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Was ist ein Periskop-Objektiv für Smartphone-Kameras?


Oppo

Der Smartphone-Kamera-Wettbewerb war schon immer ein Zahlenspiel. Welches Unternehmen kann die meisten Megapixel, Kameras oder (zunehmend) Zoom haben? Wenn es um die Gesetze der Physik geht, passen optischer Zoom und dünne Telefone jedoch nicht zusammen.

Im Juli 2020 ist es wurde gemunkelt dass Apple einem zukünftigen iPhone ein Periskop-Teleobjektiv hinzufügen könnte. Periskop-Objektive gibt es schon seit einiger Zeit, und sie umgehen die Größenprobleme, die herkömmliche Teleobjektive haben.

Hier erfahren Sie, wie sie funktionieren und was dies für die Zukunft der Smartphone-Branche bedeutet.

In der Fotografie kommt es auf die Größe an

Die größten Grenzen bei der Fotografie waren schon immer physisch und nicht technologisch. Es gibt einige Gesetze der Optik, die Sie einfach nicht durcharbeiten können. Aus diesem Grund sind DSLR- und spiegellose Kameraobjektive so groß und schwer. Um lange Brennweiten und große Blendenöffnungen zu ermöglichen, müssen die Objektive selbst eine bestimmte Größe haben.

Zum Beispiel muss ein Objektiv mit einer Brennweite von 200 mm und einer maximalen Blende von f/2.8 ein Frontlinsenelement haben, das mehr als 70 mm (oder 3 Zoll) breit ist. Und das schließt keine Herstellungsüberlegungen ein.

Smartphone-Kameras haben die gleichen Einschränkungen, aber in einem viel kleineren Maßstab. Da sie kleinere Sensoren haben, erhalten sie mehr Vergrößerung bei kürzeren Brennweiten. Mit dieser Anordnung sind jedoch viele Kompromisse verbunden.

Das iPhone 11 Pro zum Beispiel hat ein 52-mm-Vollformat-äquivalentes Teleobjektiv, das wirklich nur 6 mm groß ist. Das heißt, wenn Sie dasselbe Foto mit einer professionellen DSLR aufnehmen möchten, benötigen Sie ein 52-mm-Objektiv. Da der Telekamerasensor des iPhones 1/3,6 Zoll groß ist (ca. 5 mm diagonal), erhalten Sie eine gleichwertige Vergrößerung.

Allerdings stoßen die Hersteller auf Probleme. Sie können Kamerasensoren nicht viel kleiner verkleinern, ohne dass die Kompromisse unhandlich werden. Kleine Sensoren schneiden bei schwachem Licht viel schlechter ab und haben es bei höheren Auflösungen schwerer.

Wenn Apple beim iPhone mehr Zoom bekommen wollte, könnte es (theoretisch) die Größe des Sensors halbieren. Es wäre jedoch wahrscheinlich teuer in der Herstellung und schrecklich in der Verwendung.

Die bessere Option ist, die Größe des Objektivs zu erhöhen.

Das Problem umgehen

Eine Illustration des Innenlebens der Periskoplinse eines Huawei P40 Pro+ Smartphones.
Huawei

Das Vergrößern eines Objektivs bringt auch Probleme mit sich. Das iPhone 11 Pro ist nur 8,1 mm dick. Auch wenn ein Objektiv mit 6mm Brennweite nicht genau 6mm lang sein muss, muss es nah dran sein. Es wird also immer noch einen erheblichen Teil des verfügbaren Speicherplatzes auf einem Smartphone einnehmen. Es gibt einfach nicht genug Platz, um einem Telefon, das nur 8 mm dick ist, ein 12-mm-Objektiv hinzuzufügen.

Es sei denn, Sie machen es seitlich.

Ein Periskopobjektiv funktioniert ähnlich wie ein Periskop auf einem U-Boot. Licht tritt in das Frontelement ein und wird dann von einem Winkelspiegel um 90 Grad reflektiert. Es passiert alle anderen Linsenelemente, bevor es auf den Kamerasensor trifft und wird dann als Foto aufgezeichnet. Durch die Änderung der Lichtrichtung müssen längere Linsen nicht so tief sein, da sie breit sein können.

