Jak producenci uzyskują wysokie (83x) poziomy zbliżenia w aparatach hybrydowych?

Oczywiście największy hybrydowy zoom na rynku (myślę, że Nikon Coolpix P900) nie mieści się w zakresie od rzeczywistych 24 mm do 2 metrów długości fizycznej, ale jakiego rodzaju systemów optycznych używają producenci, aby doprowadzić zoom optyczny do tak wysokich (83x) poziomów?

Te hybrydowe aparaty z dużym zoomem są stosunkowo tanie w porównaniu ze zwykłymi super teleobiektywami DSLR, więc nie wygląda na to, aby w ogóle używały tych samych drogich elementów optycznych. Udaje im się spakować 83x na około 20 cm, podczas gdy najlepsze obiektywy DSLR 600 mm są około dwa razy dłuższe na około 12x, więc zastanawiam się, jak to robią, ile światła jest tracone w procesie itp.

Kolejny wątek na temat artefaktów P900 sprawia, że ​​zastanawiam się, czy to, co nazywają 83-krotnym „optycznym” zoomem, obejmuje przetwarzanie elektroniczne.

Myślę, że użycie terminu 83X, chociaż jest prawdziwe, jest najbardziej mylące. Coolpix wykonuje niezwykłą pracę, jeśli chodzi o zasięg optyczny, który wynosi 83X. Jest to tak naprawdę nazywane zakresem powiększenia. Matematyka jest następująca: Moc obiektywu aparatu można regulować w zakresie od szerokokątnego obiektywu 4,3 mm do teleobiektywu 357 mm, czyli 357 ÷ 4,3 = 83. Innymi słowy, zakres powiększenia wynosi 83X. Aby to osiągnąć, obiektyw jest zbudowany z 16 indywidualnych szklanych soczewek . Niektóre są ze sobą sklejone, inne to przestrzenie powietrzne. Istnieje 12 grup soczewek, z których każda jest oddalona od siebie. Podczas powiększania zmienia się odległość w przestrzeni powietrznej, co powoduje zmianę mocy obiektywu. Zakres zoomu wynosi od szerokiego kąta przy 4,3 mm do teleobiektywu przy 357 mm.

Kiedy fotografowie omawiają swoje obiektywy, fakt, że zakres zoomu obejmuje 4,3 mm do 357 mm, jest mało zrozumiały. Wynika to z faktu, że znacznie większa kamera filmowa jest używana jako kryterium określające parametry obiektywu. To kamera filmowa 35 mm, która jest z nami od prawie 100 lat. Ze względu na jego popularność mówimy o obiektywach aparatu w kategoriach, które faktycznie dotyczą tylko tych czcigodnych typów aparatów. Możemy jednak dokonać porównań

Wygląda to tak: Nikon Coolpix P900 jest super miniaturowym aparatem, dzięki czemu tworzy miniaturowe zdjęcia, które stanowią zaledwie około 18% wielkości cenionego aparatu 35 mm. 35 mm jest w rzeczywistości 5,6 razy większy. Zatem mnożymy 4,3 X 5,6 = 24 i 357 X 5,6 = 2000. Teraz możemy powiedzieć, że Coolplix działa tak, jakby zakres powiększenia wynosił 24 mm - 2000 mm. Teraz 50 mm jest uważane za „normalne”. Krótszy obiektyw nazywany jest „szerokokątnym”. Dłuższy obiektyw nazywa się teleobiektywem. Ponieważ 50 mm jest „normalne” przy pełnym powiększeniu, co jest równoważne 2000 mm, obiekty pojawią się 2000 ÷ 50 = 40 razy większe. Innymi słowy, ptak na drzewie oddalonym o 1000 stóp będzie wyobrażał sobie, jakby był tylko 25 stóp.

Jak oni osiągają 83x?

Rozmiar matrycy (1 / 2,3 "), długość fizyczna, utrata przysłony (f / 2,8-8).

