Bajka o 100-krotnym zoomie: objaśnienie ogniskowych smartfonów i zoomu optycznego

W świecie nowoczesnych smartfonów, obietnica 100-krotnego zoomu optycznego wydaje się spełnieniem marzeń dla miłośników mobilnej fotografii. Co jednak kryje się za tą intrygującą ofertą? To głównie trik marketingowy. Rzeczywiste ograniczenia technologiczne sprawiają, że taki zoom jest praktycznie nieosiągalny. Fizyka nie pozwala na takie osiągi w kompaktowej konstrukcji smartfonów. Czas zatem odkryć prawdę o ogniskowych i możliwościach aparatów telefonicznych.

Uwaga: Ponieważ ten artykuł jest bardzo techniczny, na końcu każdej sekcji znajdziecie krótkie TL;DR (Too Long; Didn't Read) z najważniejszymi punktami.

Dlaczego 100-krotny zoom to tylko mit?

100-krotny zoom w smartfonach to w dużej mierze chwyt reklamowy. Większość urządzeń łączy zoom optyczny z zoomem cyfrowym:

• Zoom optyczny umożliwia rzeczywiste zmiany w obiektywie, co pozwala na zachowanie szczegółowości zdjęcia.
• Zoom cyfrowy oznacza przetwarzanie obrazu, co często prowadzi do jego rozmycia.
• Ogromne przybliżenie nie zawsze idzie w parze z jakością obrazu.

Czym jest zoom cyfrowy?

Zoom cyfrowy opiera się na przycinaniu i skalowaniu obrazu. Aparat nie przybliża rzeczywistego obiektu, lecz powiększa jego centralną część. Ta manipulacja prowadzi do pogorszenia jakości zdjęcia, szczególnie przy większych wartościach zoomu. Efektem są często rozmycia i utrata szczegółów, co jest widoczne przy zbliżeniach powyżej 10-krotności.

Jak działa zoom optyczny w smartfonach?

Zoom optyczny w smartfonach to prawdziwe fizyczne przybliżenie, zrealizowane poprzez zmianę ogniskowej obiektywu. W przeciwieństwie do zoomu cyfrowego, nie wiąże się z utratą jakości, ponieważ nie bazuje na przycinaniu. Smartfony z rzeczywistym zoomem optycznym oferują ostre i szczegółowe zdjęcia przy dużych przybliżeniach, dzięki zaawansowanym układom soczewek. Dzięki temu użytkownicy mogą cieszyć się obrazami pełnymi detali, bez obaw o ich rozmycie czy zniekształcenie.

Ogniskowe w smartfonach - jak to działa?

Ogniskowa to istotna cecha w fotografii, określająca odległość między soczewką a punktem skupienia światła. Ma wpływ na sposób postrzegania i interpretacji obrazu. Ogniskowa decyduje o polu widzenia i przybliżeniu obiektu. Krótsza ogniskowa umożliwia szersze ujęcia, idealne do krajobrazów, podczas gdy dłuższa lepiej nadaje się do zbliżeń, jak portrety czy fotografia przyrodnicza.

Różne obiektywy w smartfonach

Nowoczesne smartfony często wyposażone są w kilka obiektywów o różnych ogniskowych, co znacząco zwiększa ich możliwości fotograficzne. Użytkownicy mogą korzystać z większego zoomu i różnorodnych efektów bez dodatkowych akcesoriów. Standardowy obiektyw o średniej ogniskowej jest idealny do codziennych zdjęć, teleobiektyw z większą pozwala uchwycić odległe obiekty z dużą szczegółowością, a ultraszerokokątny obiektyw umożliwia zdjęcia grupowe czy panoramiczne. Ta wszechstronność sprawia, że smartfony stają się coraz bardziej atrakcyjne dla miłośników fotografii.

Sprawdź również: Jakie akcesoria GSM są niezbędne podczas podróży?

Podstawa - kąt widzenia, ogniskowa i ekwiwalentna ogniskowa

Aby zrozumieć stopień zoomu optycznego, jaki faktycznie oferuje smartfon, musimy najpierw spojrzeć na ogniskowe. Ogniskowa obiektywu wskazuje odległość między obiektywem a jego punktem ogniskowym. Układ optyczny o bardzo długiej ogniskowej skupia zatem światło, aby podróżowało bardzo daleko za obiektywem. Długa ogniskowa przekłada się więc na mały kąt widzenia - czyli potocznie mówiąc na "mocny zoom".

