Можливості масштабування, як і інші характеристики камер, часто є більш складними, ніж це здається з рекламних матеріалів. Наприклад, виробники смартфонів, такі як Samsung, рекламують моделі з 10x, 50x або навіть 100-кратним збільшенням. Але чи дійсно це можливо? Розгляньмо відмінності між оптичним та цифровим зумом.
Що ж таке масштабування насправді?
Що означає термін “масштабування” і що, наприклад, означає 5x або 10x? З точки зору оптики, це не зовсім точне поняття.
Збільшення, яке забезпечує об’єктив (наскільки він наближує віддалені об’єкти), залежить від його фокусної відстані та результуючого кута огляду. Об’єктив з більшою фокусною відстанню (відносно розміру сенсора зображення) має менший кут огляду. Це створює враження, що віддалені об’єкти здаються ближчими, ніж при використанні об’єктива з меншою фокусною відстанню.
Фактори, що впливають на характеристики об’єктивів, не дозволяють продавати їх виходячи лише з того, наскільки вони “збільшують” об’єкти. Об’єктиви зазвичай продаються, опираючись на їхню фокусну відстань.
На рекламних матеріалах ширококутного об’єктива Huawei P40 Pro стверджується, що він має 0,6-кратний оптичний зум.
Термін “зум”, як ми його зараз використовуємо, є маркетинговим поняттям, що набуло популярності з появою компактних камер. Спочатку це було співвідношення між найкоротшою та найдовшою фокусними відстанями об’єктива. Наприклад, об’єктив 10-100 мм мав 10-кратний зум, а об’єктив 25-100 мм – 4-кратний. Це означало, що 10-кратний зум не завжди наближав об’єкти в 10 разів.
Однак виробники смартфонів використовують термін “зум” трохи по-іншому. 1x збільшення зазвичай відповідає полю зору основної камери. Смартфони, як iPhone 11 Pro, можуть мати додатковий надширококутний об’єктив, який позначають як 0,5-кратний зум, а не змінюють позначення 1x для нового найширшого кута.
На відміну від компактних камер, це означає, що смартфони з 10-кратним зумом повинні забезпечувати приблизно однакове збільшення.
Huawei P40 Pro також має перископічний об’єктив з 5-кратним оптичним зумом.
Для глибшого розуміння, можна ознайомитися з матеріалами про те, як розраховуються характеристики масштабування. Важливо розуміти, що масштабування залежить від фокусної відстані об’єктива та розміру сенсора, і що воно не завжди повністю відповідає дійсності.
Яка ж відмінність між оптичним і фактичним зумом (я буду використовувати цей термін для зручності, хоча маю на увазі “видиме збільшення” або “вужчий відносний кут огляду”)?
Як працює оптичний зум
Оптичний зум – це фізичне збільшення віддалених об’єктів за допомогою лінз. Наприклад, телескоп повністю працює на оптичному зумі. При спостереженні за місяцем через телескоп він здається більшим без втрати якості, бо об’єкти просто наближаються.
Оптичний зум досягається завдяки об’єктивам з великою фокусною відстанню, яка відповідає розміру сенсора камери. Телеоб’єктиви для DSLR, які використовують спортивні фотографи, мають фокусну відстань від 500 до 1000 мм, тому вони є такими великими та важкими.
У менших камерах фокусна відстань може бути меншою. Компактні камери можуть досягти чудового оптичного зуму за допомогою 100-міліметрових об’єктивів. Вони є значно меншими, ніж телескопи для футбольних ігор, але все ще доволі об’ємними.
У смартфонах виробники почали використовувати перископічні об’єктиви для досягнення більшого оптичного збільшення. Вони змогли встановити 5-кратні зум-об’єктиви (що є приблизно еквівалентом 100-мм об’єктива на DSLR) у свої флагманські моделі, не збільшуючи їх товщини. Це дійсно значний технологічний прорив.
Однак, 5x – це далеко не 100x, тому як виробники досягають таких значень?
Як працює цифровий зум
Як вже згадувалося, термін “масштабування” є дещо розмитим. Цифровий зум використовує цю неточність. По суті, цифровий зум – це просто обрізання зображення, щоб об’єкти здавалися більшими, без додавання нової інформації про зображення.
Наприклад, якщо зробити знімок на iPhone Xs, який має 2-кратний оптичний та 10-кратний цифровий зум, то знімок зі збільшенням матиме помітно меншу роздільну здатність.
Це головна проблема цифрового зуму. Оптичний зум збільшує зображення без втрати якості, тоді як цифровий зменшує її. І чим більше ви використовуєте цифровий зум, тим гіршою стає якість зображення.
Покращення цифрового зуму
Цифрове збільшення, однак, має своє призначення. Оптичний зум є дорогим у виробництві та створює певні обмеження для розміщення в смартфонах. Перископічні об’єктиви є відносно новою розробкою (особливо для смартфонів), тому ще є над чим працювати.
Виробники смартфонів використовують різні прийоми, щоб покращити якість цифрового зуму та мінімізувати втрати якості:
- Використання сенсорів з неймовірно високою роздільною здатністю: Galaxy S20 від Samsung має телеоб’єктив на 64 Мп. Такий датчик з високою роздільною здатністю дозволяє обрізати більшу частину зображення, забезпечуючи більше можливостей цифрового зуму.
- Об’єднання пікселів: Об’єднання кількох пікселів в один суперпіксель забезпечує кращу якість зображень при цифровому збільшенні, ніж просте обрізання.
- Штучний інтелект та машинне навчання: ці технології є перспективними у сфері фотографії. Виробники камер використовують їх для автоматичного покращення якості зображень при цифровому збільшенні.
Проте, високий рівень цифрового масштабування неможливий без наявності оптичного зуму. Такі вражаючі 50- та 100-кратні збільшення можливі лише завдяки комбінації оптичного та цифрового зуму. Справжній оптичний об’єктив виконує основну частину роботи, а цифрові методи забезпечують додаткове збільшення.
Samsung, можливо, перебільшує цифри масштабування, але прогрес у технології об’єктивів є очевидним.
Максимальне використання можливостей зуму
Поточна увага до зуму камер у смартфонах є досить цікавою, але, рано чи пізно, вона може стати надмірною.
Об’єктив з 5-кратним або 10-кратним оптичним збільшенням відкриває багато можливостей для зйомки. Такий зум зменшує нішу спеціалізованих камер. З таким збільшенням можна фотографувати дітей на спортивних заходах, диких тварин у саду та інші об’єкти, до яких важко наблизитися.
Хоча цифровий зум не є поганим сам по собі (особливо, якщо використовувати його помірно), надмірне масштабування має свої недоліки. Окрім втрати якості зображення, стає важче зробити чіткий знімок.
При 20- або 30-кратному зумі (що еквівалентно 1000 мм на DSLR) потрібно тримати телефон максимально нерухомо, щоб отримати чітке фото. Навіть найменший рух може розмити зображення, і об’єкт вийде з кадру.
Також, це працює лише за наявності достатнього освітлення. При недостатньому освітленні знадобиться штатив, щоб отримати щось схоже на різке зображення.
Здається, що виробники смартфонів продовжуватимуть змагатися, збільшуючи цифри масштабування. Тому важливо звертати увагу на показники оптичного зуму, оскільки вони є ключовими.