Telefon Samsung S9 + wykorzystuje czujnik 1 / 2,55 ", natomiast Nikon P900 i P1000 - czujnik 1 / 2,3".

Oczywiście największy hybrydowy zoom na rynku (myślę, że Nikon Coolpix P900) nie mieści się w zakresie od rzeczywistych 24 mm do 2 metrów długości fizycznej, ale jakiego rodzaju systemów optycznych używają producenci, aby doprowadzić zoom optyczny do tak wysokich (83x) poziomów?

Ogniskowa obiektywu:

P900 : 4,3–357 mm (kąt widzenia odpowiadający obiektywowi 24–2000 mm w formacie 35 mm) Filtr 67 mm

Obiektyw f / -number: f / 2.8-6.5, Konstrukcja obiektywu: 16 elementów w 12 grupach, Zoom obiektywu: 83x

P1000 : 4,3–539 mm (kąt widzenia odpowiadający obiektywowi 24–3000 mm w formacie 35 mm) Filtr 77 mm

Obiektyw f / -number: f / 2.8-8, Konstrukcja obiektywu: 17 elementów w 12 grupach, Zoom obiektywu: 125x

Długość z korpusem, niezłożona: 181,3 mm ( 7,2 cala). W pełni powiększony podwaja to.

Te hybrydowe aparaty z dużym zoomem są stosunkowo tanie w porównaniu ze zwykłymi super teleobiektywami DSLR, więc nie wygląda na to, aby w ogóle używały tych samych drogich elementów optycznych. Udaje im się spakować 83x na około 20 cm, podczas gdy najlepsze obiektywy DSLR 600 mm są około dwa razy dłuższe na około 12x, więc zastanawiam się, jak to robią, ile światła jest tracone w procesie itp.

Nikon AF-S 200-500 mm f / 5.6E ED VR, filtr 95 mm. Około. Wymiary (średnica x długość): 4.2 x. 10,5 się . Ten obiektyw nie powiększa dwukrotnie długości przy powiększeniu, ani nie jest tak ciemny ani długi; kosztuje również 1300 USD, więcej niż 1000 P1000 USD lub ponad dwa razy więcej niż P900 600 USD.

Obiektyw f / -number: f / 5.6, Konstrukcja obiektywu: 19 elementów w 12 grupach, Zoom obiektywu: 200/35 = 5,71 i 500/35 = 14,29, jeśli chcesz to porównać.

Sigma 300-800 mm F5,6 HSM APO CONV EX DG D, filtr tylny 46 mm, ok. Wymiary (średnica x długość): 6,2 x 21,3 się . Konstrukcja obiektywu: 18 elementów w 16 grupach. Zoom obiektywu: 300/35 = 8,57 i 800/35 = 22,86, jeśli chcesz to porównać. Cena 8000 USD (dostępna od sierpnia 2018 r.).

Porównaj te soczewki konsumenckie z profesjonalnym obiektywem Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8,4BESM 8,4-900 mm oraz z wbudowanym przedłużaczem 2x 16,8-1800 mm, czyli 214x . Podczas meczu piłki nożnej kamera oddalona o 1000 stóp będzie znajdować się w odległości mniejszej niż 5 stóp. Rozmiar filtra: ponad 250 mm (10 cali), powłoka HT-EBC i stabilizowana. Ma on przysłonę af / 1.7 przy 8,4-340 mm, zmniejszając się do 4,5 przy 900 mm, a 2x spada do f3.4-f9.

Wysokość x szerokość x długość: 258 x 264 x 610 mm. Nie zmienia to długości podczas powiększania i ma różne ustawienia wstępne, ostrość i powiększenie. Zaprojektowany dla czujnika o wymiarach 9,6 x 5,4 mm (2/3 ") ma współczynnik kadrowania około 4x w porównaniu do pełnej klatki. Dostępny tylko za 198,750 USD plus koszty wysyłki.

