Bagaimana cara pabrikan mencapai level zoom tinggi (83x) pada kamera hybrid?

Jelas zoom hibrida terbesar di pasaran (Nikon Coolpix P900 menurut saya) tidak berkisar dari 24 mm hingga 2 meter secara fisik, tetapi sistem optik seperti apa yang digunakan pabrikan untuk membawa pembesaran optis ke level tinggi (83x)?

Kamera hibrida zoom tinggi ini relatif murah dibandingkan dengan lensa super telefoto DSLR biasa, sehingga tidak terlihat seperti mereka menggunakan elemen optik mahal yang sama sekali. Mereka berhasil mengemas 83x dalam 20cm atau lebih, sementara lensa DSLR 600mm terbaik sekitar dua kali lebih lama untuk sekitar 12x, jadi saya bertanya-tanya bagaimana mereka melakukannya, berapa banyak cahaya yang hilang dalam proses, dll.

Utas lain tentang artefak P900 membuat saya bertanya-tanya apakah apa yang mereka klaim sebagai 83x "optical" zoom mencakup beberapa pemrosesan elektronik.

Saya pikir penggunaan istilah 83X sementara benar, paling menyesatkan. Coolpix melakukan pekerjaan luar biasa ketika datang ke rentang optiknya yang 83X. Ini sebenarnya disebut rentang zoom. Perhitungannya adalah: Kekuatan lensa kamera dapat disesuaikan dari sudut lebar 4.3mm ke telefoto 357mm itu 357 ÷ 4.3 = 83. Dengan kata lain rentang zoom adalah 83X. Untuk mencapai lensa dibangun menggunakan 16 lensa kaca individu . Ada yang direkatkan bersama, ada juga ruang udara. Ada 12 kelompok lensa yang masing-masing berjarak terpisah. Saat Anda memperbesar, jarak ruang udara berubah dan tindakan ini menyebabkan kekuatan lensa berubah. Rentang zoom dari sudut lebar di 4,3mm ke telefoto di 357mm.

Ketika fotografer mendiskusikan lensa mereka, fakta bahwa kisaran zoom mencakup 4.3mm hingga 357mm sedikit dipahami. Ini karena kamera film yang jauh lebih besar digunakan sebagai tolok ukur yang menentukan kinerja lensa. Ini adalah kamera film 35mm yang telah bersama kami selama hampir 100 tahun. Karena popularitasnya, kami berbicara tentang lensa kamera dalam hal yang sebenarnya hanya berlaku untuk jenis kamera yang mulia ini. Namun kita bisa membuat perbandingan

Bunyinya seperti ini: Nikon Coolpix P900 adalah kamera super mini sehingga menghasilkan gambar mini yang hanya sekitar 18% dari ukuran kamera 35mm yang terhormat. 35mm sebenarnya 5.6X lebih besar. Jadi kita kalikan 4.3 X 5.6 = 24 dan 357 X 5.6 = 2000. Sekarang kita dapat mengatakan Coolplix ini bekerja seolah-olah rentang zoom 24mm - 2000mm. Sekarang 50mm dianggap "normal". Lensa yang lebih pendek disebut "sudut lebar". Lensa yang lebih panjang disebut telefoto. Karena 50mm "normal" pada pembesaran penuh yang setara dengan 2000mm, objek akan muncul 2000 ÷ 50 = 40X lebih besar. Dengan kata lain, seekor burung di pohon yang jauhnya 1000 kaki akan tampak seolah-olah hanya berjarak 25 kaki.

Bagaimana cara mereka mencapai 83x?

Ukuran sensor (1/3 "), panjang fisik, kehilangan bukaan (f / 2.8-8).

Ponsel Samsung S9 + menggunakan sensor 1 / 2.55 ", Nikon P900 dan P1000 menggunakan sensor 1 / 2.3".

Jelas zoom hibrida terbesar di pasaran (Nikon Coolpix P900 menurut saya) tidak berkisar dari 24 mm hingga 2 meter secara fisik, tetapi sistem optik seperti apa yang digunakan pabrikan untuk membawa pembesaran optis ke level tinggi (83x)?

Panjang Fokus Lensa:

P900 : 4.3-357mm (sudut tampilan setara dengan lensa 24-2000mm dalam format 35mm) Filter 67mm

Lensa f / -nomor: f / 2.8-6.5, Konstruksi Lensa: 16 elemen dalam 12 grup, Zoom Lensa: 83x

P1000 : 4.3-539mm (sudut tampilan setara dengan lensa 24-3000mm dalam format 35mm) 77mm Filter

Lensa f / -nomor: f / 2.8-8, Konstruksi Lensa: 17 elemen dalam 12 grup, Zoom Lensa: 125x

Panjangnya, dengan badan, tidak diperbesar: 7,2 in. (181,3 mm). Sepenuhnya diperbesar menggandakan itu.