Niestety, ogniskowa nie jest związana tylko z samym kątem widzenia. Bardzo istotną rolę odgrywa również wielkość przetwornika obrazu, który znajduje się za obiektywem. Mniejszy przetwornik przy tym samym obiektywie wykona odpowiednio mniejszy przekrój obrazu - a tym samym osiągnie "większy zoom".

Różne rozmiary czujników w smartfonach

Aby obliczyć czujnik obrazu w równaniu i porównać różne aparaty ze sobą, istnieje tak zwany współczynnik formatu lub współczynnik kadrowania. Współczynnik formatu jest definiowany jako "jeden" dla sensora pełnoklatkowego i/lub 35 mm. Współczynnik kadrowania opisuje po prostu stosunek przekątnej pełnego formatu do przekątnej danego sensora obrazu.

Jeśli pomnożymy rzeczywistą ogniskową systemu optycznego przez współczynnik kadrowania sensora obrazu, otrzymamy ogniskową systemu optycznego w ekwiwalencie dla formatu 35 mm. Tak się składa, że jest to również najczęściej spotykana specyfikacja w kartach sprzętowych producentów smartfonów. Ma to sens, ponieważ ekwiwalent ogniskowej jest wprost proporcjonalny do kąta widzenia, a zatem zapewnia porównywalną wartość dla wszystkich smartfonów i aparatów.

Ogniskowe i ich kąty widzenia

Pro-tip:

Prawie każdy aparat fotograficzny zapisuje w danych EXIF zdjęć w formacie JPEG różnego rodzaju informacje o zastosowanych ustawieniach. Tutaj zawsze znajdziesz rzeczywistą ogniskową, a nigdy ogniskową w ekwiwalencie dla formatu 35mm. Jest to ekscytujące dla tych, którzy kochają wszystkie skomplikowane szczegóły znajdujące się w specyfikacjach sprzętu: Jeśli znasz ekwiwalent ogniskowej, stosunek do rzeczywistej ogniskowej pozwala wyciągnąć dość dokładne wnioski na temat rozmiaru sensora. Choć często nie jest to ujawniane w specyfikacjach sprzętowych, producenci ujawniają teraz śmiesznie małe sensory, które ich aparaty noszą pod maską.

TL;DR: W celu porównania możliwości "zoomu" różnych aparatów, ogniskowa jest podawana w ekwiwalencie dla filmu 35mm - ponieważ koreluje ona bezpośrednio z kątem widzenia. 24 mm w ekwiwalencie 35 mm jest takie samo dla każdego aparatu.

Co oznacza zoom optyczny dla smartfonów?

Ekwiwalent ogniskowej 35 mm określa dziś dokładnie, jak duży obiekt jest obrazowany na matrycy w określonej odległości od aparatu. Zoom optyczny oznacza, że aparat jest w stanie uzyskać różne kąty widzenia lub rozmiary obrazu poprzez zmianę ogniskowej.

Z kolei zoom cyfrowy to nic innego jak przycinanie zdjęcia za pomocą oprogramowania, które zmniejsza kąt widzenia lub zwiększa ogniskową. W porównaniu z nie wykadrowanym zdjęciem oznacza to oczywiście utratę rozdzielczości. Nie ma znaczenia, czy kadrujemy za pomocą Photoshopa (pośrodku), czy za pomocą "hybrydowego zoomu" (po prawej). / © NextPit

Aby zobrazować zakres ogniskowych lub elastyczność obiektywu, w fotografii powszechny stał się stosunek najmniejszej do największej ogniskowej. Układ optyczny o ogniskowej od 25 do 100 milimetrów ma czterokrotny zoom optyczny - lub miał, w dzisiejszych czasach.

Dzieje się tak, ponieważ działy marketingu producentów smartfonów wyrzuciły przez okno wszystkie dotychczasowe święte konwencje ustanowione w tradycyjnej fotografii. Zamiast tego, wpisują jakieś bzdury do arkusza specyfikacji. Najważniejsze jest to, aby pokazać wyższą liczbę niż konkurencja, a niefrasobliwy klient daje się na to nabrać i kupuje go. Prawda?

Co oznacza 30-krotny zoom optyczny?

