Kāda ir atšķirība starp periskopu un telefoto kameru?

Kameras ir neaizstājamas tālruņiem. Kopš pirmā tālruņa ar kameru kameras ir bijušas tik svarīgas tālruņu zīmola veidošanā, ka daudzi uzņēmumi gūst peļņu tikai no savām ierīcēm, kas spēj uzņemt attēlus. Ideāls pikseļi (kalambūrs noteikti paredzēts) fotogrāfijas. Pēdējos gados tālruņu ražotāji ir novirzījuši savu radošo enerģiju kameru uzlabošanai un viedtālruņu sensoru izvietošanai. Acīmredzams rezultāts ir fenomenāls konkurences pieaugums starp zīmoliem, lai piedāvātu vairāk kameru par mazāku dolāru. Inovācija ir bijusi atslēga, lai izdzīvotu šajā konkurences vidē, un viena kameras tehnoloģija, kas ir bijusi inovāciju iemiesojums ir periskopa tālummaiņas kameras. Ar tūlītēju 5X vai 10X optisko palielinājumu periskopiskās telefoto kameras atvieglo ātru un vienkāršu tālummaiņu tālā attālumā.

Šajā rakstā ir runāts par periskopa tālummaiņas kameru izmantošanu, to priekšrocībām un trūkumiem, kā arī periskopa tālummaiņas kameru perspektīvām nākotni. Bet pirms sākam ar jaunākajām tendencēm, šeit ir īss pārskats par to, kas varētu būt novedis pie šīs inovācijas.

Īsa telefoto viedtālruņu kameru vēsture

Lai gan Apple nebija pirmais, kas ieviesa jēdzienu vairāk nekā viena kamera tālruņos, uzņēmumam noteikti jābūt atzinīgi par idejas popularizēšanu un citu iedvesmošanu. Apple, kas ilgu laiku bija līderis viedtālruņu fotografēšanā, 2016. gadā iPhone 7 Plus ieviesa telefoto kameru ar 2X optisko tālummaiņu. Papildus optiskajai tālummaiņai šī telefoto kamera tika izmantota arī, lai uzņemtu fona dziļuma datus portreta attēliem.

Tomēr viedtālruņu uzņēmumi daudz ilgāk ir centušies tuvināt attālos objektus. 2013. gadā Nokia iepazīstināja ar Lumia 1020 ar 41MP kameru. Lai gan šis vadošais Lumia neatbalstīja nekāda veida optisko tālummaiņu, milzīgo attēlu no 41MP sensora varēja apgriezt, lai līdzinātos pseido tālummaiņai. Līdz šim viedtālruņu zīmoli izmanto līdzīgu stratēģija, lai reklamētu kameras ar lielu megapikseļu skaitu, piemēram, 64MP vai 108MP.

Tikmēr daži zīmoli arī neilgi eksperimentēja ar reāliem kustīgu objektīvu iestatījumiem, kas ir līdzīgi punktveida un fotografēšanas kamerām. Piemēram, Samsung 2013. gadā laida klajā Galaxy S4 Zoom ar izvirzītu 10X optiskās tālummaiņas objektīvu un ksenona zibspuldzi. Ievelkamais objektīvs un ksenona zibspuldze radīja tik lielu līdzību ar mērķētu un fotografētu kameru, ka Galaxy S4 Zoom pamatoti varētu saukt par kameru, kas darbojas operētājsistēmā Android un atbalsta mobilo savienojumu. The Galaxy K Zoom sekoja tam, uzsākot darbību nākamajā gadā.

Periskopa kameras koncepcija viedtālrunī palika diezgan jauna, līdz Huawei to popularizēja, laižot klajā Huawei P30 Pro 2019. gada martā. To darot, viņi kļuva par pirmo zīmolu, kas to piedāvāja komerciāli. Huawei P30 Pro, kā mēs redzējām mūsu detalizēts kameras apskats tālruņa, varētu uzņemt kadrus ar palielinājumu līdz pat 50x. Tomēr Huawei nebija pirmais zīmols, kas eksperimentēja ar šo ideju — tas bija OPPO, kas pirmo reizi izstādē MWC 2017 demonstrēja periskopiskās kameras optiskās tālummaiņas iespējas. Neskatoties uz agrīnu ieviešanu, tehnoloģija prasīja divus gadus nonākt pie atziņas.

Dažus mēnešus pēc Huawei P30 Pro, OPPO iepazīstināja ar OPPO Reno 10X Zoom Edition ar līdzīgu periskopisku telefoto kameras iestatījumu. Aptuveni tajā pašā laikā, Samsung sāka masveidā ražot periskopiskās kameras lai citi ražotāji varētu pievienoties sacensībām.

