Wat is het verschil tussen een periscoop- en telefotocamera?

Camera's zijn onmisbaar voor telefoons. Sinds de eerste cameratelefoon zijn camera's zo belangrijk geweest voor de branding van telefoons dat veel bedrijven uitsluitend profiteren van de mogelijkheden van hun apparaten om beelden vast te leggen Pixel-perfect (woordspeling zeker bedoeld) foto's. De afgelopen jaren hebben telefoonfabrikanten hun creatieve energie gestoken in het verbeteren van camera's en het plaatsen van meer sensoren op smartphones. Het voor de hand liggende resultaat is de fenomenale toename van de concurrentie tussen merken om meer camera’s voor minder geld aan te bieden. Innovatie is de sleutel geweest om te overleven in deze competitieve omgeving, en één cameratechnologie is dat geweest toonbeeld van innovatie zijn periscoopzoomcamera's. Met een directe optische vergroting van 5x of 10x maken periscopische telefotocamera's snel en eenvoudig inzoomen op verre afstanden mogelijk.

Dit artikel gaat over het gebruik van periscoopzoomcamera's, hun voor- en nadelen, en de toekomstige toekomst van periscoopzoomcamera's. Maar voordat we beginnen met de nieuwste trends, volgt hier een kort overzicht van wat mogelijk tot deze innovatie heeft geleid.

Een korte geschiedenis van telefoto-smartphonecamera's

Hoewel Apple niet de eerste was die het concept van meer dan één camera op telefoonsmoet het bedrijf zeker worden gecrediteerd voor het populariseren van het idee en het inspireren van anderen om mee te doen aan de kar. Apple was lange tijd toonaangevend op het gebied van smartphonefotografie en introduceerde in 2016 een telecamera met 2x optische zoom op de iPhone 7 Plus. Naast optische zoom werd deze telefotocamera ook gebruikt om achtergronddieptegegevens vast te leggen voor portretfoto's.

Smartphonebedrijven zijn echter al veel langer bezig met het dichterbij brengen van afgelegen objecten. In 2013 introduceerde Nokia de Lumia 1020 met een 41 MP-camera. Hoewel dit vlaggenschip Lumia geen enkele vorm van optische zoom ondersteunde, kon het enorme beeld van de 41 MP-sensor worden bijgesneden om een ​​pseudozoom te emuleren. Tot op heden gebruiken smartphonemerken een soortgelijke strategie om camera's met een groot aantal megapixels te promoten, zoals 64 MP of 108 MP.

Ondertussen experimenteerden bepaalde merken ook kort met daadwerkelijke bewegende lensopstellingen, vergelijkbaar met richt-en-schietcamera's. Zo lanceerde Samsung in 2013 de Galaxy S4 Zoom met een uitstekende 10X optische zoomlens en xenonflitser. De intrekbare lens en de xenonflitser zorgden ervoor dat de gelijkenis met een point-and-shoot-camera zo sterk was dat de Galaxy S4 Zoom zou met recht een camera kunnen worden genoemd die op Android draait en mobiele connectiviteit ondersteunt. De Galaxy K-zoom volgde het en werd het jaar daarop gelanceerd.

Het concept van een periscoopcamera op een smartphone bleef vrij nieuw totdat Huawei het populair maakte door de Huawei P30 Pro in maart 2019 te lanceren. Daarmee werden ze het eerste merk dat het commercieel aanbood. De Huawei P30 Pro, zoals we zagen in onze gedetailleerd cameraoverzicht van de telefoon, kan opnamen maken met een vergroting tot 50x. Huawei was echter niet het eerste merk dat met dit idee experimenteerde; het was OPPO die op MWC 2017 voor het eerst de optische zoommogelijkheden van een periscopische camera demonstreerde. Ondanks de vroege introductie duurde het twee jaar voordat de technologie beschikbaar was tot een besef komen.

Een paar maanden na de Huawei P30 Pro introduceerde OPPO de OPPO Reno 10X Zoom Edition met een vergelijkbare periscopische telecamera-opstelling. Rond dezelfde tijd, Samsung begon met de massaproductie van periscopische camera's voor andere fabrikanten om aan de race deel te nemen.