Für Telefonhersteller ist dies ein gravierender Vorteil. Es ist viel praktischer, horizontal den nötigen Platz für ein längeres Teleobjektiv zu finden, als den Sensor zu verkleinern oder ein dickeres Telefon zu bauen.

Auf diese Weise sind die Hersteller nicht auf 50-mm-Äquivalent-Objektive mit 2-fachem optischem Zoom (oder auf Knopfdruck und mit dubiosem Marketing 3-fach) beschränkt. Es ermöglicht 100 mm- (ca. 5-fach Zoom) oder sogar 200 mm-äquivalente (ca. 10-fach Zoom) Objektive.

Sicher, es gibt immer noch Kompromisse und die Technologie ist neu, aber sie überspringt die größte Einschränkung beim Hinzufügen eines optischen Zooms zu einem Smartphone.

Digitaler versus optischer Zoom

Wenn Sie jetzt denken, dass Ihr iPhone bereits einen 10-fachen Zoom hat, liegen Sie richtig, aber auch sehr falsch. Es gibt einen Grund, warum wir uns hauptsächlich auf die Brennweite beziehen und nicht auf Zoom-Multiplikatoren.

Dies liegt daran, dass es einen wichtigen Unterschied zwischen optischem und digitalem (oder verbessertem, superauflösendem, räumlichem oder KI-unterstütztem) Zoom gibt. Beim optischen Zoom ergibt sich die Vergrößerung aus den optischen Eigenschaften eines Objektivs mit längerer Brennweite. Entfernte Objekte erscheinen wirklich näher, wie durch ein Teleskop gesehen, ohne Verlust an Bildqualität.

Beispiel für ein schlechtes Zoombild eines Hundes auf einem iPhone.
Dieser 10-fache Zoom auf einem iPhone ist nur ein kleiner Ausschnitt des 2-fachen Zooms.

Digitalzoom ist in seinen vielen Erscheinungsformen nur eine ausgefallene Art zu sagen, dass ein Foto so zugeschnitten wird, dass es wie ein gezoomtes Bild aussieht. Zugegeben, der digitale Zoom hat einen langen Weg zurückgelegt. Mit High-Megapixel-Sensoren, „Binning“ (mehrere Pixel werden als einzelnes großes Pixel behandelt) und besseren Upscaling-Algorithmen erzielen Hersteller bessere Ergebnisse.

Trotzdem ist es wirklich dasselbe, als würde man einfach ein Foto aufnehmen und es später zuschneiden. Sie erhalten keine echte Vergrößerung und es wird immer ein Verlust an Bildqualität geben, wenn Sie weiter hineinzoomen.

Natürlich kann man mit dieser Wahrheit keine Marketingkampagne aufbauen.

Periskoplinsen sind verfügbar

Apple wird nicht der erste sein, der sich der Periskop-Party anschließt. Chinesische Hersteller (insbesondere Oppo und Huawei) spielen seit mehreren Jahren damit. Das Huawei P40 Pro+ mit fünf Kameras verfügt über ein 10-fach Periskop-Teleobjektiv, das einem 240-mm-Objektiv einer Vollformatkamera entspricht.

Weitwinkelaufnahme eines Flusses in einer Schlucht.
Die Weitwinkelkamera im Huawei P40 Pro. Huawei

Das weiter verbreitete Samsung Galaxy S20 Ultra verfügt über ein 5-fach-Tele-Periskopobjektiv, das in etwa einem 100-mm-Objektiv entspricht. Das überzogene Marketing von Samsung tut jedoch sein Bestes, um diese Informationen mit einigen zu verschleiern wirklich lächerliche Multiplikatoren.

Zoom-Aufnahme eines Mannes an einem Seil, der die Felsen neben einem rauschenden Fluss erklimmt.
Das Periskop mit 5x optischem Zoom. Überprüfen Sie die Bildqualität! Huawei

Wie so viele andere Telefonfunktionen wird es, auch wenn Apple nicht der Erste war, bei der Markteinführung für Furore sorgen. Ich denke, wir können mit Sicherheit davon ausgehen, dass dies zwischen jetzt und wann immer das eventuelle iPhone-mit-Periskop-Objektiv auf den Markt kommt, eine viel gefragtere Funktion werden wird.



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