plan YZ, perpendiculaire à l'axe Z.
Cependant, dans le cas d'une configuration périscopique, le capteur et les lentilles se trouvent sur le plan XZ et coupent l'axe Y à angle droit. À l’extrémité opposée au capteur de la caméra se trouve un prisme qui change la direction de la lumière perpendiculairement au capteur. L'utilisation d'un prisme à angle droit explique pourquoi les caméras périscopes ont des découpes carrées ou rectangulaires au lieu des découpes circulaires traditionnelles.
La lumière entre par l’ouverture rectangulaire d’une caméra périscope, est réfractée à angle droit, puis traverse les lentilles et atteint le capteur. Pour garantir que les images prises avec un grossissement 5X ou 10X soient nettes, des téléobjectifs périscopiques sont équipé d'un support de mise au point automatique dans lequel les objectifs avancent ou reculent pour se concentrer sur un objet éloigné sur le capteur. Ceci est démontré dans la vidéo suivante de Samsung :
De plus, avec un zoom 5x ou plus, même les secousses subtiles sont amplifiées et apparaissent comme des mouvements significatifs. Pour éviter ce décalage exagéré par rapport au cadre prévu, les caméras périscopes sont construites avec OIS ou stabilisation optique – généralement dans le prisme. Cela signifie que le prisme peut se déplacer librement le long de plusieurs axes en réponse aux changements de gravité et, par conséquent, s'adapter à tout mouvement saccadé soudain.
En disposant les objectifs et le prisme à angle droit perpendiculairement à l'ouverture de l'appareil photo, les fabricants de smartphones peuvent gagner beaucoup de place. Cela empêche les smartphones équipés de téléobjectifs périscopiques d'être ridiculement plus épais qu'ils ne le sont. serait imaginable si les objectifs étaient placés dans le même plan que les autres appareils photo du téléphone intelligent.
Il existe une autre utilité intéressante et plutôt courante des périscopes que nous voyons dans les appareils photo. Les appareils photo reflex ou reflex numériques utilisent des miroirs ou des prismes pour réfléchir ou réfracter la lumière de l'objectif de l'appareil photo vers le viseur optique. Bien qu'il n'y ait pas de relation directe entre les périscopes à l'intérieur des appareils photo reflex et le téléobjectif périscopique les appareils photo sur les smartphones, nous ne pouvons pas ignorer le premier, cela a peut-être été une source d'inspiration pour la nouvelle ère zoom optique.
Différence entre un périscope et un téléobjectif
Les téléobjectifs sont ceux qui permettent un zoom optique avec ou sans partie mobile. En revanche, une caméra périscope est avant tout une extension d’une caméra téléobjectif standard. Outre la différence d'orientation, les appareils photo téléobjectif et périscope peuvent être distingués en regardant la forme de l'ouverture de l'appareil photo. En effet, l'ouverture rectangulaire de la caméra périscopique permet de l'identifier facilement par rapport aux autres types de caméras. Les téléobjectifs typiques, en revanche, utilisent des ouvertures circulaires standard et ne peuvent pas être identifiés d'un simple coup d'œil.
Étant donné le nombre plus élevé d’objectifs utilisés dans une configuration de téléobjectif périscopique, un téléobjectif a une distance focale plus longue. Enfin, comme nous le verrons dans les sections suivantes, ni les téléobjectifs ni les périscopes ne prennent actuellement en charge la distance focale variable, mais certaines solutions modifiées pourraient le faire à l'avenir.
Smartphones équipés d'une caméra à zoom périscopique
Comme nous l'avons mentionné ci-dessus, le Huawei P30 Pro a été le premier appareil disponible dans le commerce équipé d'un zoom périscopique 5x; l'OPPO Reno 10X Zoom Edition a suivi peu de temps après. L'électromécanique de Samsung a également lancé la fabrication de ces modules de caméra périscopes l'été dernier, mais il a fallu un certain temps avant de pouvoir regrouper un nombre décent de commandes.
Bien après le lancement du Huawei P30 Pro, Le X30 Pro de Vivo (limité à la Chine) a tenu le relais en tant que « dernier téléphone doté d'une caméra périscope » pendant un certain temps, mais a été rapidement remplacé par le Samsung Galaxy S20 Ultra. Lancé en février 2020, le Galaxy S20 Ultra est également devenu le premier smartphone à prendre en charge un zoom hybride jusqu'à 100X.
Xiaomi, qui arrive tôt dans la plupart des soirées, a été un retardataire dans cette tendance. Leur premier téléphone à être lancé avec un module de zoom périscopique était le Mi 10 édition jeunesse. Puis vint le tueur phare de Realme – le Realme X3 SuperZoom - propulsé par un Snapdragon 855 vieux d'un an. Deux des ajouts les plus récents à ce décompte sont les derniers appareils phares de Samsung et Vivo: le Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G et le VivoX50 Pro, respectivement.