Maar voordat we meer te weten komen over de telefoons die met deze technologie worden geleverd, moeten we eerst eens kijken hoe deze werkt en welke rol een periscoop speelt in een telecameramodule.

Wat is een periscopische zoomcamera?

Volgens de definitie in het leerboek is een periscoop een optisch instrument waarmee iedereen rond een obstakel kan kijken zonder dat hij of zij zichtbaar is. Traditioneel omvat het spiegels die reflecteren of prisma's die het licht in een rechte hoek breken, waardoor mensen kunnen zien wat zich boven of onder hun werkelijke zichtlijn bevindt. Periscopen worden al tientallen jaren gebruikt in gepantserde voertuigen zoals tanks en onderzeeërs. Het instrument zelf is onschadelijk en kan ook worden gemaakt voor enkele eenvoudige, leuke wetenschappelijke experimenten.

De toepassing is niet veel anders als het gaat om smartphonecamera's. In tegenstelling tot standaard telefotocamera's die 2X of 3X optische zoom bieden, bieden periscopische camera's doorgaans 5X of 10X zoom door gebruik te maken van meer dan één enkele lens samen met de camerasensor. De rol van een periscoop is om de reeks lenzen te helpen accommoderen zonder de dikte van de smartphone drastisch te vergroten.

Om de rol van een periscoop in een cameramodule te begrijpen, visualiseert u de smartphone in een 3D-opstelling met verschillende assen weergegeven door X-, Y- en Z-coördinaten. De smartphone ligt met het scherm plat op het YZ-vlak, terwijl de dikte langs de X-as kan worden gemeten. Traditionele camerasensoren en de daaraan bevestigde lenzen liggen ook in het YZ-vlak, loodrecht op de Z-as.

Bij een periscopische opstelling liggen de sensor en de lenzen echter op het XZ-vlak en snijden ze de Y-as in een rechte hoek. Aan het uiteinde, tegenover de camerasensor, ligt een prisma dat de richting van het licht loodrecht op de sensor verandert. Het gebruik van een rechthoekig prisma is de reden waarom periscoopcamera's vierkante of rechthoekige uitsparingen hebben in plaats van traditionele ronde uitsparingen.

Licht komt binnen via de rechthoekige opening voor een periscoopcamera, wordt in een rechte hoek gebroken, gaat vervolgens door de lenzen en bereikt de sensor. Om ervoor te zorgen dat de beelden gemaakt met een vergroting van 5x of 10x scherp zijn, zijn periscopische telefotocamera's uitgerust met autofocusondersteuning waarbij de lenzen naar voren of naar achteren bewegen om scherp te stellen op een voorwerp veraf sensor. Dit wordt gedemonstreerd in de volgende video van Samsung:

Bovendien worden bij een zoomfactor van 5x of hoger zelfs subtiele schokken vergroot en lijken ze op aanzienlijke bewegingen. Om deze overdreven verschuiving van het beoogde frame te voorkomen, worden periscoopcamera's gebouwd met OIS of optische stabilisatie – meestal in het prisma. Dit betekent dat het prisma vrij langs meerdere assen kan bewegen als reactie op veranderingen in de zwaartekracht en daardoor elke plotselinge schokkerige beweging kan opvangen.

Door de lenzen en het rechthoekige prisma loodrecht op de cameraopening te plaatsen, kunnen smartphonefabrikanten veel ruimte besparen. Dit voorkomt dat smartphones met periscopische telecamera's belachelijk dik zijn dan zij zou denkbaar zijn als de lenzen in hetzelfde vlak zouden worden geplaatst als andere camera's op de camera smartphone.

Er is nog een interessant en veelvoorkomend nut van periscopen die we in camera's zien. SLR- of DSLR-camera's gebruiken spiegels of prisma's om het licht van de cameralens naar de optische zoeker te reflecteren of te breken. Terwijl er geen directe relatie bestaat tussen periscopen in spiegelreflexcamera's en periscopische telefoto camera's op smartphones, we kunnen het niet negeren, het eerste kan een inspiratiebron zijn geweest voor het nieuwe tijdperk optische zoom.