... ile światła traci podczas procesu itp.

Tracąc prawie połowę swojego światła i znacznej jakości obrazu oraz dużej długości i wagi, wybierasz kamerę mostkową nad lustrzanką cyfrową; wraz z wieloma innymi względami.

Kolejny wątek na temat artefaktów P900 sprawia, że ​​zastanawiam się, czy to, co nazywają 83-krotnym „optycznym” zoomem, obejmuje przetwarzanie elektroniczne.

Kiedy mówią, że optyczny, to właśnie mają na myśli, P900 i P1000 mają 4x zoom cyfrowy.

Zacznijmy od podstawowej idei dość prostego powiększenia. Na przykład możemy zacząć od trzech elementów. Elementy tylne i powiększające, a środek jest elementem redukującym. Elementy powiększające łączą ze sobą promienie światła. Element redukujący rozdziela je.

Jeśli więc przesuniemy środkowy element do tyłu za tylny element, światło przechodzi przez przedni element, więc promienie świetlne zaczynają się łączyć. Ciągle spotykają się na wiele sposobów, dopóki nie dotrą do elementu redukującego, który je rozdziela - ale ponieważ jest to tuż przy tylnym elemencie, nie rozprzestrzeniają się zbyt długo, zanim dotrą do tylnego elementu i zaczną przychodzić znowu razem. Tak więc tylny element w zasadzie bierze prawie wszystko, co przeszło przez przedni element, i ustawia go na czujniku, dając dość szeroki kąt widzenia.

Z drugiej strony, jeśli przesuniemy ten środkowy element dokładnie w górę o element przedni, światło przechodzi przez element przedni, zbiera się trochę, a następnie przechodzi przez element redukujący, więc natychmiast zaczyna się rozprzestrzeniać. Rozkłada się dość długo, zanim powróci do tylnego elementu. Tak więc tylko niewielka część środka obrazu, która przeszła przez element przedni, uderza w element tylny i tylko ta niewielka część obrazu jest ustawiana na matrycy, dzięki czemu uzyskujemy znacznie węższy widok. W tej konstrukcji współczynnik powiększenia jest jednak ograniczony odległością między przednim a tylnym elementem - aby uzyskać 83-krotny zoom, potrzebujemy obiektywu, który jest fizycznie wyjątkowo długi.

Aby uzyskać wyższy współczynnik powiększenia, w zasadzie wielokrotnie powtarzamy ten podstawowy pomysł. Na przykład zastanówmy się nad zastąpieniem każdego z tych trzech elementów zestawem trzech elementów, dlatego nie tylko przesuwamy środkową grupę od przodu do tyłu, ale także zmieniamy poziom powiększenia lub zmniejszenia, jaki zapewnia każdy z nich.

Załóżmy, że oryginał dał współczynnik powiększenia 3: 1. Gdyby każdy element został zastąpiony grupą trzech elementów, które same dawały stosunek 3: 1, nasz ogólny stosunek teoretycznie wynosiłby około 3x3x3 = 27x. Dodaj czwartą podobną grupę, a my osiągniemy około 80-krotny zasięg (lub mniej więcej).

Aby uzyskać jakość wystarczającą nawet dla kamer niższej klasy, musisz zrobić o wiele więcej. Nawet dość tani obiektyw użyje różnych rodzajów szkła w różnych elementach, aby zmniejszyć aberrację chromatyczną, prawdopodobnie niektóre elementy asferyczne do kontroli aberracji sferycznej i tak dalej.

Niemniej jednak podstawowa idea wszystkich zoomów sprowadza się głównie do dość prostej sytuacji posiadania (przynajmniej) jednego elementu powiększającego i jednego elementu redukującego i przenoszenia ich względem siebie. Osiągnięcie wysokiego współczynnika powiększenia oznacza głównie powtórzenie tego podstawowego pomysłu kilka razy i zrobienie więcej, aby utrzymać aberracje, zniekształcenia itp., Przynajmniej nieco pod kontrolą.

