Teleobjektivy Periscope poskytujú až 10-násobné optické priblíženie na smartfónoch a zároveň minimalizujú šum. Tu je návod, ako fungujú periskopové kamery.
Fotoaparáty sú pre telefóny nevyhnutné. Už od prvého telefónu s fotoaparátom boli fotoaparáty tak ústredným prvkom značky telefónov, že mnohé spoločnosti zarábajú iba na schopnosti svojich zariadení zachytiť Pixel-perfektné (slovná hračka určite určená) fotografie. V posledných rokoch výrobcovia telefónov nasmerovali svoju tvorivú energiu do zdokonaľovania fotoaparátov a umiestnenia väčšieho počtu senzorov na smartfóny. Zjavným výsledkom je fenomenálny nárast konkurencie medzi značkami, ktoré ponúkajú viac fotoaparátov za menej peňazí. Inovácia bola kľúčom k prežitiu v tomto konkurenčnom prostredí a jedna technológia fotoaparátu, ktorá bola stelesnenie inovácie sú periskopové zoomové kamery. S okamžitým 5-násobným alebo 10-násobným optickým zväčšením umožňujú periskopické teleobjektívy rýchle a jednoduché priblíženie na veľkú vzdialenosť.
Tento článok hovorí o použití periskopických zoom kamier, ich výhodách a nevýhodách a perspektívnej budúcnosti periskopových zoom kamier. Ale skôr, než začneme s najnovšími trendmi, tu je rýchly prehľad toho, čo mohlo viesť k tejto novinke.
Stručná história teleobjektív smartfónov
Hoci Apple nebol prvý, kto predstavil koncept viac ako jeden fotoaparát na telefónoch, treba spoločnosti rozhodne pripísať zásluhy za popularizáciu myšlienky a inšpiráciu ostatných, aby nastúpili do rozbehnutého vlaku. Spoločnosť Apple, ktorá je už dlhú dobu lídrom vo fotografovaní smartfónov, predstavila v roku 2016 teleobjektív s 2-násobným optickým priblížením na iPhone 7 Plus. Okrem optického priblíženia sa tento teleobjektív používal aj na zachytenie údajov o hĺbke pozadia pre portréty.
Spoločnosti smartfónov sa však touto snahou priblížiť vzdialené objekty snažia oveľa dlhšie. V roku 2013 Nokia predstavila Lumia 1020 so 41 MP fotoaparátom. Aj keď táto vlajková loď Lumia nepodporovala žiadny druh optického priblíženia, obrovský obraz zo snímača s rozlíšením 41 MP bolo možné orezať, aby napodobnil pseudozoom. K dnešnému dňu používajú značky smartfónov podobné stratégiu na propagáciu fotoaparátov s veľkým počtom megapixelov, napríklad 64 MP alebo 108 MP.
Medzitým niektoré značky tiež krátko experimentovali so skutočnými nastaveniami pohyblivých šošoviek podobnými fotoaparátom typu point-and-shoot. Napríklad spoločnosť Samsung uviedla na trh v roku 2013 Galaxy S4 Zoom s vyčnievajúcim objektívom s 10-násobným optickým zoomom a xenónovým bleskom. Zasúvacia šošovka a xenónový blesk viedli k tak silnej podobnosti s fotoaparátom typu point-and-shoot, že Galaxy S4 Zoom možno právom nazvať fotoaparátom so systémom Android a podporou mobilného pripojenia. The Galaxy K Zoom nasledoval a spustil sa v nasledujúcom roku.
Koncept periskopového fotoaparátu na smartfóne zostal celkom nový, kým ho Huawei nespopularizoval uvedením Huawei P30 Pro v marci 2019. Tým sa stali prvou značkou, ktorá ho komerčne ponúkala. Huawei P30 Pro, ako sme videli v našom podrobný prehľad fotoaparátu telefónu, mohol robiť zábery až s 50-násobným zväčšením. Huawei však nebola prvou značkou, ktorá s touto myšlienkou experimentovala – bola to spoločnosť OPPO, ktorá na MWC 2017 prvýkrát predviedla možnosti optického priblíženia periskopického fotoaparátu. Napriek skorému zavedeniu technológie trvalo dva roky prísť k poznaniu.