Verschil tussen een periscoop- en telefotocamera

Telefotocamera's zijn camera's die optisch zoomen mogelijk maken, met of zonder bewegend onderdeel. Een periscoopcamera is daarentegen vooral een verlengstuk van een standaard telecamera. Naast het verschil in oriëntatie zijn telefoto- en periscoopcamera's te onderscheiden door te kijken naar de vorm van de cameraopening. De rechthoekige opening voor de periscopische camera maakt het zelfs gemakkelijk om hem te onderscheiden van andere soorten camera's. Typische telefotocamera's maken daarentegen gebruik van standaard ronde openingen en kunnen niet in één oogopslag worden geïdentificeerd.

Gezien het grotere aantal lenzen dat wordt gebruikt in een periscopische telefoto-opstelling, heeft een telecamera een langere brandpuntsafstand. Ten slotte ondersteunen telefoto- en periscoopcamera's, zoals we in de komende paragrafen zullen zien, momenteel geen variabele brandpuntsafstand, maar sommige aangepaste oplossingen in de toekomst zouden dit wel kunnen doen.

Smartphones met een periscopische zoomcamera

Zoals we hierboven vermeldden, was de Huawei P30 Pro het eerste commercieel verkrijgbare apparaat uitgerust met een 5x periscopische zoomlens; de OPPO Reno 10X Zoom Edition volgde kort daarna. De elektromechanica van Samsung startte vorig jaar zomer ook met de productie van deze periscoopcameramodules, maar het duurde een tijdje voordat ze een behoorlijk aantal bestellingen konden verwerken.

Lang nadat de Huawei P30 Pro werd gelanceerd, Vivo's X30 Pro (beperkt tot China) hield een tijdje het stokje vast als de "nieuwste telefoon met een periscoopcamera", maar werd al snel vervangen door de Samsung Galaxy S20Ultra. De Galaxy S20 Ultra, gelanceerd in februari 2020, werd ook de eerste smartphone die tot 100x hybride zoom ondersteunt.

Xiaomi, dat bij de meeste partijen vroeg arriveert, was een laatkomer in deze trend. Hun eerste telefoon die werd gelanceerd met een periscopische zoommodule was de Mi 10 Jeugdeditie. Toen kwam de vlaggenschipmoordenaar van Realme – de Realme X3 SuperZoom - aangedreven door een jaar oude Snapdragon 855. Twee van de recentere toevoegingen aan deze lijst zijn de nieuwste vlaggenschipapparaten van Samsung en Vivo – de Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G en de Vivo X50Prorespectievelijk.

Huawei, het merk dat pionier is op het gebied van verschillende innovaties op fotografiegebied, lanceerde de opvolgers van de P30 Pro bijna een maand nadat Samsung de Galaxy S20 Ultra uitbracht. Hoewel deze smartphones — Huawei P40 Pro en P40 Pro+ – dateren van vóór de andere die in de bovenstaande paragraaf worden genoemd, de aankondiging van Huawei overtreft hen qua technologie en is een exclusieve vermelding waard. Hoewel beide – de Huawei P40 Pro en de P40 Pro+ – zijn uitgerust met periscopische zoomcamera’s, zijn de periscoopcamera op de Plus-variant heeft 10x optische zoom, terwijl de gewone Pro 5x optisch is zoom. Naast de periscoop met 10x optische zoom beschikt de Huawei P40 Pro+ ook over een andere telelenscamera met 3x optische zoom.

Hoe recenter gelanceerd Huawei Mate 40-serie volgt dezelfde terminologie als de P40-serie. De Huawei Mate 40 Pro en de Mate 40 Pro+ zijn voorzien van speciale periscoopcamera's met 5x en 10x optische zoom. De Mate 40 Pro+ beschikt ook over een secundaire telecamera, net als de P40 Pro+. De Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS volgt de Mate 40 Pro+ en is uitgerust met een 10x periscopische en een 3x telelenscamera.