W twoim zapytaniu jest więcej niż jedno pytanie. Koncentrując się na pierwszym:

Oczywiście ... [the] Nikon Coolpix P900 ... nie ma rzeczywistej długości fizycznej od 24 mm do 2 metrów, ale jakiego rodzaju systemów optycznych używają producenci, aby doprowadzić zoom optyczny do tak wysokich (83x) poziomów?

Po pierwsze, nie należy mylić równoważnych ogniskowych 35 mm (24 mm – 2000 mm) z rzeczywistymi ogniskowymi obiektywu P900, który wynosi 4,3–357 mm. Więcej informacji na ten temat znajduje się w pokrewnym pytaniu: Co to jest współczynnik upraw i jaki ma to związek z ogniskową?

Masz jednak rację, oczywiście fizyczna długość obiektywu P900 nie jest tak krótka jak 4,3 mm ani 357 mm. Musimy więc odpowiedzieć na podstawowe pytanie, czym jest ogniskowa ?

• Co to jest ogniskowa i jak wpływa na moje zdjęcia?
• Jaka jest różnica techniczna między ostrością a powiększaniem?

Gdybyś mógł zastąpić szerokokątną ogniskową P900 pojedynczą soczewką symetryczną (jak szkło powiększające) o takim samym powiększeniu jak szeroki koniec P900, wówczas równoległe promienie świetlne docierające do tego obiektywu jednoelementowego skupiłyby się w punkcie 4,3 mm , prawie jedna szósta cala, poza obiektywem. To właśnie oznacza ogniskowa .

Prawdziwy obiektyw P900 nie jest taki krótki. Wszystkie soczewki świata rzeczywistego zawierają wiele elementów optycznych. Te elementy współpracują ze sobą, aby kilkakrotnie zginać i „rozginać” (rozchodzić) promienie świetlne. Punktem tych wielu elementów (i grup elementów) są:

• aby umożliwić ogniskowanie soczewki, zamiast przesuwania całego zespołu soczewek do środka lub na zewnątrz w celu ogniskowania (elementy te obejmują grupy ostrości);
• aby umożliwić powiększenie obiektywu - tj. zmienić ogniskową;
• do kontrolowania aberracji, takich jak aberracja chromatyczna (która jest naturalną konsekwencją zginania światła przez materiały o różnych właściwościach refrakcyjnych).

Dlatego projektanci soczewek dodają wiele elementów, aby uczynić obiektyw bardziej przydatnym niż wąski zakres warunków pracy. Dodaje to długości do zespołu obiektywu, ale w przypadku obiektywów szerokokątnych jest optycznie „równoważne” (używając tego słowa luźno) prostemu jednoczęściowemu obiektywowi o ogniskowej krótszej niż fizyczna długość obiektywu w świecie rzeczywistym.

Podobnie na drugim końcu zakresu zoomu P900, przy ogniskowej 357 mm obiektyw ma fizycznie mniej niż 357 mm. Jest tak, ponieważ obiektyw ma grupę teleobiektywów , grupę elementów, które pozwalają obiektywowi być fizycznie krótszym niż jego cienki obiektyw - dyktuje to odpowiednia długość ogniskowej. Zobacz także Jaka jest różnica między teleobiektywem a teleobiektywem?

Teraz, jeśli chodzi o to, w jaki sposób uzyskują zakresy zoomu aż 83x (lub nawet więcej, takie jak zoom 125x w niedawno ogłoszonym P1000 firmy Nikon ), cóż ... nauka. Magia. Trochę obu?

Te hybrydowe aparaty z dużym zoomem są stosunkowo tanie w porównaniu ze zwykłymi super teleobiektywami DSLR, więc nie wygląda na to, aby w ogóle używały tych samych drogich elementów optycznych. Udaje im się spakować 83x na około 20 cm, podczas gdy najlepsze obiektywy DSLR 600 mm są około dwa razy dłuższe na około 12x, więc zastanawiam się, jak to robią, ile światła jest tracone w procesie itp.

