Hva er forskjellen mellom et periskop og et telefotokamera?

Kameraer er uunnværlige for telefoner. Helt siden den første kameratelefonen har kameraer vært så sentrale i telefonens merkevarebygging at mange bedrifter tjener penger utelukkende på enhetenes evne til å fange Piksel-perfekt (ordspill definitivt ment) fotografier. I løpet av de siste årene har telefonprodusenter kanalisert sin kreative energi til å forbedre kameraer og få plass til flere sensorer på smarttelefoner. Det åpenbare resultatet er den fenomenale økningen i konkurransen mellom merker om å tilby flere kameraer for færre kroner. Innovasjon har vært nøkkelen til å overleve i dette konkurranseutsatte miljøet, og en kamerateknologi som har vært symbolet på innovasjon er periscope zoom-kameraer. Med umiddelbar 5X eller 10X optisk forstørrelse, muliggjør periskopiske telefotokameraer rask og enkel zooming langt unna.

Denne artikkelen snakker om bruken av periskopzoomkameraer, deres fordeler og ulemper, og den potensielle fremtiden til periskopzoomkameraer. Men før vi begynner med de siste trendene, her er en rask oversikt over hva som kan ha ført til denne innovasjonen.

En kort historie om telefoto-smarttelefonkameraer

Selv om Apple ikke var den første som introduserte konseptet mer enn ett kamera på telefoner, bør selskapet definitivt krediteres for å ha popularisert ideen og inspirert andre til å gå ombord. En leder innen smarttelefonfotografering i lang tid, introduserte Apple et telefotokamera med 2X optisk zoom på iPhone 7 Plus i 2016. Foruten optisk zoom, ble dette telefotokameraet også brukt til å fange bakgrunnsdybdedata for portrettbilder.

Imidlertid har smarttelefonselskaper vært på dette oppdraget for å bringe eksterne objekter nærmere mye lenger. I 2013 introduserte Nokia Lumia 1020 med et 41 MP kamera. Selv om dette flaggskipet Lumia ikke støttet optisk zoom av noe slag, kunne det enorme bildet fra 41MP-sensoren beskjæres for å etterligne en pseudozoom. Til denne datoen bruker smarttelefonmerker en lignende strategi for å markedsføre kameraer med store megapiksler, for eksempel 64MP eller 108MP.

I mellomtiden eksperimenterte visse merker også i løpet av kort tid med faktiske bevegelige linseoppsett som ligner på pek-og-skyt-kameraer. For eksempel lanserte Samsung Galaxy S4 Zoom i 2013 med et utstående 10X optisk zoomobjektiv og xenonblits. Den tilbaketrekkende linsen og xenonblitsen førte til en så sterk likhet med et pek-og-skyt-kamera som Galaxy S4 Zoom kan med rette kalles et kamera som kjører på Android og støtter mobiltilkobling. De Galaxy K Zoom fulgte den, og ble lansert året etter.

Konseptet med et periskopkamera på en smarttelefon forble ganske nytt inntil Huawei populariserte det ved å lansere Huawei P30 Pro i mars 2019. Dermed ble de det første merket som tilbyr det kommersielt. Huawei P30 Pro, som vi så i vår detaljert kameragjennomgang av telefonen, kunne ta bilder med opptil 50x forstørrelse. Huawei var imidlertid ikke det første merket som eksperimenterte med denne ideen – det var OPPO som først viste frem et periskopisk kameras optiske zoomfunksjoner på MWC 2017. Til tross for den tidlige introduksjonen, tok teknologien to år komme til en erkjennelse.

Noen måneder etter Huawei P30 Pro introduserte OPPO OPPO Reno 10X Zoom Edition med et lignende periskopisk telefotokameraoppsett. Omtrent samtidig, Samsung begynte å masseprodusere periskopiske kameraer for andre produsenter å bli med i løpet.

Men før vi lærer om telefonene som følger med denne teknologien, la oss ta en titt på hvordan den fungerer og hvilken rolle et periskop spiller i en telefotokameramodul.

Hva er et periskopisk zoomkamera?

I henhold til lærebokdefinisjonen er et periskop et optisk instrument som lar alle se rundt en hindring uten at de er synlige. Det inkluderer tradisjonelt speil som reflekterer eller prismer som bryter lyset i rette vinkler, slik at folk kan se hva som er over eller under deres faktiske siktelinje. Periskoper har blitt brukt i pansrede kjøretøy som stridsvogner eller ubåter i flere tiår. Selve instrumentet er ufarlig og kan også lages for noen enkle morsomme vitenskapelige eksperimenter.

