Перископні лінзи в смартфонах: новий виток у фотографії
Змагання між виробниками смартфонів за найкращу камеру завжди точилося навколо цифр. Хто запропонує більше мегапікселів, камер чи кратність зуму? Проте, закони фізики неможливо обійти, і оптичний зум та тонкий корпус телефону рідко йдуть рука об руку.
У липні 2020 року з’явилися чутки про те, що Apple може інтегрувати перископний телеоб’єктив у свої майбутні iPhone. Перископні лінзи вже існують певний час і вони винахідливо обходять обмеження розмірів, властиві традиційним телеоб’єктивам.
Давайте розберемося, як вони функціонують і що це означає для майбутнього індустрії смартфонів.
Розмір має значення у фотографії
Фізичні обмеження завжди були найбільшою перешкодою для розвитку фотографії, а не технологічні. Існують закони оптики, які неможливо обійти інженерними рішеннями. Саме тому об’єктиви дзеркальних та бездзеркальних камер такі великі й важкі. Для забезпечення великої фокусної відстані та широкої діафрагми, об’єктиви повинні мати відповідні розміри.
Наприклад, об’єктив з фокусною відстанню 200 мм і максимальною діафрагмою f/2.8 потребує переднього елемента діаметром понад 70 мм (або 3 дюйми). І це без урахування виробничих аспектів.
Камери смартфонів мають ті ж самі обмеження, але в меншому масштабі. Завдяки меншим сенсорам вони досягають більшого збільшення з меншою фокусною відстанню. Однак, це тягне за собою ряд компромісів.
Наприклад, iPhone 11 Pro має 52-мм еквівалентний телеоб’єктив (повнокадровий), який фізично становить лише 6 мм. Це означає, що для створення аналогічного знімка професійною дзеркалкою, потрібен об’єктив 52 мм. З огляду на те, що сенсор телефото камери iPhone має розмір 1/3.6 дюйма (приблизно 5 мм по діагоналі), досягається еквівалентне збільшення.
Проте, виробники наближаються до межі. Неможливо нескінченно зменшувати розмір сенсорів, інакше компроміси стануть нестерпними. Маленькі сенсори гірше працюють в умовах недостатнього освітлення, і з ними складніше досягти високої роздільної здатності.
Якби Apple хотіла збільшити зум в iPhone, вона могла б (теоретично) зменшити розмір сенсора вдвічі. Але це, ймовірно, було б дорогим у виробництві і неприйнятним для користувачів.
Кращим варіантом є збільшення розміру лінзи.
Обхід обмежень
Збільшення розміру об’єктива також створює проблеми. Товщина iPhone 11 Pro становить лише 8,1 мм. Хоча об’єктив з фокусною відстанню 6 мм не обов’язково має бути довжиною 6 мм, він повинен мати приблизно такий розмір, займаючи значну частину внутрішнього простору смартфона. Додати 12-мм об’єктив у телефон товщиною 8 мм практично неможливо.
Якщо тільки не розташувати його боком.
Принцип роботи перископного об’єктива схожий на перископ у підводному човні. Світло потрапляє на передній елемент, а потім відбивається під кутом 90 градусів за допомогою дзеркала. Воно проходить через інші елементи об’єктива, досягає сенсора і фіксується як фотографія. Змінюючи напрямок руху світла, довші лінзи можуть не бути такими глибокими, оскільки вони можуть бути ширшими.
Для виробників телефонів це значна перевага. Горизонтально розмістити довший телеоб’єктив набагато простіше, ніж зменшувати розмір сенсора або робити телефон товстішим.
Таким чином, виробники не обмежуються об’єктивами з еквівалентом 50 мм і 2-кратним оптичним зумом (або 3-кратним з певними маркетинговими хитрощами). Стають можливими об’єктиви 100 мм (приблизно 5-кратний зум) або навіть еквівалент 200 мм (приблизно 10-кратний зум).
Звичайно, компроміси все ще є, і технологія поки що нова, але вона винахідливо обходить найбільше обмеження при додаванні оптичного зуму в смартфон.
Відмінність цифрового та оптичного зуму
Якщо ви вважаєте, що ваш iPhone вже має 10-кратний зум, ви частково праві, але водночас помиляєтеся. Існує вагома причина, чому ми в основному згадуємо фокусну відстань, а не кратність збільшення.
Справа в тому, що існує суттєва відмінність між оптичним і цифровим (або розширеним, з супер-роздільною здатністю, просторовим чи штучним інтелектом) масштабуванням. При оптичному зумі збільшення є результатом оптичних властивостей об’єктива з більшою фокусною відстанню. Віддалені об’єкти дійсно стають ближчими, ніби у телескоп, без втрати якості зображення.
Цей 10-кратний зум на iPhone – це всього лиш 2-кратне збільшення.
Цифровий зум у багатьох його варіаціях – це просто вигадливий спосіб сказати, що фотографія обрізається, щоб виглядати як збільшене зображення. Звичайно, технології цифрового зуму постійно розвиваються. Завдяки сенсорам високої роздільної здатності, “бінінгу” (коли кілька пікселів об’єднуються в один великий піксель) та кращим алгоритмам масштабування, виробники отримують кращі результати.
Але все ж, це те саме, що просто зробити фотографію та обрізати її пізніше. Ви не отримуєте справжнього збільшення, і при подальшому масштабуванні якість зображення неминуче погіршується.
Звісно, неможливо збудувати маркетингову кампанію навколо такої часткової правди.
Перископні об’єктиви вже на ринку
Apple не буде першою, хто скористається перевагами перископної технології. Китайські виробники, зокрема Oppo та Huawei, вже кілька років експериментують з ними. Huawei P40 Pro+ з п’ятьма камерами має 10-кратний телеоб’єктив перископного типу, що еквівалентно 240-мм об’єктиву на повнокадровій камері.
Ширококутна камера в Huawei P40 Pro.
Більш доступний Samsung Galaxy S20 Ultra має 5-кратний телеоб’єктив перископного типу, еквівалентний приблизно 100 мм. Однак, агресивний маркетинг Samsung робить все можливе, щоб приховати цю інформацію за безглуздими показниками збільшення.
Перископ з 5-кратним оптичним збільшенням. Оцініть якість зображення!
Як і у випадку багатьох інших функцій смартфонів, навіть якщо Apple не була першою, її вихід на ринок все одно стане великою подією. Можна з упевненістю сказати, що з моменту появи першого iPhone з перископним об’єктивом, ця технологія стане набагато більш популярною.