Як виробники отримують високі (83-кратні) масштаби на гібридних камерах?

Очевидно, що найбільший гібридний зум на ринку (думаю, Nikon Coolpix P900) не варіюється від фактичної довжини 24 мм до 2 метрів, але які оптичні системи використовують виробники, щоб оптичний зум наблизився до таких високих (83x) рівнів?

Ці гібридні камери високого масштабування порівняно дешеві в порівнянні зі звичайними супертелефотооб'єктивами DSLR, тому не схоже, що вони взагалі використовують однакові дорогі оптичні елементи. Їм вдається упакувати 83x за 20 см або близько того часу, в той час як найкращі об'єкти DSLR 600 мм приблизно вдвічі довші, приблизно 12 разів, тому мені цікаво, як вони це роблять, скільки світла втрачається в процесі тощо.

Ще одна тема про артефакти P900 змушує мене замислитись, чи не те, що вони вважають 83-кратним "оптичним" збільшенням, включає в себе деяку електронну обробку.

Я думаю, що використання терміна 83X, хоча істинне, є найбільш оманливим. Coolpix робить чудову роботу, коли мова йде про його оптичний діапазон, який становить 83X. Це насправді називається діапазоном збільшення. Математика полягає в тому, що: потужність об'єктива камери регулюється від 4,3 мм ширококутного до 357 мм телефото, це 357 ÷ 4,3 = 83. Іншими словами, діапазон масштабування становить 83X. Для досягнення об'єктива побудовано за допомогою 16 індивідуальних скляних лінз . Деякі склеюються, деякі - повітряними просторами. Налічується 12 груп об'єктивів, кожна з яких розташована один від одного. Коли ви збільшуєте масштаб, відстань повітряно-космічного простору змінюється, і цей акт призводить до зміни потужності лінзи. Проміжок масштабування - від ширококутного в 4,3 мм до телефото в 357 мм.

Коли фотографи обговорюють свої лінзи, факт, що діапазон масштабування охоплює 4,3 мм через 357 мм, мало зрозумілий. Це тому, що набагато більша плівкова камера використовується як мірка, яка визначає продуктивність об'єктива. Це 35-мм плівкова камера, яка з нами вже майже 100 років. Через його популярність ми говоримо про об’єктиви камер в термінах, які насправді стосуються лише цих поважних типів камер. Однак ми можемо порівняти

Виходить так: Nikon Coolpix P900 - це супер мініатюрна камера, завдяки чому вона створює мініатюрні зображення, які становлять лише близько 18% розміру шанованої 35-мм камери. 35 мм насправді на 5,6 разів більший. Тому ми множимо 4,3 X 5,6 = 24 і 357 X 5,6 = 2000. Тепер ми можемо сказати, що цей Coolplix виконує так, ніби діапазон масштабування становить 24 мм - 2000 мм. Зараз 50мм вважається "нормальним". Об'єктив коротший називається "ширококутний". Об'єктив довше називається телефото. Оскільки 50 мм "нормальні" при повному масштабі, що еквівалентно 2000 мм, об'єкти виявляться на 2000 ÷ 50 = 40X більшими. Іншими словами, птах на дереві за 1000 футів подаватиме зображення так, ніби воно було лише 25 футів.

Як вони дістаються до 83x?

Розмір датчика (1 / 2,3 "), фізична довжина, втрата діафрагми (f / 2,8-8).

У телефоні Samsung S9 + використовується сенсор 1 / 2,55 ", Nikon P900 та P1000 використовується датчик 1 / 2,3".

Очевидно, що найбільший гібридний зум на ринку (думаю, Nikon Coolpix P900) не варіюється від фактичної довжини 24 мм до 2 метрів, але які оптичні системи використовують виробники, щоб оптичний зум наблизився до таких високих (83x) рівнів?

Фокусна відстань об'єктива:

P900 : 4,3-357мм (кут огляду еквівалентний 24-2000мм об'єктива у форматі 35мм) 67мм фільтр

Об'єктив f / -кілька: f / 2.8-6.5, Конструкція об'єктива: 16 елементів у 12 групах, Зум-об'єктив: 83x

P1000 : 4,3-539 мм (кут зору еквівалентний об'єктиву 24-3000 мм у форматі 35 мм) 77-мм фільтр

Об'єктив f / -кілька: f / 2,8-8, Конструкція об'єктива: 17 елементів у 12 групах, Збільшити об'єктив: 125x

Довжина, з тілом, unzoomed: 7.2. (181,3 мм). Повністю збільшений удвічі менший показник.