Jeśli chodzi o porównywanie powiększenia z długością obiektywu, pamiętaj, aby porównać jak kontra. W tym przypadku ma zastosowanie zasada kwadratu (Wikipedia) : gdy obiekt jest skalowany pod względem wielkości o współczynnik S , jego powierzchnia jest skalowana przez S ², a jego objętość jest skalowana przez S ³.

P900 ma współczynnik kadrowania 5,6, co oznacza liniowy współczynnik skali między aparatami, takimi jak P900 z czujnikiem 1 / 2,3 "i pełnoklatkowymi aparatami 35 mm, wynosi S = 5,6 (od P900 do 35 mm FF). Tak więc, aby stworzyć" równoważny " układy optyczne (pod względem geometrii optyki) powiększony obiektyw 83x typu P900 83x, ale stworzony dla korpusu FF 35 mm:

• mają około 5,6 razy większą średnicę oraz

• waży około 5,6³ = 175 razy więcej niż obiektyw P900! ¹

  Uwaga 1: Obiektyw prawdopodobnie nie ważyłby aż tak dużo; proste skalowanie S3 oznacza, że ​​wszystkie elementy, w tym silniki ogniskowania, tubusy soczewek, helisy ogniskowania i elementy sterujące itp., skalują grubość ścianek 5,6 razy. To nie jest konieczne, golenie byłoby dużo masy. Ale z punktu widzenia optyki (bez zmiany wzoru optycznego) ciężar szkła skalowałby się o S ³.

I zauważ, że nawet długość obiektywu ~ 20 cm powiększa się o S do około 112 cm - to ponad metr długości.

Nie chcę nawet wiedzieć, w jaki sposób można by skalować koszt, ale 175x koszt nowego P1000 za 1000 USD faktycznie nie byłby zupełnie nie na miejscu dla tak absurdalnie monstrualnej bestii, gdyby był dla korpusów pełnoklatkowych 35 mm.

• Sigma 200-500mm ƒ / 2.8 APO EX DG Ultra-teleobiektyw jest $ +26.000. Dla powiększenia 2,5x. Poważnie. (Chociaż recenzje Amazon są zdecydowanie niepoważne )
• Obiektyw Canon EF 1200 mm ƒ / 5,6 L USM to stały teleobiektyw, którego cena wynosi 100 000 USD. B&H Photo Video sprzedało używany w 2015 roku za 180 000 $ , więc jest to.
• Canon CINE-SERVO 50-1000 mm T5.0-8.9 EF to 20-krotny zoom kinowy do mocowania Canon EF za jedyne 70 tys. USD. Ma również wbudowany przedłużacz 1,5x (telekonwerter). Może włączanie obiektywów filmowych do celów fotograficznych w kontekście fotograficznym jest niesprawiedliwe, ale ma mocowanie EF, więc jest dobre do fotografii DSLR, prawda?

Potem pojawiło się kilka różnych jedynych w swoim rodzaju obiektywów, które poszły w astronomiczne ceny, ale nie bądźmy śmieszni (!).

Zmniejszenie ma więc oczywiste nieliniowe korzyści kosztowe. Ponieważ jednak P900 i P1000 nie są skierowane na rynek profesjonalistów lub prosumentów z wyższej półki, mogą podejmować dalsze decyzje dotyczące oszczędności, takie jak:

• zastosowanie niższej jakości szkła optycznego w niektórych elementach soczewki;
• zmniejszenie liczby powłok optycznych (takich jak niskodyspersyjne i antyrefleksyjne);
• wyeliminować uszczelnienie pogodowe;
• zapewniać mniejszy zakres gwarancji;
• oraz wszyscy inni podejrzani, gdy firmy angażują się w segmentację rynku.