Bet pirms mēs uzzinām par tālruņiem, kas tiek piegādāti ar šo tehnoloģiju, apskatīsim, kā tā darbojas un kādu lomu telefoto kameras modulī spēlē periskops.

Kas ir periskopiskā tālummaiņas kamera?

Saskaņā ar mācību grāmatas definīciju periskops ir optisks instruments, kas ļauj ikvienam redzēt šķēršļus, lai tie nebūtu redzami. Tas tradicionāli ietver spoguļus, kas atstaro, vai prizmas, kas lauž gaismu taisnā leņķī, ļaujot cilvēkiem redzēt, kas atrodas virs vai zem viņu faktiskās redzes līnijas. Periskopi jau vairākus gadu desmitus ir izmantoti bruņumašīnās, piemēram, tankos vai zemūdenēs. Pats instruments ir nekaitīgs, un to var izgatavot arī dažiem vienkāršiem jautriem zinātniskiem eksperimentiem.

Lietojumprogramma daudz neatšķiras, ja runa ir par viedtālruņu kamerām. Atšķirībā no standarta telefoto kamerām, kas piedāvā 2X vai 3X optisko tālummaiņu, periskopiskās kameras parasti piedāvā 5X vai 10X tālummaiņu, izmantojot vairāk nekā vienu objektīvu kopā ar kameras sensoru. Periskopa uzdevums ir palīdzēt pielāgoties dažādiem objektīviem, būtiski nepalielinot viedtālruņa biezumu.

Lai saprastu periskopa lomu kameras modulī, vizualizējiet viedtālruni 3D izkārtojumā ar dažādām asīm, kuras attēlo X, Y un Z koordinātas. Viedtālrunis atrodas plakaniski uz YZ plaknes, savukārt tā biezumu var izmērīt pa X asi. Tradicionālie kameras sensori un pievienotie objektīvi arī atrodas YZ plaknē, perpendikulāri Z asij.

Tomēr periskopiskās iestatīšanas gadījumā sensors un objektīvi atrodas XZ plaknē un krustojas ar Y asi taisnā leņķī. Beigās, pretī kameras sensoram, atrodas prizma, kas maina gaismas virzienu perpendikulāri sensoram. Izmantojot taisnleņķa prizmu, periskopa kamerām ir kvadrātveida vai taisnstūrveida izgriezumi, nevis tradicionālie apļveida izgriezumi.

Gaisma iekļūst caur periskopa kameras taisnstūrveida atveri, tiek lauzta taisnā leņķī un pēc tam iziet cauri lēcām un sasniedz sensoru. Lai nodrošinātu, ka attēli, kas uzņemti ar 5X vai 10X palielinājumu, ir asi, periskopiskās telefoto kameras ir aprīkots ar autofokusa atbalstu, kurā objektīvi pārvietojas uz priekšu vai atpakaļ, lai fokusētu uz tālu esošu objektu sensors. Tas ir parādīts šajā Samsung video:

Turklāt ar 5x vai lielāku tālummaiņu pat smalki grūdieni tiek palielināti un izskatās kā nozīmīgas kustības. Lai izvairītos no šīs pārspīlētās novirzes no paredzētā kadra, periskopa kameras ir veidotas ar OIS vai optisko stabilizāciju — parasti prizmā. Tas nozīmē, ka prizma var brīvi pārvietoties pa vairākām asīm, reaģējot uz gravitācijas izmaiņām, un tādējādi pielāgoties jebkurai pēkšņai saraustītai kustībai.

Sakārtojot objektīvus un taisnleņķa prizmu perpendikulāri kameras atvērumam, viedtālruņu ražotāji var ietaupīt daudz vietas. Tas neļauj viedtālruņiem ar periskopiskām telefoto kamerām būt smieklīgi biezākiem par tiem tas būtu iedomājams, ja objektīvi tiktu novietoti vienā plaknē ar citām kamerām viedtālrunis.

Ir vēl viena interesanta un diezgan izplatīta periskopu lietderība, ko mēs redzam kamerās. SLR vai DSLR kamerās tiek izmantoti spoguļi vai prizmas, lai atspoguļotu vai lauztu gaismu no kameras objektīva uz optisko skatu meklētāju. Lai gan nav tiešas saistības starp periskopiem spoguļkamerās un periskopisko telefoto kameras viedtālruņos, mēs nevaram ignorēt pirmo, iespējams, bija iedvesma jaunajam laikmetam optiskā tālummaiņa.