Huawei, la marque pionnière de plusieurs innovations dans le domaine de la photographie, a lancé les successeurs du P30 Pro près d'un mois après le lancement par Samsung du Galaxy S20 Ultra. Alors que ces smartphones — Huawei P40 Pro et P40 Pro+ — antérieure aux autres mentionnées dans le paragraphe ci-dessus, l'annonce de Huawei les surpasse en termes de technologie et mérite une mention exclusive. Alors que les deux – le Huawei P40 Pro et le P40 Pro+ – sont équipés de caméras à zoom périscopique, le la caméra périscope de la variante Plus arbore un zoom optique 10X tandis que le Pro standard est doté d'un zoom optique 5X Zoom. En plus du périscope à zoom optique 10X, le Huawei P40 Pro+ dispose également d'un autre téléobjectif fixé à un zoom optique 3x.
Le plus récemment lancé Série Huawei Mate 40 suit la même terminologie que la série P40. Le Huawei Mate 40 Pro et le Mate 40 Pro+ sont dotés de caméras périscopes dédiées avec zoom optique 5x et 10x. Le Mate 40 Pro+ dispose également d’un téléobjectif secondaire, tout comme le P40 Pro+. Le Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS suit le Mate 40 Pro+ et est équipé d'un appareil photo périscopique 10x et d'un téléobjectif 3x.
La technologie derrière les caméras périscopes évolue à un rythme relativement lent par rapport au jeu général des nombres en matière de résolution de caméra. Bien qu'elle ait séduit à la fois les consommateurs et les fabricants, elle n'est pas célébrée comme d'autres technologies comme la recharge ultra-rapide ou les technologies toujours croissantes. afficher les taux de rafraîchissement. Les marques de smartphones comme OPPO ont travaillé sur des moyens de remédier aux limites de ces caméras périscopes.
Avant d’examiner ces limites, passons en revue les avantages qu’offrent les caméras périscopiques.
Avantages d'une caméra à zoom périscopique
Comme nous l'avons vu plus haut, les capacités de zoom des smartphones ont considérablement évolué au cours de la dernière décennie. Les caméras à zoom périscopique ont créé un nouveau précédent en matière de zoom optique sur un smartphone. Leur avantage le plus important est qu'ils vous permettent de capturer un objet ou un paysage distant de la même manière qu'un appareil photo compact, sans aucun mouvement réel de l'objectif. Simultanément, l'orientation perpendiculaire du périscope permet aux fabricants de smartphones d'adapter le capteur de l'appareil photo. et l'ensemble des lentilles nécessaires dans le corps du smartphone sans leur coûter trop cher en termes de épaisseur.
La différence de bruit sur les images prises au grossissement 10X en utilisant le zoom hybride sur Huawei Mate 40 Pro et le zoom numérique sur iPhone 12
Outre la distance focale plus longue de la caméra téléobjectif périscopique, idéale pour capturer des images lointaines sujets, OIS garantit que les images prises avec le zoom optique périscopique ont beaucoup moins de bruit d'image que le numérique Zoom. Outre la lumière du jour, cette fonctionnalité est pratique lorsqu’il s’agit de photographier dans des conditions de faible luminosité ou de nuit.
En plus de remédier aux défis et aux limites auxquels nous sommes confrontés avec le zoom numérique sur les smartphones, les modules de zoom périscopique sur les smartphones permettent également aux utilisateurs de jeter un coup d'œil dans le micro-monde. Vous pouvez utiliser la caméra périscopique pour capturer des photos macro, même sans vous rapprocher trop d'un objet. Ceci est particulièrement utile si vous êtes passionné par la capture d'insectes ou de petits reptiles.
Cependant, cette disposition de caméra présente certains inconvénients, comme nous l'expliquons ci-dessous.
Inconvénients d’une caméra à zoom périscopique
Bien que les caméras à zoom périscopique ajoutent la possibilité de zoomer sur des objets de près de manière beaucoup plus efficace que le zoom numérique, elles posent également certaines limites. Le plus grand défi avec une configuration de téléobjectif périscopique est que même s'il vous donne la liberté de zoomer optiquement sur de loin hors d'objets ou rapprochés d'un objet minuscule, sa distance focale - et donc ses capacités de zoom - sont fixées à une certaine valeur. L'espace limité à l'intérieur de la configuration de l'objectif empêche le réseau de lentilles de trop bouger. Le mouvement ne peut que faciliter la mise au point automatique mais pas le zoom avant ou arrière. Ainsi, il ne vous permet pas de zoomer ou dézoomer aussi librement qu'un objectif zoom réellement mobile fixé à un appareil photo compact, reflex numérique ou sans miroir.