Niekoľko mesiacov po Huawei P30 Pro predstavil OPPO OPPO Reno 10X Zoom Edition s podobným nastavením periskopického teleobjektívu. približne v rovnakom čase, Samsung začal sériovo vyrábať periskopické fotoaparáty aby sa do pretekov zapojili aj ďalší výrobcovia.
Ale predtým, ako sa dozvieme o telefónoch, ktoré prichádzajú s touto technológiou, pozrime sa, ako funguje a akú úlohu hrá periskop v module teleobjektívu.
Čo je to periskopický zoom fotoaparát?
Podľa definície v učebnici je periskop optický prístroj, ktorý umožňuje komukoľvek vidieť okolo prekážky bez toho, aby bol viditeľný. Tradične zahŕňa zrkadlá, ktoré odrážajú svetlo, alebo hranoly, ktoré lámu svetlo v pravom uhle, čo umožňuje ľuďom vidieť, čo je nad alebo pod ich skutočným zorným uhlom. Periskopy sa už niekoľko desaťročí používajú v obrnených vozidlách, ako sú tanky alebo ponorky. Samotný nástroj je neškodný a dá sa vyrobiť aj na jednoduché zábavné vedecké experimenty.
Aplikácia sa príliš nelíši, pokiaľ ide o fotoaparáty smartfónov. Na rozdiel od štandardných teleobjektívov, ktoré ponúkajú 2-násobný alebo 3-násobný optický zoom, periskopické fotoaparáty zvyčajne ponúkajú 5-násobné alebo 10-násobné priblíženie pomocou viac ako jednej šošovky spolu so snímačom fotoaparátu. Úlohou periskopu je pomôcť prispôsobiť sa rade šošoviek bez drastického zväčšenia hrúbky smartfónu.
Aby ste pochopili úlohu periskopu vo vnútri modulu kamery, vizualizujte si smartfón v 3D usporiadaní s rôznymi osami reprezentovanými súradnicami X, Y a Z. Smartfón leží plochou obrazovkou v rovine YZ, pričom jeho hrúbku možno merať pozdĺž osi X. Tradičné kamerové senzory a nasadené šošovky tiež ležia v rovine YZ, kolmej na os Z.
V prípade periskopického nastavenia však snímač a šošovky ležia v rovine XZ a pretínajú os Y v pravom uhle. Na konci oproti snímaču fotoaparátu leží hranol, ktorý mení smer svetla kolmo na snímač. Použitie pravouhlého hranola je dôvodom, prečo majú periskopové kamery štvorcové alebo obdĺžnikové výrezy namiesto tradičných kruhových.
Svetlo vstupuje cez obdĺžnikový otvor pre periskopickú kameru, láme sa v pravom uhle a potom prechádza šošovkami a dosahuje senzor. Aby boli snímky zhotovené s 5-násobným alebo 10-násobným zväčšením ostré, používajú sa periskopické teleobjektívy vybavený podporou automatického zaostrovania, pri ktorej sa šošovky pohybujú dopredu alebo dozadu, aby zaostrili na vzdialený objekt senzor. Toto je demonštrované v nasledujúcom videu spoločnosti Samsung:
Navyše, pri 5-násobnom alebo vyššom priblížení sa aj jemné otrasy zväčšia a vyzerajú ako výrazné pohyby. Aby sa predišlo tomuto prehnanému posunu od zamýšľaného rámca, sú periskopové kamery postavené s OIS alebo optickou stabilizáciou - zvyčajne v hranole. To znamená, že hranol sa môže voľne pohybovať pozdĺž viacerých osí v reakcii na zmeny gravitácie, a preto sa môže prispôsobiť akémukoľvek náhlemu trhavému pohybu.
Usporiadaním šošoviek a pravouhlého hranola kolmo na otvor fotoaparátu môžu výrobcovia smartfónov ušetriť veľa miesta. To zabraňuje tomu, aby smartfóny s periskopickými teleobjektívmi boli smiešne hrubé ako oni by bolo predstaviteľné, keby šošovky boli umiestnené v rovnakej rovine ako ostatné kamery na smartfón.
Existuje ďalšia zaujímavá a pomerne bežná pomôcka periskopov, ktoré vidíme vo fotoaparátoch. Fotoaparáty SLR alebo DSLR využívajú zrkadlá alebo hranoly na odrážanie alebo lámanie svetla z objektívu fotoaparátu do optického hľadáčika. Zatiaľ čo medzi periskopy vo vnútri zrkadloviek a periskopickým teleobjektívom neexistuje žiadny priamy vzťah fotoaparáty na smartfónoch, nemôžeme prevalcovať prvé možno bolo inšpiráciou pre novú dobu optický zoom.