Ці гібридні камери високого масштабування порівняно дешеві в порівнянні зі звичайними супертелефотооб'єктивами DSLR, тому не схоже, що вони взагалі використовують однакові дорогі оптичні елементи. Їм вдається упакувати 83x за 20 см або близько того часу, в той час як найкращі об'єкти DSLR 600 мм приблизно вдвічі довші, приблизно 12 разів, тому мені цікаво, як вони це роблять, скільки світла втрачається в процесі тощо.

Nikon AF-S 200-500 мм f / 5.6E ED VR, 95 мм фільтр. Прибл. Розміри (діаметр x довжина): 4,2 дюйма х 10,5 дюйма . Цей об'єктив не збільшує подвійну довжину при збільшенні, а також не настільки темний або тривалий; також це коштує U $ 1300, що більше, ніж P1000 U $ 1000, або вдвічі більше, ніж P900 U $ 600.

Об'єктив f / -кілька: f / 5.6, Конструкція об'єктива: 19 елементів у 12 групах, Збіль об’єктива: 200/35 = 5,71 і 500/35 = 14,29, якщо ви хочете порівняти його таким чином.

Sigma 300-800 мм F5.6 HSM APO CONV EX DG D, задній фільтр 46 мм, прибл. Розміри (діаметр x довжина): 6,2 х 21,3 дюйма . Конструкція об'єктива: 18 елементів у 16 ​​групах. Зум об'єктива: 300/35 = 8,57 і 800/35 = 22,86, якщо ви хочете порівняти його таким чином. Ціна U $ 8000 (доступно за серпень 2018 року).

Порівняйте ці лінзи споживача з професійними лінзами, Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8.4BESM 8.4-900мм і з вбудованим 2x розширювачем 16.8-1800мм, це 214х . Під час футбольної гри камера, що знаходиться на відстані 1000 футів, виявиться на відстані менше 5 футів. Розмір фільтра: понад 250 мм (10 дюймів), покриття HT-EBC та стабілізовано. Вона має діафрагму af / 1,7 на 8,4-340 мм, зменшуючи до 4,5 при 900 мм, при цьому в 2 рази вона знижується до f3,4-f9.

Висота х Ширина х Довжина: 258х264х610мм. Це не змінює довжину, коли вона збільшується, і має різні попередньо встановлені, фокусування та масштабування. Розроблений для розміру датчика розміром 9,6 х 5,4 мм (2/3 "), він має коефіцієнт посіву приблизно в 4 рази порівняно з повним кадром. Доступний всього за 198 750 доларів США, плюс доставка.

... скільки світла втрачається в процесі тощо.

Ви втрачаєте майже половину світла та значну якість зображення та велику довжину та вагу, обираючи мостову камеру над DSLR; разом з багатьма іншими міркуваннями.

Ще одна тема про артефакти P900 змушує мене замислитись, чи не те, що вони вважають 83-кратним "оптичним" збільшенням, включає в себе електронну обробку.

Коли вони кажуть оптичний, це те, що вони мають на увазі, P900 та P1000 мають 4-кратний цифровий зум.

Почнемо з основної ідеї досить простого масштабування. Наприклад, ми можемо почати з трьох елементів. І задні, і збільшувальні елементи, і середина є редукційним елементом. Збільшувальні елементи об'єднують промені світла. Відновлювальний елемент поширює їх на частини.

Отже, якщо ми переміщаємо середній елемент до задньої частини заднім елементом, світло проходить через передній елемент, тому світлові промені починають зближатися. Продовжуйте збиратись цілком способами, поки вони не дістають до зменшувального елемента, який розсуває їх, - але, оскільки це справа за задній елемент, вони не сильно розносяться до того, як дістатись до заднього елемента, і почнуть підходити знову знову разом. Отже, задній елемент в основному приймає майже все, що потрапило через передній елемент, і приводить його у фокус на датчику, надаючи досить широкий кут зору.