Pierwsze smartfony z podwójnymi aparatami miały zazwyczaj podwójny zoom optyczny - ogniskowe obu obiektywów wynosiły około 25 i 50 milimetrów. Stamtąd postęp przyszedł w postaci coraz mocniejszych teleobiektywów, a podwójny zoom w końcu stał się "5x" w aplikacji aparatu. Kiedy ultraszerokokątny obiektyw trafił ze smartfonów LG do codziennej plejady smartfonów, gigantyczny kąt widzenia był opisywany przez praktycznie wszystkich jako "0,5x" lub "0,6x". Innymi słowy, to działa jako quasi-0,5x zoom shooter w porównaniu do głównego aparatu.

Dobrym przykładem jest Samsung Galaxy S20 Ultra, gdzie optycznie odwzorowuje on ekwiwalent ogniskowych od 13 milimetrów do 103 milimetrów - a więc posiada około ośmiokrotny zoom optyczny. Co ciekawe, ta liczba jest nigdzie nie można znaleźć, a w zależności od dobrej woli, może to być postrzegane jako niechlujstwo ze strony działu marketingu - lub jako celowe, systematyczne otępienie faktów w celu zachęcenia potencjalnych nabywców do zakupu funkcji, które po prostu nie może dostarczyć to, co zostało obiecane na papierze. Przeczytaj naszą recenzję Galaxy S20 Ultra aparat, aby dowiedzieć się więcej.

TL;DR: Potrójny zoom optyczny oznacza, że najdłuższa ogniskowa systemu aparatu podzielona przez najmniejszą ogniskową daje dokładnie trzy. Samsung Galaxy S20 Ultra ma natywny 4-krotny zoom optyczny.

100-krotny zoom hybrydowy i inne fantastyczne twierdzenia

Skąd więc bierze się twierdzenie "100x"? Samsung Galaxy S20 Ultra, na przykład, nosi to stwierdzenie tak dumnie na swoich materiałach marketingowych? Aby osiągnąć 100-krotny zoom optyczny, smartfon musiałby teraz pokryć zakres ogniskowych od 13 do 103 milimetrów w ekwiwalencie 35 mm - a gdyby tak się rzeczywiście stało, byłby prawdopodobnie bardzo duży i drogi.

Odpowiedź na pytanie "skąd" wzięło się 100x jest prosta: z wyobraźni menedżerów produktu Samsunga. W przeciwieństwie do optycznych zoomów w "prawdziwych" aparatach, ten "100x" nie ma absolutnie żadnego związku z optycznymi możliwościami systemu aparatu. Samsung postanowił raczej ustalić jakąś wymyśloną wartość jako górną granicę dla swojego aparatu.

Po latach edukacyjnej pracy dziennikarzy technologicznych, którzy właściwie wypalili w naszej zbiorowej świadomości terminy "zoom cyfrowy", "zoom hybrydowy" czy "zoom kosmiczny", kolejnym hasłem, które jest dziś rzucane, byłby "zoom optyczny". Niezależnie od nazwy, nie oznacza to nic innego poza tym, że jest to zwykły stary zoom cyfrowy, który osiągnął swoją maksymalną ogniskową optyczną.

Bez względu na to, czy w specyfikacji jest 60x, 100x, czy wkrótce 200x zoom hybrydowy, nie mówi to nic o jakości obrazu. Co najwyżej podkreśla to powagę różnych producentów smartfonów. Jeśli naprawdę chcesz wiedzieć, jak blisko smartfon może zrobić zbliżenie przy zachowaniu rozsądnej jakości obrazu, ważne są następujące trzy wartości:

1. Ogniskowa teleobiektywu w jego ekwiwalencie 35 mm.
2. Czujnik obrazu używany dla tego samego teleobiektywu.
3. Szybkość działania teleobiektywu.

Ogniskowa teleobiektywu w ekwiwalencie dla formatu 35 mm mówi, jak dobrze smartfon może przybliżać odległe obiekty poprzez optyczne powiększenie. Jeśli stosunek między powiększeniem fantazyjnym a powiększeniem optycznym jest zbyt odległy, telefon będzie musiał wykonywać swoje powiększenie cyfrowo - a jakość obrazu na pewno na tym ucierpi.

W tym miejscu pojawia się czujnik obrazu zastosowany w teleobiektywie : im większy jest czujnik obrazu, tym więcej światła może przechwycić - co przekłada się na lepszą jakość obrazu. Bardzo duży przetwornik obrazu nie tylko zapewnia lepsze zdjęcia przy optycznym powiększeniu przez obiektyw, ale także oferuje więcej miejsca dla zoomu cyfrowego.