Applikasjonen er ikke mye annerledes når det kommer til smarttelefonkameraer. I motsetning til standard telefotokameraer som tilbyr 2X eller 3X optisk zoom, tilbyr periskopiske kameraer vanligvis 5X eller 10X zoom ved å bruke mer enn ett enkelt objektiv sammen med kamerasensoren. Et periskops rolle er å hjelpe til med å imøtekomme utvalget av linser uten å drastisk øke smarttelefonens tykkelse.

For å forstå rollen til et periskop inne i en kameramodul, visualiser smarttelefonen i et 3D-arrangement med forskjellige akser representert av X-, Y- og Z-koordinater. Smarttelefonen ligger med skjermen flatt på YZ-planet, mens tykkelsen kan måles langs X-aksen. Tradisjonelle kamerasensorer og de vedlagte linsene ligger også i YZ-planet, vinkelrett på Z-aksen.

Ved et periskopisk oppsett ligger imidlertid sensoren og linsene på XZ-planet og skjærer Y-aksen i rett vinkel. På enden, motsatt av kamerasensoren, ligger et prisme som endrer lysretningen vinkelrett på sensoren. Bruken av et rettvinklet prisme er grunnen til at periskopkameraer har firkantede eller rektangulære utskjæringer i stedet for tradisjonelle sirkulære.

Lys kommer inn gjennom den rektangulære åpningen til et periskopkamera, brytes i rett vinkel, og passerer deretter gjennom linsene og når sensoren. For å sikre at bildene tatt med 5X eller 10X forstørrelse er skarpe, er periskopiske telefotokameraer utstyrt med autofokusstøtte der linsene beveger seg fremover eller bakover for å fokusere på et objekt som er langt unna sensor. Dette demonstreres i følgende video av Samsung:

Videre, ved 5x eller høyere zoom, forstørres selv subtile støt og ser ut som betydelige bevegelser. For å unngå dette overdrevne skiftet fra den tiltenkte rammen, er periskopkameraer bygget med OIS eller optisk stabilisering - vanligvis i prismet. Dette betyr at prismet kan bevege seg fritt langs flere akser som reagerer på tyngdekraftsendringer, og derfor imøtekomme enhver plutselig rykkende bevegelse.

Ved å arrangere linsene og det rettvinklede prismet vinkelrett på kameraåpningen kan smarttelefonprodusenter spare mye plass. Dette forhindrer smarttelefoner med periskopiske telefotokameraer fra å være latterlig tykke enn de ville tenkes vært hvis linsene skulle plasseres i samme plan som andre kameraer på smarttelefon.

Det er en annen interessant og ganske vanlig nytte av periskoper vi ser i kameraer. SLR- eller DSLR-kameraer bruker speil eller prismer for å reflektere eller bryte lyset fra kameralinsen til den optiske søkeren. Selv om det ikke er noen direkte sammenheng mellom periskoper inne i speilreflekskameraer og periskopisk tele kameraer på smarttelefoner, kan vi ikke overstyre at det tidligere kan ha vært en inspirasjon for den nye tiden optisk zoom.

Forskjellen mellom et periskop og telefotokamera

Telefotokameraer er de som tillater optisk zooming med eller uten en bevegelig del. Derimot er et periskopkamera først og fremst en forlengelse av et standard telefotokamera. Foruten forskjellen i orientering, kan telefoto- og periskopkameraer skilles ved å se på formen på kameraåpningen. Faktisk gjør den rektangulære åpningen for det periskopiske kameraet det enkelt å bli identifisert bortsett fra andre typer kameraer. Typiske telefotokameraer, derimot, bruker standard sirkulære åpninger og kan ikke identifiseres med bare et blikk.

Gitt det høyere antallet objektiver som brukes i et periskopisk telefotooppsett, har et telefotokamera lengre brennvidde. Til slutt, som vi vil se i de kommende delene, støtter verken telefoto- eller periskopkameraer for tiden variabel brennvidde, men noen modifiserte løsninger i fremtiden kan gjøre det.

Smarttelefoner med periskopisk zoomkamera

Som vi nevnte ovenfor, var Huawei P30 Pro den første kommersielt tilgjengelige enheten utstyrt med en 5x periskopisk zoom; OPPO Reno 10X Zoom Edition fulgte like etter. Samsungs elektromekanikk startet også produksjonen av disse periskopkameramodulene sommeren i fjor, men det tok en stund før de kunne samle opp et anstendig antall bestillinger.

Lenge etter at Huawei P30 Pro ble lansert, Vivos X30 Pro (begrenset til Kina) holdt stafettpinnen som den "nyeste telefonen med et periskopkamera" en stund, men ble snart erstattet av Samsung Galaxy S20 Ultra. Galaxy S20 Ultra ble lansert i februar 2020 og ble også den første smarttelefonen som støtter opptil 100X hybridzoom.