Rozdiel medzi periskopom a teleobjektívom
Teleobjektívy sú tie, ktoré umožňujú optické priblíženie s pohyblivou časťou alebo bez nej. Naproti tomu periskopický fotoaparát je predovšetkým rozšírením štandardného teleobjektívu. Okrem rozdielu v orientácii možno teleobjektív a periskop rozlíšiť podľa tvaru otvoru fotoaparátu. V skutočnosti obdĺžnikový otvor pre periskopickú kameru uľahčuje identifikáciu na rozdiel od iných typov kamier. Typické teleobjektívy na druhej strane používajú štandardné kruhové otvory a nie je možné ich identifikovať na prvý pohľad.
Vzhľadom na vyšší počet šošoviek používaných v periskopickom teleobjektíve má teleobjektív dlhšiu ohniskovú vzdialenosť. Nakoniec, ako uvidíme v nasledujúcich častiach, ani teleobjektív, ani periskop v súčasnosti nepodporujú premenlivú ohniskovú vzdialenosť, ale niektoré upravené riešenia v budúcnosti to môžu urobiť.
Smartfóny s periskopickým zoomom
Ako sme spomínali vyššie, Huawei P30 Pro bol prvým komerčne dostupným zariadením vybaveným 5x periskopickým zoomom; OPPO Reno 10X Zoom Edition nasledovalo čoskoro potom. Elektromechanici spoločnosti Samsung tiež odštartovali výrobu týchto modulov periskopických kamier v lete minulého roka, ale chvíľu trvalo, kým sa im podarilo nahromadiť slušný počet objednávok.
Dlho po uvedení Huawei P30 Pro na trh Vivo X30 Pro (obmedzený na Čínu) chvíľu držal štafetu ako „najnovší telefón s periskopovým fotoaparátom“, ale čoskoro bol nahradený Samsung Galaxy S20 Ultra. Galaxy S20 Ultra bol uvedený na trh vo februári 2020 a stal sa tiež prvým smartfónom s podporou až 100-násobného hybridného priblíženia.
Spoločnosť Xiaomi, ktorá prichádza na väčšinu večierkov skoro, bola v tomto trende oneskorencom. Ich prvý telefón, ktorý bol uvedený na trh s periskopickým zoomovým modulom, bol Mi 10 Youth Edition. Potom prišiel zabijak vlajkovej lode Realme – Realme X3 SuperZoom — poháňaný rok starým Snapdragonom 855. Dva z novších prírastkov do tohto zoznamu sú najnovšie vlajkové zariadenia od spoločností Samsung a Vivo - Samsung Galaxy Note 20 Ultra 5G a Vivo X50 Pro, resp.
Huawei, značka, ktorá je priekopníkom v niekoľkých inováciách v oblasti fotografie, uviedla na trh nástupcov P30 Pro takmer mesiac po tom, čo Samsung uviedol na trh Galaxy S20 Ultra. Zatiaľ čo tieto smartfóny — Huawei P40 Pro a P40 Pro+ — predchádzajú ostatným spomenutým v odseku vyššie, oznámenie Huawei ich prekonáva z hľadiska technológie a stojí za exkluzívnu zmienku. Zatiaľ čo oba – Huawei P40 Pro a P40 Pro+ – sú vybavené periskopickými zoomovými kamerami, periskopická kamera vo variante Plus má 10-násobný optický zoom, zatiaľ čo bežná Pro má 5-násobný optický zoom priblížiť. Okrem periskopu s 10-násobným optickým priblížením má Huawei P40 Pro+ aj ďalší teleobjektív s 3-násobným optickým priblížením.
Novšie spustené Huawei Mate 40 séria používa rovnakú terminológiu ako séria P40. Huawei Mate 40 Pro a Mate 40 Pro+ sú vybavené špeciálnymi periskopovými kamerami s 5x a 10x optickým zoomom. Mate 40 Pro+ je tiež vybavený sekundárnym teleobjektívom, rovnako ako P40 Pro+. Porsche Design Huawei Mate 40 Pro RS nasleduje Mate 40 Pro+ a je vybavený 10x periskopickým a 3x teleobjektívom.