Atšķirība starp periskopu un telefoto kameru

Telefotokameras ir tās, kas nodrošina optisko tālummaiņu ar kustīgu daļu vai bez tās. Turpretim periskopa kamera galvenokārt ir standarta telefoto kameras paplašinājums. Papildus orientācijas atšķirībām telefoto un periskopa kameras var atšķirt, aplūkojot kameras atveres formu. Faktiski taisnstūrveida atvere periskopiskajai kamerai ļauj to viegli atpazīt no cita veida kamerām. No otras puses, tipiskās telefoto kamerās tiek izmantotas standarta apaļas atveres, un tās nevar atpazīt tikai vienā mirklī.

Ņemot vērā lielāku periskopiskā telefoto iestatījumā izmantoto objektīvu skaitu, telefoto kamerai ir garāks fokusa attālums. Visbeidzot, kā mēs redzēsim nākamajās sadaļās, ne telefoto, ne periskopa kameras pašlaik neatbalsta mainīgu fokusa attālumu, bet daži modificēti risinājumi nākotnē to varētu darīt.

Viedtālruņi ar periskopisku tālummaiņas kameru

Kā jau minējām iepriekš, Huawei P30 Pro bija pirmā komerciāli pieejamā ierīce, kas aprīkota ar 5x periskopisko tālummaiņu; Drīz pēc tam sekoja OPPO Reno 10X Zoom Edition. Samsung elektromehānika arī uzsāka šo periskopu kameru moduļu ražošanu pagājušā gada vasarā, taču pagāja zināms laiks, līdz viņi varēja palielināt pienācīgu pasūtījumu skaitu.

Ilgi pēc Huawei P30 Pro izlaišanas, Vivo's X30 Pro (tikai Ķīna) kādu laiku turēja stafeti kā "jaunāko tālruni ar periskopa kameru", taču drīz to nomainīja Samsung Galaxy S20 Ultra. Galaxy S20 Ultra, kas tika laists klajā 2020. gada februārī, kļuva arī par pirmo viedtālruni, kas atbalsta līdz pat 100 X hibrīda tālummaiņu.

Xiaomi, kas lielākajā daļā ballīšu ierodas agri, bija šīs tendences novēlotais dalībnieks. Viņu pirmais tālrunis, kas tika palaists ar periskopisku tālummaiņas moduli, bija Mi 10 jauniešu izdevums. Tad nāca Realme vadošais slepkava - Realme X3 SuperZoom — darbina gadu vecs Snapdragon 855. Divi no jaunākajiem šī saraksta papildinājumiem ir Samsung un Vivo jaunākās vadošās ierīces Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G un Vivo X50 Pro, attiecīgi.

Huawei, zīmols, kas ir bijis vairāku inovāciju pionieris fotogrāfijas jomā, laiž klajā P30 Pro pēctečus gandrīz mēnesi pēc tam, kad Samsung izlaida Galaxy S20 Ultra. Kamēr šie viedtālruņi - Huawei P40 Pro un P40 Pro+ — ir agrāki nekā citi, kas minēti iepriekšējā rindkopā, Huawei paziņojums tos pārspēj tehnoloģiju ziņā un ir ekskluzīvas pieminēšanas vērts. Lai gan abi — Huawei P40 Pro un P40 Pro+ — ir aprīkoti ar periskopiskās tālummaiņas kamerām, Plus varianta periskopa kamera ir aprīkota ar 10X optisko tālummaiņu, savukārt parastajam Pro ir 5X optiskā tālummaiņa tālummaiņa. Papildus 10x optiskās tālummaiņas periskopam Huawei P40 Pro+ ir arī cita telefoto kamera, kas fiksēta ar 3x optisko tālummaiņu.

Pavisam nesen palaists Huawei Mate 40 sērija izmanto to pašu terminoloģiju kā P40 sērijai. Huawei Mate 40 Pro un Mate 40 Pro+ piedāvā īpašas periskopa kameras ar 5x un 10x optisko tālummaiņu. Mate 40 Pro+ ir aprīkots arī ar sekundāro telefoto kameru, tāpat kā P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS seko Mate 40 Pro+ un ir aprīkots ar 10x periskopisku un 3x telefoto kameru.