Kamera hibrida zoom tinggi ini relatif murah dibandingkan dengan lensa super telefoto DSLR biasa, sehingga tidak terlihat seperti mereka menggunakan elemen optik mahal yang sama sekali. Mereka berhasil mengemas 83x dalam 20cm atau lebih, sementara lensa DSLR 600mm terbaik sekitar dua kali lebih lama untuk sekitar 12x, jadi saya bertanya-tanya bagaimana mereka melakukannya, berapa banyak cahaya yang hilang dalam proses, dll.

Nikon AF-S 200-500mm f / 5.6E ED VR, filter 95mm. Perkiraan. Dimensi (Diameter x Panjang): 4,2 in. X 10,5 in . Lensa ini tidak menggandakan panjangnya ketika diperbesar juga bukan sebagai gelap atau panjang zoom; juga harganya U $ 1300, lebih dari P1000 U $ 1000, atau lebih dari dua kali harga P900 U $ 600.

Lensa f / -nomor: f / 5.6, Konstruksi Lensa: 19 elemen dalam 12 grup, Zoom Lensa: 200/35 = 5.71 dan 500/35 = 14.29 jika Anda ingin membandingkannya dengan cara itu.

Sigma 300-800mm F5.6 HSM APO CONV EX DG D, filter belakang 46mm, Kira-kira. Dimensi (Diameter x Panjang): 6,2 x 21,3 in . Konstruksi Lensa: 18 Elemen dalam 16 Grup. Zoom Lensa: 300/35 = 8.57 dan 800/35 = 22.86 jika Anda ingin membandingkannya dengan cara itu. Harga U $ 8000 (tersedia Agustus 2018).

Bandingkan lensa konsumen tersebut dengan lensa profesional, Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8.4BESM 8.4-900mm dan dengan built-in 2x extender 16.8-1800mm, itu 214x . Selama pertandingan sepak bola, kamera yang berjarak 1000 kaki akan tampak kurang dari 5 kaki. Ukuran filter: lebih dari 250mm (10 inci), lapisan HT-EBC dan stabil. Ia memiliki ap / 1,7 aperture pada 8,4-340mm, dikurangi menjadi 4,5 pada 900mm, dengan 2x turun ke f3.4-f9.

Tinggi x Lebar x Panjang: 258x264x610mm. Ini tidak berubah panjang ketika diperbesar dan memiliki berbagai pilihan preset, fokus, dan zoom. Dirancang untuk ukuran sensor 9,6 x 5.4mm (2/3 "), sensor ini memiliki crop factor sekitar 4x dibandingkan dengan full frame. Tersedia hanya dengan U $ 198.750, plus ongkos kirim.

... berapa banyak cahaya yang hilang dalam proses, dll.

Anda kehilangan hampir setengah cahaya dan kualitas gambar yang cukup besar, dan banyak panjang dan berat, dengan memilih kamera jembatan di atas DSLR; bersamaan dengan banyak pertimbangan lainnya.

Utas lain tentang artefak P900 membuat saya bertanya-tanya apakah apa yang mereka klaim sebagai 83x "optical" zoom mencakup beberapa pemrosesan elektronik.

Ketika mereka mengatakan optik itulah yang mereka maksud, P900 dan P1000 memiliki 4x digital zoom.

Mari kita mulai dengan ide dasar zoom yang cukup sederhana. Sebagai contoh, kita bisa mulai dengan tiga elemen. Elemen belakang dan pembesar, dan tengah adalah elemen pereduksi. Elemen pembesar menyatukan sinar cahaya. Elemen pereduksi menyebar terpisah.

Jadi, jika kita memindahkan elemen tengah ke belakang dengan elemen belakang, cahayanya melewati elemen depan, sehingga sinar cahaya mulai menyatu. Terus bersatu dengan cara yang cukup, sampai mereka mencapai elemen pereduksi, yang memisahkan mereka - tetapi karena tepat oleh elemen belakang, mereka tidak menyebar banyak sebelum mereka sampai ke elemen belakang, dan mulai datang kembali bersama lagi. Jadi, elemen belakang pada dasarnya mengambil hampir semua yang datang melalui elemen depan, dan membuatnya menjadi fokus pada sensor, memberikan tampilan sudut yang cukup lebar.

Di sisi lain, jika kita memindahkan elemen tengah tepat ke atas oleh elemen depan, cahaya melewati elemen depan, menyatukan sedikit, kemudian melewati elemen pereduksi sehingga segera mulai menyebar kembali. Ini menyebar sedikit sebelum kembali ke elemen belakang. Jadi, hanya sedikit bagian tengah gambar yang datang melalui elemen depan yang menyentuh elemen belakang, dan hanya bagian kecil dari gambar yang dijadikan fokus pada sensor, jadi kami mendapatkan tampilan yang jauh lebih sempit. Dengan desain itu, rasio zoom dibatasi oleh jarak antara elemen depan dan belakang - untuk mendapatkan 83x zoom, kita membutuhkan lensa yang secara fisik sangat panjang.