Technológia periskopových kamier sa vyvíja relatívne pomalým tempom ako všeobecná hra s číslami v rozlíšení kamier. Aj keď priťahuje spotrebiteľov aj výrobcov, nie je oslavovaný ako iné technológie, ako je superrýchle nabíjanie alebo neustále zvyšovanie obnovovacie frekvencie displeja. Značky smartfónov ako OPPO pracujú na spôsoboch, ako vyriešiť obmedzenia týchto periskopových kamier.
Predtým, ako sa pozrieme na tieto obmedzenia, prejdime si k výhodám, ktoré ponúkajú periskopické kamery.
Výhody kamery s periskopickým zoomom
Ako sme videli vyššie, možnosti priblíženia smartfónov sa za posledné desaťročie podstatne vyvinuli. Fotoaparáty s periskopickým zoomom vytvorili nový precedens, pokiaľ ide o optický zoom na smartfóne. Ich najvýraznejšou výhodou je, že vám umožňujú zachytiť vzdialený objekt alebo scenériu, ktorá je na rovnakej úrovni ako fotoaparát typu point-and-shoot bez akéhokoľvek skutočného pohybu objektívu. Súčasne kolmá orientácia periskopu umožňuje výrobcom smartfónov osadiť snímač fotoaparátu a sadu potrebných šošoviek v tele smartfónu bez toho, aby ich to stálo príliš draho hrúbka.
Rozdiel v šume na snímkach zhotovených pri 10-násobnom zväčšení pomocou hybridného zoomu na Huawei Mate 40 Pro a digitálneho zoomu na iPhone 12
Okrem dlhšej ohniskovej vzdialenosti periskopického teleobjektívu, ktorý je ideálny na snímanie vzdialeností objektov, OIS zaisťuje, že obrázky nasnímané s periskopickým optickým priblížením majú oveľa menší obrazový šum ako digitálne priblížiť. Okrem denného svetla je táto funkcia užitočná pri fotografovaní pri slabom osvetlení alebo v noci.
Okrem nápravy výziev a obmedzení, ktorým čelíme v súvislosti s digitálnym zoomom na smartfónoch, periskopické zoomové moduly na smartfónoch tiež umožňujú používateľom nahliadnuť do mikrosveta. Periskopický fotoaparát môžete použiť na zachytenie makro záberov, a to aj bez toho, aby ste sa príliš priblížili k objektu. To je obzvlášť užitočné, ak ste nadšení z chytania hmyzu alebo malých plazov.
Toto usporiadanie kamery má však určité nevýhody, o ktorých hovoríme nižšie.
Nevýhody kamery s periskopickým zoomom
Hoci kamery s periskopickým zoomom pridávajú možnosť priblížiť objekty zblízka oveľa efektívnejšie ako digitálny zoom, predstavujú aj určité obmedzenia. Najväčšou výzvou pri nastavení periskopického teleobjektívu je to, že aj keď vám dáva slobodu opticky priblížiť ďaleko mimo objektov alebo blízko pri malom objekte je jeho ohnisková vzdialenosť – a teda aj možnosti priblíženia – pevne stanovená na určitú hodnotu. Obmedzený priestor vo vnútri zostavy šošoviek bráni tomu, aby sa sústava šošoviek príliš pohybovala. Pohyb môže len uľahčiť automatické zaostrovanie, ale nie približovanie alebo odďaľovanie. Nedovoľuje vám teda približovať alebo odďaľovať tak voľne ako skutočne pohyblivý objektív so zoomom pripevnený k objektívu typu point-and-shoot, DSLR alebo zrkadlovke.
To znamená, že digitálny zoom sa spustí pri iných hodnotách zväčšenia, ako sú tie, ktoré podporuje periskopická kamera napriek periskopickému nastaveniu. Napríklad, ak smartfón podporuje 5-násobný optický zoom, periskopický fotoaparát sa nespustí, kým nepriblížite na 5-násobok. priblížiť a namiesto toho naďalej používať primárny fotoaparát alebo iný teleobjektív podporuje menšie zväčšenie s digitálnym fotoaparátom priblížiť.
Ak teraz chcete niečo zachytiť s ohniskovou vzdialenosťou vyššou ako 5X – povedzme pri 10X, smartfón sa prepne na periskopický fotoaparát a potom digitálne priblíži 2X, čo vedie k zloženému priblíženiu 10X. Smartfónové spoločnosti to radi označujú ako „hybridný“ zoom, teda kombináciu optického a digitálneho zoomu.