Periskopu kameru tehnoloģija attīstās salīdzinoši lēnā tempā nekā vispārējā skaitļu spēle kameras izšķirtspējā. Lai gan tas ir vilinājis gan patērētājus, gan ražotājus, tas netiek svinēts kā citas tehnoloģijas, piemēram, īpaši ātra uzlāde vai arvien pieaugošā displeja atsvaidzes intensitāte. Viedtālruņu zīmoli, piemēram, OPPO, ir strādājuši pie veidiem, kā novērst šo periskopa kameru ierobežojumus.

Pirms aplūkojam šos ierobežojumus, apskatīsim periskopisko kameru piedāvātās priekšrocības.

Periskopiskās tālummaiņas kameras priekšrocības

Kā redzējām iepriekš, viedtālruņu tālummaiņas iespējas pēdējo desmit gadu laikā ir būtiski attīstījušās. Periskopiskās tālummaiņas kameras ir radījušas jaunu precedentu, kad runa ir par viedtālruņa optisko tālummaiņu. To galvenā priekšrocība ir tā, ka tie ļauj tvert tālu objektu vai ainavu, kas ir ļoti līdzvērtīga kamerai, kurā objektīvs faktiski nekustas. Vienlaikus periskopa perpendikulārā orientācija ļauj viedtālruņu ražotājiem pielāgot kameras sensoru un nepieciešamo objektīvu komplektu viedtālruņa korpusā, neizmaksājot tos pārāk dārgi biezums.

Trokšņu atšķirība attēliem, kas uzņemti ar 10x palielinājumu, izmantojot Huawei Mate 40 Pro hibrīda tālummaiņu un iPhone 12 digitālo tālummaiņu

Papildus periskopiskās telefoto kameras garākam fokusa attālumam, kas ir ideāli piemērots attāluma tveršanai objektiem, OIS nodrošina, ka attēliem, kas uzņemti ar periskopisko optisko tālummaiņu, ir daudz mazāk attēla trokšņu nekā digitālajos attēlos tālummaiņa. Papildus dienasgaismai šī funkcija ir ērta, fotografējot vājā apgaismojumā vai naktī.

Izņemot problēmas un ierobežojumus, ar kuriem saskaramies viedtālruņu digitālajā tālummaiņā, viedtālruņu periskopiskās tālummaiņas moduļi ļauj lietotājiem ieskatīties mikropasaulē. Periskopisko kameru varat izmantot, lai uzņemtu makrouzņēmumus, pat nenokļūstot pārāk tuvu objektam. Tas ir īpaši noderīgi, ja jūs aizrautīgi ķerat kukaiņus vai sīkus rāpuļus.

Tomēr šim kameras izkārtojumam ir daži trūkumi, par kuriem mēs runāsim tālāk.

Periscopic Zoom kameras trūkumi

Lai gan periskopiskās tālummaiņas kameras nodrošina iespēju tuvināt objektus daudz efektīvāk nekā digitālā tālummaiņa, tās arī rada zināmus ierobežojumus. Lielākais izaicinājums ar periskopisko telefoto iestatījumu ir tas, ka, lai gan tas sniedz jums brīvību optiski tuvināt tālu nost no objektiem vai tuvu mazam objektam, tā fokusa attālums un līdz ar to arī tālummaiņas iespējas ir fiksēts uz noteiktu vērtību. Ierobežotā telpa objektīva iestatījumos neļauj objektīvu blokam pārāk daudz pārvietoties. Kustība var tikai atvieglot autofokusu, bet ne tuvināšanu vai tālināšanu. Tādējādi tas neļauj tuvināt vai tālināt tikpat brīvi kā reāli kustīgs tālummaiņas objektīvs, kas pievienots objektīva, DSLR vai bezspoguļa kamerai.

Tas nozīmē, ka digitālā tālummaiņa tiek aktivizēta ar citām palielinājuma vērtībām, nevis tām, ko atbalsta periskopa kamera, neskatoties uz periskopisko iestatījumu. Piemēram, ja viedtālrunis atbalsta 5X optisko tālummaiņu, periskopiskā kamera nedarbosies, kamēr netiks veikta tālummaiņa uz 5X. tālummaiņu un tā vietā turpiniet izmantot primāro kameru vai citu telefoto kameru, kas atbalsta mazāku palielinājumu ar digitālo tālummaiņa.

Tagad, ja vēlaties kaut ko tvert ar fokusa attālumu, kas ir lielāks par 5 X — piemēram, ar 10 X, viedtālrunis pārslēdzas uz periskopa kameru un pēc tam digitāli pietuvina 2 X, tādējādi iegūstot kombinēto tālummaiņu 10 X. Viedtālruņu uzņēmumiem patīk to dēvēt par "hibrīdu" tālummaiņu, kas ir optiskās un digitālās tālummaiņas kombinācija.