De technologie achter periscoopcamera's evolueert relatief trager dan het algemene getallenspel op het gebied van cameraresolutie. Hoewel het zowel consumenten als fabrikanten heeft verleid, wordt het niet gevierd zoals andere technologieën zoals supersnel opladen of steeds toenemende vernieuwingsfrequenties weergeven. Smartphonemerken zoals OPPO hebben gewerkt aan manieren om de beperkingen van deze periscoopcamera's aan te pakken.

Laten we, voordat we naar deze beperkingen kijken, eerst eens kijken naar de voordelen die periscopische camera's bieden.

Voordelen van een periscopische zoomcamera

Zoals we hierboven zagen, zijn de zoommogelijkheden van smartphones de afgelopen tien jaar aanzienlijk geëvolueerd. Periscopische zoomcamera's hebben een nieuw precedent geschapen als het gaat om optische zoom op een smartphone. Hun meest opvallende voordeel is dat je ermee een object of landschap op afstand kunt vastleggen, vergelijkbaar met een point-and-shoot-camera, zonder dat er daadwerkelijk een lens beweegt. Tegelijkertijd zorgt de loodrechte oriëntatie van de periscoop ervoor dat smartphonefabrikanten de camerasensor kunnen plaatsen en de set noodzakelijke lenzen in de body van de smartphone zonder ze al te duur te kosten dikte.

Het verschil in ruis op foto's gemaakt met een vergroting van 10x met de hybride zoom op Huawei Mate 40 Pro en digitale zoom op iPhone 12

Naast de langere brandpuntsafstand van de periscopische telecamera, die ideaal is voor het vastleggen van verafgelegen beelden onderwerpen, zorgt OIS ervoor dat afbeeldingen gemaakt met periscopische optische zoom veel minder beeldruis hebben dan digitale zoom. Naast daglicht is de functie handig als het gaat om fotografie bij weinig licht of 's nachts.

Naast het verhelpen van de uitdagingen en beperkingen waarmee we worden geconfronteerd met digitale zoom op smartphones, bieden periscopische zoommodules op smartphones gebruikers ook de mogelijkheid om in de microwereld te kijken. Met de periscopische camera maak je macro-opnamen, zelfs zonder dat je te dicht bij een object komt. Dit is vooral handig als je een passie hebt voor het vangen van insecten of kleine reptielen.

Er kleven echter bepaalde nadelen aan deze camera-opstelling, zoals we hieronder bespreken.

Nadelen van een periscopische zoomcamera

Hoewel periscopische zoomcamera's de mogelijkheid bieden om veel effectiever op objecten in te zoomen dan digitale zoom, brengen ze ook bepaalde beperkingen met zich mee. De grootste uitdaging met een periscopische telelensopstelling is dat je hiermee de vrijheid hebt om optisch ver in te zoomen van objecten verwijderd of dichterbij een klein object komen, is de brandpuntsafstand (en dus de zoommogelijkheden) op een bepaalde waarde vastgelegd. De beperkte ruimte in de lensopstelling voorkomt dat de lensarray te veel beweegt. De beweging kan alleen de autofocus vergemakkelijken, maar niet het in- of uitzoomen. Je kunt er dus niet zo vrij mee in- of uitzoomen als met een daadwerkelijk bewegende zoomlens die is bevestigd aan een point-and-shoot-, DSLR- of spiegelloze camera.

Dit betekent dat de digitale zoom in werking treedt bij andere vergrotingswaarden dan die ondersteund door een periscoopcamera, ondanks de periscopische opstelling. Als een smartphone bijvoorbeeld 5X optische zoom ondersteunt, komt de periscopische camera pas in actie als u naar 5X zoomt zoomen en in plaats daarvan de primaire camera blijven gebruiken, of een andere telelenscamera ondersteunt een kleinere vergroting met digitaal zoom.

Als je nu iets wilt vastleggen met een brandpuntsafstand groter dan 5X (bijvoorbeeld 10X), schakelt de smartphone over naar de periscoopcamera en zoomt vervolgens digitaal 2X in, wat leidt tot een samengestelde zoom van 10X. Smartphonebedrijven noemen dit graag een ‘hybride’ zoomlens, een combinatie van optische en digitale zoom.