З іншого боку, якщо ми перемістимо цей середній елемент правою частиною переднього елемента, світло проходить через передній елемент, зібрався між собою крихітним шматочком, потім проходить через відновний елемент, щоб він негайно почав поширюватися назад. Він розгортається зовсім небагато, перш ніж повернутися до заднього елемента. Отже, лише трохи в центрі малюнка, що пройшов через передній елемент, потрапляє на задній елемент, і лише ця невелика частина зображення приводиться у фокус на датчику, тому ми отримуємо набагато вужчий вигляд. З таким дизайном коефіцієнт масштабування обмежений відстані між передніми і задніми елементами, хоча - щоб досягти 83-кратного масштабування, нам знадобився б об'єктив, який був фізично надзвичайно довгим.

Щоб досягти більш високого коефіцієнта збільшення, ми в основному повторюємо цю основну ідею кілька разів. Наприклад, давайте подумаємо про те, що кожен із цих трьох елементів буде замінений набором з трьох елементів, тому ми не тільки перемістимо середню групу від передньої до задньої, але й змінимо рівень збільшення або зменшення, який кожен з них забезпечує.

Припустимо, що оригінал дав співвідношення масштабу 3: 1. З кожним елементом, заміненим групою з трьох елементів, яка сама дала співвідношення 3: 1, наше загальне співвідношення теоретично було б на зразок 3x3x3 = 27x. Додайте четверту подібну групу, і ми знаходимося приблизно в діапазоні 80x (або близько того).

Щоб отримати якість, достатню навіть для низькокамерної камери, вам потрібно зробити трохи більше, ніж це. Навіть досить дешева лінза використовує різні типи скла в різних елементах, щоб зменшити хроматичну аберацію, можливо, деякі асферичні елементи для управління сферичною аберацією тощо.

Тим не менш, основна ідея всіх масштабів зводиться здебільшого до тієї досить простої ситуації, що має (принаймні) один збільшувальний елемент і один зменшуючий елемент і переміщення їх відносно один одного. Досягти високих коефіцієнтів масштабування переважно означає, що кілька разів повторити цю основну ідею та зробити достатньо більше, щоб утримати відхилення, спотворення тощо, хоча б дещо під контролем.

У вашому запиті трохи більше, ніж одне запитання. Зосередження уваги на першому:

Очевидно, що [[]] Nikon Coolpix P900 ... не варіюється від фактичної довжини від 24 мм до 2 метрів, але які оптичні системи використовують виробники для доведення оптичного масштабування до таких високих (83x) рівнів?

Під - перше, не слід плутати з 35 - мм еквівалент фокусна відстань (24мм-2000мм) з фактичним фокусною відстанню об'єктива Р900, який знаходиться в діапазоні 4,3 мм-357mm. Детальніше про це дивіться у відповідному питанні Що таке фактор врожаю та як він стосується фокусної відстані?

І все-таки ви маєте рацію, очевидно, що фізична довжина об'єктива P900 не така коротка, як 4,3 мм, а не 357 мм. Тож нам потрібно вирішити основне питання, що таке фокусна відстань ?

• Що таке фокусна відстань і як це впливає на мої фотографії?
• У чому полягає технічна різниця між фокусуванням та збільшенням?

Якщо ви можете замінити ширококутну фокусну відстань P900 на односиметричне скло лінзи (як лупу) з таким же збільшенням, як і широкий кінець P900, то паралельні світлові промені, що надходять у цю одноелементну лінзу, фокусуються в точці 4,3 мм , майже на шосту дюйм, поза об'єктивом. Ось що означає фокусна відстань .

Справжній об'єктив P900 не такий короткий. Усі об'єктиви в реальному світі містять у собі кілька оптичних елементів. Ці елементи працюють разом, щоб згинати і «розгинати» (розходити) світлові промені кілька разів. Точкою цих декількох елементів (і груп елементів) є:

• дозволити об'єктиву сфокусуватись, а не переміщувати цілий вузол об'єктива у фокус або назовні (ці елементи складають фокус-групи);
• дозволити об'єктиву масштабувати - тобто змінювати фокусну відстань;
• контролювати аберації, такі як хроматична аберація (що є природним наслідком згинання світла через матеріали з різними заломлюючими властивостями).

Тож дизайнери лінз додають багато елементів, щоб зробити об'єктив кориснішим, ніж вузький діапазон умов експлуатації. Це додає довжини до об'єктива об'єктива, але у випадку ширококутних лінз оптично "еквівалентно" (з використанням цього слова вільно) простому одноелементному об'єктиву, фокусна відстань коротша за фізичну довжину об'єктива.