Piemēram, Huawei Mate 40 Pro+ izmanto primāro kameru no 1x līdz 3x fokusa attālumiem, tuvinot digitāli, palielinot palielinājumu. Izmantojot 3X tālummaiņu un vairāk, skatu meklētājs pārslēdzas uz telefoto kameru ar 3X optisko tālummaiņu. Šī kamera joprojām tiek izmantota līdz 9,9 X palielinājumam (3 reizes attēla apgriešana digitāli), pēc kura tālrunis pārslēdzas uz periskopa kameru ar 10 X optisko tālummaiņu. Ja vērtības pārsniedz 10 X palielinājumu, tālrunis atkal tiek apgriezts 10 X attēlā, tādējādi paļaujoties uz "hibrīda" tālummaiņu. Protams, ierīcēs ar 5x periskopiskās tālummaiņas kameru moduļiem pāreja notiek ar 5x fokusa attālumu.

Vēl viens būtisks periskopu kameru trūkums ir tas, ka, palielinoties fokusa attālumam, redzes lauks tiek sašaurināts un kameras atvēruma atvērums ir mazāks nekā primārajai kamerai — pieņemot, ka abās kamerās izmantotie objektīvi ir gandrīz identisks. Ar mazāku diafragmas atvērumu samazinās gaismas daudzums, kas krīt uz sensoru, kā rezultātā ir nepieciešams vairāk apkārtējās gaismas. Rezultātā attēli, kas uzņemti ar periskopisko kameru, ir vāji apgaismoti vai mākslīgi pāreksponēti salīdzinājumā ar primāro kameru ar daudz lielāku diafragmas atvērumu.

Kā gaidīts, ar digitālo tālummaiņu attēlā parādās troksnis un vizuālie artefakti. Tas pierāda, ka, lai gan periskopiskā tālummaiņa ir diezgan spēcīga, tai trūkst daudzpusības, ko pieļauj faktiski kustīgs telefoto objektīvs.

Vai periskopiskā tālummaiņa ir telefoto nākotne?

Periskopisko telefoto kameru koncepcija ir progresīvs solis priekšā digitālajai tālummaiņai, taču iepriekš minētie ierobežojumi liecina par labāka risinājuma nepieciešamību. Pēc tam, kad OPPO bija pirmais uzņēmums, kas ieviesa jauninājumus periskopu kamerās, tagad tā strādā pie uzlabotas koncepcijas ar mainīgu fokusa attālumu, kas ļautu mainīt optisko tālummaiņu. 2020. gada augustā OPPO atklāja savu koncepcijuhibrīda optiskā tālummaiņa", kas izmanto 7 elementu objektīva iestatījumu.

Tā vietā, lai visi objektīvi atrastos vienādā attālumā viens no otra, šie objektīvi ir sadalīti trīs grupās — divas no kurām var brīvi kustēties. Šai brīvajai kustībai vajadzētu nodrošināt mainīgu fokusa attālumu no 85 mm līdz 135 mm, kā arī mainīt optisko tālummaiņu no 3,3 X līdz 5,2 X. To var piesaistīt CMOS sensoram ar izšķirtspēju līdz 32 MP un 4-in-1 pikseļu sadales atbalstu.

Tajā pašā laikā, Xiaomi strādā pie ievelkama objektīva iestatīšanas, ko var piestiprināt virs primārās kameras vai izmantot kā atsevišķu telefoto objektīvu. Viens no galvenajiem šī mehānisma ieguvumiem ir tas, ka objektīvs izmantos daudz lielāku diafragmas atvērumu nekā periskopiskais modulis, nodrošinot vairāk gaismas un līdz ar to arī labākus attēlus. Xiaomi var laist klajā viedtālruni ar šo ievelkamo platas diafragmas objektīvu jau 2021. gadā.

Paredzams, ka pat Apple pārcelsies uz periskopa kameras iPhone tālruņos līdz 2022. gadam. Lai gan ir atlikuši vēl divi gadi, līdz tas notiks, periskopa kameru ieviešana iPhone tālrunī var novest pie tā, ka tās kļūs daudz populārākas nekā pašlaik. Līdz tam mēs turpināsim sekot līdzi notikumiem nozarē, kas ļaus mums redzēt, neatkāpjoties no realitātes.

Ko jūs domājat par periskopiskās tālummaiņas kamerām, un kādu lomu jūs to paredzat viedtālruņu fotografēšanā dažu nākamo gadu laikā? Paziņojiet mums savas domas zemāk esošajos komentāros!