Xiaomi, som kommer tidlig til de fleste fester, var en senkommer til denne trenden. Deres første telefon som ble lansert med en periskopisk zoommodul var Mi 10 Youth Edition. Så kom Realmes flaggskip-morder - den Realme X3 SuperZoom — drevet av en år gammel Snapdragon 855. To av de nyere tilleggene til denne oversikten er de nyeste flaggskipenhetene fra Samsung og Vivo - Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G og Vivo X50 Pro, henholdsvis.

Huawei, merket som har vært banebrytende for flere innovasjoner på fotofronten, lanserte etterfølgerne til P30 Pro nesten en måned etter at Samsung ga ut Galaxy S20 Ultra. Mens disse smarttelefonene - Huawei P40 Pro og P40 Pro+ — Forut for de andre nevnt i avsnittet ovenfor, Huaweis kunngjøring overgår dem når det gjelder teknologi og er verdt en eksklusiv omtale. Mens begge – Huawei P40 Pro og P40 Pro+ – er utstyrt med periskopiske zoomkameraer, Periskopkamera på Plus-varianten har 10X optisk zoom mens den vanlige Pro har 5X optisk zoom. I tillegg til periskopet med 10X optisk zoom, har Huawei P40 Pro+ også et annet telefotokamera festet til 3x optisk zoom.

Jo mer nylig lansert Huawei Mate 40-serien følger samme terminologi som P40-serien. Huawei Mate 40 Pro og Mate 40 Pro+ har dedikerte periskopkameraer med 5x og 10x optisk zoom. Mate 40 Pro+ har også et sekundært telefotokamera, akkurat som P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS følger Mate 40 Pro+ og er utstyrt med et 10x periskopisk og et 3x telefotokamera.

Teknologien bak periskopkameraer utvikler seg i et relativt tregt tempo enn det generelle tallspillet i kameraoppløsning. Selv om det har lokket både - forbrukere og produsenter - blir det ikke feiret som andre teknologier som superrask lading eller stadig økende vise oppdateringsfrekvenser. Smarttelefonmerker som OPPO har jobbet mot måter å håndtere begrensningene til disse periskopkameraene på.

Før vi ser på disse begrensningene, la oss gå gjennom fordelene som periskopiske kameraer tilbyr.

Fordeler med et periskopisk zoomkamera

Som vi så ovenfor, har zoomefunksjonene til smarttelefoner utviklet seg betydelig i løpet av det siste tiåret. Periskopiske zoomkameraer har skapt en ny presedens når det kommer til optisk zoom på en smarttelefon. Deres mest fremtredende fordel er at de lar deg fange et fjernt objekt eller et landskap veldig på nivå med et pek-og-skyt-kamera uten objektivets faktiske bevegelse. Samtidig lar periskopets vinkelrette orientering smarttelefonprodusenter tilpasse kamerasensoren og settet med nødvendige linser i kroppen til smarttelefonen uten å koste dem for dyrt i form av tykkelse.

Forskjellen i støy på bilder tatt med 10X forstørrelse med hybridzoom på Huawei Mate 40 Pro og digital zoom på iPhone 12

I tillegg til den lengre brennvidden til det periskopiske telefotokameraet, som er ideelt for å fange fjernt motiver, sikrer OIS at bilder tatt med periskopisk optisk zoom har mye mindre bildestøy enn digitalt zoom. Foruten dagslys er funksjonen nyttig når det kommer til fotografering i dårlig lys eller om natten.

Bortsett fra å rette opp utfordringene og begrensningene vi står overfor med digital zoom på smarttelefoner, lar periskopiske zoommoduler på smarttelefoner også brukere kikke inn i mikroverdenen. Du kan bruke det periskopiske kameraet til å ta makrobilder, selv uten å komme for nært et objekt. Dette er spesielt nyttig hvis du er lidenskapelig opptatt av å fange insekter eller små krypdyr.

Det er imidlertid visse ulemper med dette kameraarrangementet, som vi diskuterer nedenfor.

Ulemper med et Periscopic Zoom-kamera

Selv om kameraer med periskopisk zoom gir muligheten til å zoome inn i objekter mye mer effektivt enn digital zoom, utgjør de også visse begrensninger. Den største utfordringen med et periskopisk telefoto-oppsett er at mens det gir deg friheten til å optisk zoome inn på langt av objekter eller nærme seg et lite objekt, er brennvidden - og dermed zoomefunksjonene - fastsatt til en viss verdi. Den begrensede plassen inne i linseoppsettet hindrer linsegruppen i å bevege seg for mye rundt. Bevegelsen kan bare lette autofokus, men ikke zoome inn eller ut. Dermed lar den deg ikke zoome inn eller ut så fritt som et faktisk bevegelig zoomobjektiv festet til et pek-og-skyt-, DSLR- eller speilløst kamera.