Untuk mendapatkan rasio zoom yang lebih tinggi, kami pada dasarnya mengulangi ide dasar itu beberapa kali lipat. Sebagai contoh, mari kita pikirkan masing-masing dari ketiga elemen yang digantikan oleh satu set tiga elemen, jadi kita tidak hanya memindahkan kelompok tengah dari depan ke belakang, tetapi juga memvariasikan tingkat perbesaran atau pengurangan yang diberikan masing-masing.

Mari kita asumsikan bahwa aslinya memberikan rasio zoom 3: 1. Dengan setiap elemen digantikan oleh sekelompok tiga elemen yang dengan sendirinya memberikan rasio 3: 1, rasio keseluruhan kami secara teoritis akan menjadi sekitar 3x3x3 = 27x. Tambahkan grup serupa keempat dan kami berada di kisaran 80x (atau lebih).

Untuk mendapatkan kualitas yang memadai bahkan untuk kamera low-end, Anda perlu melakukan sedikit lebih banyak dari itu. Bahkan lensa yang cukup murah akan menggunakan berbagai jenis kaca dalam elemen yang berbeda untuk membantu mengurangi aberasi kromatik, mungkin beberapa elemen asferis untuk mengendalikan aberasi bola, dan sebagainya.

Meskipun demikian, ide dasar dari semua pembesaran sebagian besar bermuara pada situasi yang cukup sederhana yaitu memiliki (setidaknya) satu elemen pembesar dan satu elemen pereduksi, dan menggerakkannya relatif satu sama lain. Mendapatkan rasio zoom tinggi sebagian besar berarti mereplikasi ide dasar itu beberapa kali, dan melakukan cukup banyak untuk menjaga penyimpangan, distorsi, dll., Setidaknya agak terkendali.

Ada lebih dari satu pertanyaan di kueri Anda. Berfokus pada yang pertama:

Jelas ... [the] Nikon Coolpix P900 ... tidak berkisar dari 24 mm hingga 2 meter secara fisik, tetapi sistem optik seperti apa yang digunakan pabrikan untuk membawa pembesaran optis ke level setinggi (83x)?

Pertama, jangan bingung panjang fokus setara 35mm (24mm – 2000mm) dengan panjang fokus sebenarnya dari lensa P900, yang berkisar 4.3mm-357mm. Untuk lebih lanjut tentang ini, lihat pertanyaan terkait, Apa itu crop factor dan bagaimana hubungannya dengan focal length?

Meski begitu, Anda benar, jelas panjang fisik lensa P900 tidak sesingkat 4.3mm, atau sepanjang 357mm. Jadi kita perlu menjawab pertanyaan mendasar, berapa panjang fokus ?

• Apa itu focal length dan bagaimana pengaruhnya terhadap foto saya?
• Apa perbedaan teknis antara fokus dan zoom?

Jika Anda dapat mengganti panjang fokus sudut lebar P900 dengan kaca lensa simetris tunggal (seperti kaca pembesar) dengan perbesaran yang sama dengan ujung lebar P900, maka sinar cahaya paralel yang masuk ke lensa elemen-tunggal akan fokus pada titik 4.3mm , hampir seperenam inci, di luar lensa. Itulah yang dimaksud focal length .

Lensa asli P900 tidak sesingkat itu. Semua lensa dunia nyata memiliki beberapa elemen optik di dalamnya. Elemen-elemen ini bekerja bersama untuk menekuk dan "melenturkan" (menyimpang) sinar cahaya beberapa kali. Inti dari beberapa elemen ini (dan kelompok elemen) adalah:

• untuk memungkinkan lensa untuk fokus, daripada menggerakkan seluruh unit lensa masuk atau keluar untuk fokus (elemen-elemen ini terdiri dari grup fokus);
• untuk memungkinkan lensa melakukan zoom - yaitu, ubah panjang fokus;
• untuk mengontrol aberasi seperti aberasi kromatik (yang merupakan konsekuensi alami dari pembengkokan cahaya melalui bahan dengan sifat bias yang berbeda).

Jadi perancang lensa menambahkan banyak elemen untuk membuat lensa lebih bermanfaat daripada berbagai kondisi pengoperasian yang sempit. Itu menambah panjang pada rakitan lensa, tetapi dalam kasus lensa sudut lebar, secara optis "setara" (menggunakan kata itu secara longgar) untuk lensa elemen tunggal sederhana dengan panjang fokus lebih pendek daripada panjang fisik lensa dunia nyata.