Аналогічно, на іншому кінці діапазону масштабування P900, при фокусному відстані 357 мм, об'єктив фізично менше 357 мм. Це тому, що в об'єктиві є телефотогрупа , група елементів, що дозволяє об'єктиву бути фізично коротшим, ніж його тонка лінза - диктуватиме рівномірна фокусна відстань. Дивіться також: Яка різниця між телеоб'єктивом та зумом?

Тепер, наскільки вони конкретно отримують діапазон масштабування до 83x (або навіть більше, наприклад 125-кратний зум у нещодавно оголошеному Nikon P1000 ), ну ... наука. Магія. Трохи обох?

Ці гібридні камери високого масштабування порівняно дешеві в порівнянні зі звичайними супертелефотооб'єктивами DSLR, тому не схоже, що вони взагалі використовують однакові дорогі оптичні елементи. Їм вдається упакувати 83x за 20 см або близько того часу, в той час як найкращі об'єкти DSLR 600 мм приблизно вдвічі довші, приблизно 12 разів, тому мені цікаво, як вони це роблять, скільки світла втрачається в процесі тощо.

Що стосується порівняння величини масштабу та довжини лінзи, не забудьте порівняти подібну та подібну. У цьому випадку вступає в дію закон квадратного куба (Вікіпедія) : оскільки об'єкт масштабується за розміром фактором S , його поверхня масштабується на S ², а об'єм масштабується на S ³.

P900 має коефіцієнт обрізання 5,6, тобто коефіцієнт лінійної шкали між камерами типу P900 з датчиком 1 / 2,3 "і 35-мм повноцінною камерою становить S = 5,6 (від P900 до 35 мм FF). Отже, для створення" еквівалента " оптичні системи (що стосується геометрії оптики), масштабований об'єктив типу 83х P900, але виготовлений для корпусу 35 мм FF:

• мають приблизно в 5,6 рази більший діаметр, і

• важить приблизно в 5,6³ = 175 разів більше ваги об'єктива P900! ¹

  Примітка 1: об'єктив, ймовірно, не важив би стільки; просте масштабування S ³ має на увазі всі компоненти, включаючи двигуни фокусування, трубки лінз, спіралі та елементи керування тощо, масштабувати їх товщину стінки в 5,6 рази. Це не обов'язково, треба було б багато ваги для гоління. Але, з точки зору оптики (без зміни оптичної формули), вага скла би масштабуватися на S ³.

І зауважте, що навіть саме довжина об'єктива ~ 20 см збільшується на S до приблизно 112 см - це більше метра.

Я навіть не хочу знати, як би змінювалася вартість, але 175x вартість 1000 нових доларів P1000 фактично не була б абсолютно поза чергою для такого смішного жахливого звіра, якби це були 35-мм корпуси з повною рамою.

• Sigma 200-500mm ƒ / 2.8 APO EX DG Ultra-телефото становить $ 26000. Для 2,5-кратного збільшення. Серйозно. (Хоча відгуки Amazon, очевидно, несерйозні )
• Об'єктив Canon EF 1200мм ƒ / 5,6 л USM - це фіксований телефото, який продається за $ 100 тис. B&H Photo Video продала б / в у 2015 році за 180 000 доларів , тож ось що.
• CINE-SERVO 50-1000 мм T5.0-8.9 EF Canon - це кінооб'єктив із 20-кратним збільшенням для кріплення Canon EF лише за 70 000 доларів. Він також має вбудований вибиральний розширювач 1,5х (телеконвертер). Можливо, не справедливо включати цільові кінооб'єктиви в фотографічний контекст, але це кріплення EF, тому це добре для DSLR фотографії, правда?

Після цього з’явилося декілька різних унікальних лінз типу, які йшли за астрономічними цінами, але не будемо смішно (!).

Таким чином, є очевидні нелінійні вигоди від зменшення масштабів. Але оскільки P900 та P1000 не орієнтовані на професійний ринок високого класу чи споживачів, вони можуть приймати подальші рішення щодо економії витрат, наприклад:

• використання оптичного скла низької якості в деяких елементах лінзи;
• зменшення кількості оптичних покриттів (таких як низькодисперсна та антивідбивна);
• усунути погодне ущільнення;
• забезпечити менше гарантійного покриття;
• та всіх інших звичайних підозрюваних, коли компанії беруть участь у сегментації ринку.