Dette betyr at digital zoom slår inn ved andre forstørrelsesverdier enn de som støttes av et periskopkamera til tross for det periskopiske oppsettet. For eksempel, hvis en smarttelefon støtter 5X optisk zoom, vil ikke det periskopiske kameraet tre i handling før du zoomer til 5X zoome og i stedet fortsette å bruke hovedkameraet eller et annet telefotokamera støtter mindre forstørrelse med digital zoom.

Nå, hvis du ønsker å fange noe med en brennvidde høyere enn 5X - si ved 10X, bytter smarttelefonen til periskopkameraet og zoomer deretter digitalt 2X, noe som fører til en sammensatt zoom på 10X. Smartphone-selskaper liker å referere til dette som en "hybrid" zoom, en kombinasjon av optisk og digital zoom.

For eksempel bruker en Huawei Mate 40 Pro+ hovedkameraet mellom 1x og 3x brennvidder, og zoomer digitalt etter hvert som man øker forstørrelsen. Ved 3X zoom og utover bytter søkeren over til et telefotokamera med 3X optisk zoom. Dette kameraet fortsetter å være i bruk til 9,9X forstørrelse (beskjærer 3X-bildet digitalt), utover dette bytter telefonen til periskopkameraet med 10X optisk zoom. Ved verdier over 10X forstørrelse, beskjærer telefonen igjen inn i 10X-bildet – og stoler dermed på "hybrid" zoom. Naturligvis, på enheter med 5X periskopisk zoom-kameramoduler, skjer overgangen ved 5X av brennvidden.

En annen viktig ulempe med periskopkameraer er at med økningen i brennvidde, blir synsfeltet smalere, og blenderåpningen til kameraåpningen er mindre enn primærkameraet - forutsatt at objektivene som brukes i begge kameraene er nesten identisk. Med en mindre blenderåpning reduseres mengden lys som faller på sensoren, noe som fører til et krav om mer omgivelseslys. Som et resultat blir bilder tatt med et periskopisk kamera enten svakt opplyst eller kunstig overeksponert sammenlignet med et primærkamera med mye større blenderåpning.

Som forventet, med digital zoom kommer støy og visuelle artefakter i bildet. Dette beviser at selv om den periskopiske zoomen er ganske kraftig, mangler den allsidigheten som et faktisk bevegelig teleobjektiv tillater.

Er periskopisk zoom fremtiden for telefoto?

Konseptet med periskopiske telefotokameraer er et progressivt skritt foran digital zoom, men begrensningen som vi listet opp ovenfor, vitner om nødvendigheten av en bedre løsning. Etter å ha vært det første selskapet som innoverte periskopkameraer, jobber OPPO nå med et avansert konsept med variabel brennvidde, som vil tillate variabel optisk zoom. I august 2020 avslørte OPPO sitt konsept om "hybrid optisk zoom" som bruker et 7-elements linseoppsett.

I stedet for at alle linser er like langt fra hverandre, er disse linsene delt inn i tre grupper - hvorav to kan bevege seg fritt. Denne frie bevegelsen skal tillate en variabel brennvidde, som varierer mellom 85 mm og 135 mm, samt endre optisk zoom mellom 3,3X og 5,2X. Denne kan kobles til en CMOS-sensor med opptil 32 MP-oppløsning og 4-i-1 piksel-binning-støtte.

Samtidig, Xiaomi jobber med et uttrekkbart objektivoppsett, som enten kan festes på toppen av primærkameraet eller brukes som et diskret teleobjektiv. En stor fordel med denne mekanismen er at objektivet vil bruke en mye større blenderåpning enn en periskopisk modul, noe som gir mer lys og dermed bedre bilder. Xiaomi kan lansere en smarttelefon med dette uttrekkbare objektivet med bred blenderåpning allerede i 2021.

Selv Apple er anslått å flytte til periskopkameraer på iPhones innen 2022. Selv om det fortsatt er to år igjen før det skjer, kan bruk av periskopkameraer på iPhone føre til at de blir mye mer mainstream enn de er akkurat nå. Inntil da vil vi fortsette å følge utviklingen i bransjen som lar oss se uten å hoppe for langt unna virkeligheten.

Hva synes du om kameraer med periskopisk zoom, og hvilken rolle ser du for dem i smarttelefonfotografering i løpet av de neste årene? Gi oss beskjed om dine tanker i kommentarene nedenfor!