Napríklad Huawei Mate 40 Pro+ používa primárny fotoaparát s ohniskovou vzdialenosťou 1x až 3x, pričom pri zväčšení sa digitálne približuje. Pri 3-násobnom priblížení a viac sa hľadáčik prepne na teleobjektív s 3-násobným optickým priblížením. Tento fotoaparát sa naďalej používa až do 9,9-násobného zväčšenia (digitálne orezanie 3-násobného obrázka), po ktorom sa telefón prepne na periskopický fotoaparát s 10-násobným optickým priblížením. Pri hodnotách nad 10-násobným zväčšením telefón opäť oreže na 10-násobný obrázok – a tak sa spolieha na „hybridný“ zoom. Prirodzene, na zariadeniach s modulmi 5-násobného periskopického zoomu k prechodu dochádza pri 5-násobku ohniskovej vzdialenosti.
Ďalšou kľúčovou nevýhodou periskopových kamier je to, že so zvyšujúcou sa ohniskovou vzdialenosťou sa zorné pole zužuje a clona otvoru fotoaparátu je menšia ako u primárneho fotoaparátu – za predpokladu, že šošovky použité v oboch fotoaparátoch sú takmer identické. S menšou clonou sa znižuje množstvo svetla dopadajúceho na snímač, čo vedie k požiadavke na viac okolitého svetla. Výsledkom je, že obrázky nasnímané periskopickým fotoaparátom sú buď slabo osvetlené, alebo sú umelo preexponované v porovnaní s primárnym fotoaparátom s oveľa väčšou clonou.
Ako sa očakávalo, s digitálnym priblížením prichádza šum a vizuálne artefakty v obraze. To dokazuje, že zatiaľ čo periskopický zoom je pomerne silný, chýba mu všestrannosť, ktorú umožňuje skutočne pohyblivý teleobjektív.
Je periskopický zoom budúcnosťou teleobjektívu?
Koncept periskopických teleobjektívov je progresívnym krokom vpred pred digitálnym zoomom, ale vyššie uvedené obmedzenie svedčí o potrebe lepšieho riešenia. Po tom, čo OPPO ako prvá spoločnosť inovovala periskopové kamery, teraz pracuje na pokročilom koncepte s premenlivou ohniskovou vzdialenosťou, ktorý by umožňoval variabilný optický zoom. V auguste 2020 OPPO odhalilo svoj koncept „hybridný optický zoomktorý využíva 7-prvkové nastavenie objektívu.
Namiesto toho, aby boli všetky šošovky navzájom rovnako vzdialené, sú tieto šošovky rozdelené do troch skupín – dve z nich sa môžu voľne pohybovať. Tento voľný pohyb by mal umožniť premenlivú ohniskovú vzdialenosť v rozsahu od 85 mm do 135 mm, ako aj zmenu optického priblíženia medzi 3,3x a 5,2x. To môže byť prepojené so snímačom CMOS s rozlíšením až 32 MP a podporou zosúlaďovania pixelov 4 v 1.
V rovnakom čase, Xiaomi pracuje na nastavení zasúvacej šošovky, ktorý možno pripevniť na vrchnú časť primárneho fotoaparátu alebo použiť ako samostatný teleobjektív. Jednou z hlavných výhod tohto mechanizmu je, že šošovka využíva oveľa väčšiu apertúru ako periskopický modul, čo umožňuje viac svetla a následne aj lepšie snímky. Spoločnosť Xiaomi môže uviesť na trh smartfón s týmto výsuvným širokouhlým objektívom už v roku 2021.
Dokonca sa predpokladá, že sa presťahuje aj Apple periskopové kamery na telefónoch iPhone do roku 2022. Kým sa to stane ešte dva roky, prijatie periskopových kamier na iPhone ich môže viesť k tomu, že sa stanú oveľa bežnejšími, ako sú práve teraz. Dovtedy budeme pokračovať v sledovaní vývoja v tomto odvetví, ktorý nám umožní vidieť bez toho, aby sme sa príliš vzdialili od reality.
Čo si myslíte o fotoaparátoch s periskopickým zoomom a akú úlohu pre ne predpokladáte pri fotografovaní smartfónmi v najbližších rokoch? Dajte nám vedieť svoje myšlienky v komentároch nižšie!