Cela signifie que le zoom numérique entre en jeu à des valeurs de grossissement autres que celles prises en charge par une caméra périscopique malgré la configuration périscopique. Par exemple, si un smartphone prend en charge le zoom optique 5X, la caméra périscopique n'entrera en action que lorsque vous zoomerez sur 5X. zoomez et continuez à utiliser l'appareil photo principal ou un autre téléobjectif prenant en charge un grossissement moindre avec le numérique Zoom.
Désormais, si vous souhaitez capturer quelque chose à une distance focale supérieure à 5X, par exemple à 10X, le smartphone passe à la caméra périscope, puis effectue un zoom numérique 2X, conduisant à un zoom composé de 10X. Les fabricants de smartphones aiment appeler cela un zoom « hybride », une combinaison de zoom optique et numérique.
Par exemple, un Huawei Mate 40 Pro+ utilise l'appareil photo principal entre des focales 1x et 3x, effectuant un zoom numérique à mesure que l'on augmente le grossissement. Au zoom 3X et au-delà, le viseur passe à un téléobjectif avec zoom optique 3X. Cet appareil photo continue d'être utilisé jusqu'à un grossissement de 9,9X (recadrage numérique de l'image 3X), au-delà duquel le téléphone passe à l'appareil photo périscope avec zoom optique 10X. À des valeurs supérieures à un grossissement de 10X, le téléphone recadre à nouveau l'image 10X, s'appuyant ainsi sur le zoom « hybride ». Naturellement, sur les appareils équipés de modules de caméra à zoom périscopique 5X, la transition se produit à 5X de la distance focale.
Un autre inconvénient majeur des caméras périscopes est qu'avec l'augmentation de la distance focale, le champ de vision se rétrécit et le l'ouverture de l'appareil photo est plus petite que celle de l'appareil photo principal - en supposant que les objectifs utilisés dans les deux appareils photo sont presque identique. Avec une ouverture plus petite, la quantité de lumière tombant sur le capteur diminue, ce qui nécessite davantage de lumière ambiante. En conséquence, les images prises avec une caméra périscopique sont soit faiblement éclairées, soit artificiellement surexposées par rapport à une caméra principale dotée d'une ouverture beaucoup plus grande.
Comme prévu, le zoom numérique entraîne du bruit et des artefacts visuels dans l’image. Cela prouve que même si le zoom périscopique est assez puissant, il lui manque la polyvalence que permet un téléobjectif réellement mobile.
Le zoom périscopique est-il l'avenir du téléobjectif?
Le concept des téléobjectifs périscopiques est une avancée progressive par rapport au zoom numérique, mais les limites que nous avons énumérées ci-dessus témoignent de la nécessité d'une meilleure solution. Après avoir été la première entreprise à innover en matière de caméras périscopes, OPPO travaille désormais sur un concept avancé à focale variable, qui permettrait un zoom optique variable. En août 2020, OPPO a dévoilé son concept du "zoom optique hybride" qui utilise une configuration d'objectif à 7 éléments.
Au lieu que toutes les lentilles soient équidistantes les unes des autres, ces lentilles sont divisées en trois groupes, dont deux peuvent se déplacer librement. Cette liberté de mouvement devrait permettre une focale variable, comprise entre 85 mm et 135 mm, ainsi qu'un zoom optique variable entre 3,3X et 5,2X. Cela peut être lié à un capteur CMOS avec une résolution allant jusqu’à 32 MP et une prise en charge du regroupement de pixels 4 en 1.
En même temps, Xiaomi travaille sur une configuration d'objectif rétractable, qui peut être fixé sur l'appareil photo principal ou utilisé comme téléobjectif discret. L’un des principaux avantages de ce mécanisme est que l’objectif utilisera une ouverture beaucoup plus grande qu’un module périscopique, permettant ainsi plus de lumière et, par conséquent, de meilleures images. Xiaomi pourrait lancer un smartphone doté de cet objectif rétractable à grande ouverture dès 2021.
Même Apple devrait passer à caméras périscopes sur les iPhones d’ici 2022. Bien qu'il reste encore deux années avant que cela ne se produise, l'adoption de caméras périscopes sur l'iPhone pourrait les amener à devenir beaucoup plus courantes qu'elles ne le sont actuellement. D’ici là, nous continuerons à suivre les développements de l’industrie qui nous permettent de voir sans trop nous éloigner de la réalité.
Que pensez-vous des appareils photo à zoom périscopique et quel rôle prévoyez-vous pour eux dans la photographie sur smartphone au cours des prochaines années? Faites-nous part de vos réflexions dans les commentaires ci-dessous !