Een Huawei Mate 40 Pro+ gebruikt bijvoorbeeld de primaire camera met een brandpuntsafstand van 1x tot 3x, waarbij digitaal wordt ingezoomd naarmate de vergroting groter wordt. Bij 3x zoom en verder schakelt de zoeker over naar een telecamera met 3x optische zoom. Deze camera blijft in gebruik tot een vergroting van 9,9x (het 3x beeld digitaal bijsnijden), waarna de telefoon overschakelt naar de periscoopcamera met 10x optische zoom. Bij waarden boven de 10x vergroting snijdt de telefoon opnieuw in het 10x beeld - en vertrouwt daarbij op de "hybride" zoomlens. Op apparaten met 5X periscopische zoomcameramodules vindt de overgang uiteraard plaats op 5X van de brandpuntsafstand.

Een ander belangrijk nadeel van periscoopcamera's is dat met de toename van de brandpuntsafstand het gezichtsveld kleiner wordt en de het diafragma van de cameraopening is kleiner dan dat van de primaire camera, ervan uitgaande dat de lenzen die in beide camera's worden gebruikt bijna zijn identiek. Met een kleiner diafragma vermindert de hoeveelheid licht die op de sensor valt, waardoor er meer omgevingslicht nodig is. Als gevolg hiervan zijn beelden gemaakt met een periscopische camera slecht verlicht of kunstmatig overbelicht in vergelijking met een primaire camera met een veel groter diafragma.

Zoals verwacht komen er bij digitale zoom ruis en visuele artefacten in het beeld. Dit bewijst dat, hoewel de periscopische zoom redelijk krachtig is, deze de veelzijdigheid mist die een feitelijk bewegende telelens mogelijk maakt.

Is periscopische zoom de toekomst voor telefoto?

Het concept van periscopische telefotocamera's is een stap vooruit ten opzichte van digitale zoom, maar de beperking die we hierboven noemden getuigt van de noodzaak van een betere oplossing. Nadat OPPO het eerste bedrijf was dat periscoopcamera's innoveerde, werkt het nu aan een geavanceerd concept met variabele brandpuntsafstand, wat variabele optische zoom mogelijk maakt. In augustus 2020 onthulde OPPO zijn concept van de "hybride optische zoom" die gebruik maakt van een lensopstelling met 7 elementen.

In plaats van dat alle lenzen op gelijke afstand van elkaar staan, zijn deze lenzen verdeeld in drie groepen, waarvan er twee vrij kunnen bewegen. Deze vrije beweging zou een variabele brandpuntsafstand mogelijk moeten maken, variërend tussen 85 mm en 135 mm, evenals een veranderende optische zoom tussen 3,3X en 5,2X. Dit kan worden gekoppeld aan een CMOS-sensor met een resolutie tot 32 MP en ondersteuning voor 4-in-1 pixelbinning.

Tegelijkertijd, Xiaomi werkt aan een intrekbare lensopstelling, die bovenop de primaire camera kan worden bevestigd of als discrete telelens kan worden gebruikt. Een groot voordeel van dit mechanisme is dat de lens een veel groter diafragma gebruikt dan een periscopische module, waardoor meer licht en dus betere beelden mogelijk zijn. Xiaomi zal mogelijk al in 2021 een smartphone lanceren met deze intrekbare lens met groot diafragma.

Zelfs Apple zal naar verwachting verhuizen periscoopcamera's op de iPhones in 2022. Hoewel er nog twee jaar te gaan zijn voordat dat gebeurt, zou het gebruik van periscoopcamera's op de iPhone ertoe kunnen leiden dat ze veel mainstreamer worden dan ze nu zijn. Tot die tijd zullen we de ontwikkelingen in de sector blijven volgen die ons laten zien zonder al te ver weg te springen van de realiteit.

Wat vindt u van periscopische zoomcamera's, en welke rol ziet u de komende jaren voor hen in de smartphonefotografie? Laat ons uw mening weten in de reacties hieronder!