Demikian pula, di ujung rentang zoom P900 lainnya, pada panjang fokus 357mm, lensa secara fisik kurang dari 357mm. Itu karena lensa memiliki kelompok telefoto , sekelompok elemen yang memungkinkan lensa secara fisik lebih pendek daripada lensa tipisnya - panjang fokus ekivalen akan menentukan. Lihat juga, Apa perbedaan antara lensa telefoto dan lensa zoom?

Sekarang, sejauh, bagaimana mereka secara khusus mendapatkan rentang zoom setinggi 83x (atau bahkan lebih, seperti zoom 125x di Nikon yang baru-baru ini diumumkan P1000 ), yah ... sains. Sihir. Sedikit keduanya?

Kamera hibrida zoom tinggi ini relatif murah dibandingkan dengan lensa super telefoto DSLR biasa, sehingga tidak terlihat seperti mereka menggunakan elemen optik mahal yang sama sekali. Mereka berhasil mengemas 83x dalam 20cm atau lebih, sementara lensa DSLR 600mm terbaik sekitar dua kali lebih lama untuk sekitar 12x, jadi saya bertanya-tanya bagaimana mereka melakukannya, berapa banyak cahaya yang hilang dalam proses, dll.

Mengenai membandingkan jumlah zoom vs panjang lensa, ingatlah untuk membandingkan suka vs suka. Dalam hal ini, hukum Square-kubus (Wikipedia) datang ke dalam bermain: sebagai objek diperkecil ukurannya dengan faktor S , luas permukaan adalah skala oleh S ², dan volumenya skala oleh S ³.

P900 memiliki crop factor 5,6, yang berarti faktor skala linier antara kamera seperti P900 dengan sensor 1 / 2,3 "dan kamera full frame 35mm adalah S = 5,6 (dari P900 ke 35mm FF). Jadi, untuk membuat" setara " sistem optik (sejauh menyangkut geometri optik), lensa 83x tipe P900 yang ditingkatkan, tetapi dibuat untuk bodi 35mm FF, akan:

• kira-kira memiliki diameter 5,6 kali lebih besar, dan

• beratnya kira-kira 5.6³ = 175 kali berat lensa P900! ¹

  Catatan 1: Lensa mungkin tidak akan terlalu berat; skala S ³ sederhana menyiratkan semua komponen, termasuk motor pemfokusan, tabung lensa, heliks pemfokusan dan kontrol, dll., skala ketebalan dindingnya 5,6 kali. Itu tidak perlu, akan ada banyak bobot untuk dicukur. Namun, dari sudut pandang optik (tanpa mengubah rumus optik), berat kaca akan turun sebesar S ³.

Dan perhatikan bahwa bahkan hanya panjang ~ 20cm lensa yang ditingkatkan oleh S menjadi sekitar 112cm - panjangnya lebih dari satu meter.

Saya bahkan tidak ingin tahu berapa biayanya, tetapi 175x biaya $ 1000 dari P1000 yang baru sebenarnya tidak akan benar-benar keluar dari garis untuk binatang buas yang menggelikan itu seandainya untuk kerangka full frame 35mm.

• The Sigma 200-500mm ƒ / 2.8 APO EX DG Ultra-tele adalah $ 26.000. Untuk zoom 2,5x. Serius. (Meskipun ulasan Amazon jelas tidak serius )
• Lensa Canon EF 1200mm ƒ / 5.6 L USM adalah telefoto tetap yang terdaftar dengan harga $ 100rb. B&H Photo Video menjual yang digunakan pada 2015 seharga $ 180.000 , jadi begitulah.
• Canon CINE-SERVO 50-1000mm T5.0-8.9 EF adalah lensa bioskop zoom 20x untuk pemasangan Canon EF, hanya dengan $ 70rb. Ini juga memiliki built-in 1.5x extender yang dapat dipilih (teleconverter). Mungkin tidak adil untuk memasukkan lensa bioskop yang dibuat khusus dalam konteks fotografi, tapi EF mount, jadi bagus untuk fotografi DSLR, kan?

Setelah itu, ada beberapa jenis lensa yang berbeda yang harganya mahal, tapi jangan konyol (!).

Jadi ada manfaat biaya nonlinier yang jelas untuk penskalaan. Tetapi karena P900 dan P1000 tidak ditujukan untuk pasar profesional atau prosumer kelas atas, mereka dapat membuat keputusan penghematan biaya lebih lanjut, seperti:

• menggunakan kaca optik berkualitas rendah di beberapa elemen lensa;
• mengurangi jumlah lapisan optik (seperti dispersi rendah dan anti-reflektif);
• menghilangkan penyegelan cuaca;
• kurang memberikan cakupan garansi;
• dan semua tersangka biasa lainnya ketika perusahaan terlibat dalam segmentasi pasar.