Ostatnią, ale nie mniej ważną rolę odgrywa natężenie światła lub przysłona teleobiektywu . Przysłona określa, jak dużo światła może wpuścić sensor do zdjęcia. Ogólnie rzecz biorąc, im więcej światła, tym mniej szumów i mniejsze ryzyko wystąpienia drgań aparatu. Jest to szczególnie istotne w przypadku teleobiektywów w smartfonach, które mają tendencję do notorycznie słabych obiektywów.

Te trzy aspekty można zobaczyć w specyfikacji. Wraz z notorycznie trudną do skwantyfikowania jakością algorytmów aparatu, są one w dużej mierze odpowiedzialne za jakość obrazu.

Zoom cyfrowy kontra optyczny - lepszy niż sugeruje jego reputacja

Z trzech powyższych punktów, jednak istnieją również przypadki, w których zoom cyfrowy może być lepszy od swojego optycznego odpowiednika. Z Samsung Galaxy S20, na przykład, było wiele oburzenia w sferze technologii, gdy aparat został poddany testom. Samsung reklamował smartfon z "3-krotnym hybrydowym zoomem optycznym". 64-megapikselowy "teleobiektyw" w rzeczywistości ma tylko 1,06-krotny zoom optyczny w porównaniu z głównym aparatem, a pozostałe 2,94 razy to zoom hybrydowy, który opiera się na powiększeniu cyfrowym. Chociaż można to uznać za odważny ruch marketingowy, jest to również dość naiwne - i to backfired słusznie.

Podczas gdy potencjalna wrzawa była do przewidzenia, zoom cyfrowy w Samsung Galaxy S20 jest prawdopodobnie lepszy niż wiele innych opcji zoomu optycznego. To dlatego, że 64-megapikselowy czujnik jest naprawdę duży z 1/1,72 cala i oferuje powierzchnię około 40 mm2. Jeśli mielibyśmy podzielić czujnik na dziewięć prostokątów o równej wielkości i uznać środkowy obszar za niezależny czujnik, to skończymy z czujnikiem 1/4,4 cala, na którym Huawei opiera się w swoim leciwym już P20 Pro, jeśli chodzi o rozmiar czujnika. To sprawia, że warto przyjrzeć mu się bliżej.

TL;DR: Bardzo duży czujnik z zoomem cyfrowym może zapewnić lepsze wyniki niż malutki czujnik z zoomem optycznym. Czujnik jest czynnikiem decydującym. W większości przypadków jednak zoom optyczny będzie miał przewagę.

FAQ

Czy 100-krotny zoom w smartfonach to rzeczywista funkcja?

100-krotny zoom to głównie kombinacja zoomu optycznego z cyfrowym. Zoom optyczny zmienia fizycznie ogniskową soczewek, zapewniając lepszą jakość obrazu. Rzeczywisty 100-krotny zoom optyczny jest obecnie nieosiągalny. Większość modeli osiąga takie przybliżenie poprzez połączenie obu typów zoomu.

Jakie są ograniczenia konstrukcyjne dla 100-krotnego zoomu optycznego?

Konstrukcja smartfonów wymaga kompaktowości, co wyklucza duże i skomplikowane układy optyczne dla prawdziwego 100-krotnego zoomu optycznego. Producenci poszukują innowacyjnych rozwiązań, takich jak soczewki peryskopowe, które zapewniają większe możliwości zoomu bez powiększania rozmiaru urządzenia.

Jak zoom cyfrowy wpływa na jakość obrazu?

Zoom cyfrowy poprzez przycinanie i skalowanie powoduje utratę ostrości i szczegółowości obrazu. Pomimo tego, nowoczesne algorytmy przetwarzania obrazu częściowo niwelują tę utratę jakości. W przeciwieństwie do cyfrowego, zoom optyczny zapewnia lepszą jakość poprzez zmiany ogniskowej.

Jaki jest wpływ ogniskowej na zdjęcia w smartfonach?

Ogniskowa ma wpływ na szerokość pola widzenia i poziom przybliżenia. W smartfonach, ustawienia ogniskowej determinują, które elementy są uchwycone i jak są widoczne. Krótsza ogniskowa oferuje szerokie pole widzenia, idealne do krajobrazów, a dłuższa umożliwia większe przybliżenie, korzystne dla fotografowania odległych obiektów. Różnorodność ogniskowych w nowoczesnych urządzeniach pozwala na większą kreatywność w fotografii mobilnej.