Zoom optyczny – co to jest? | Poradnik Media Expert

Poradniki Eksperta

Najprostsza odpowiedź, na pytanie co to jest zoom optyczny, jest taka: aby uzyskać zbliżenie obiektu bez fizycznego przybliżania się, fotografowie używają zoomu optycznego. Jak działa taki obiektyw? Najważniejsza jest zasada, że obiektyw wyposażony w zoom optyczny utrzymuje stałe położenie płaszczyzny ostrości, niezależnie od ustawionej długości ogniskowej. Zmieniając ogniskową, fotograf może sprawić, że obiekty będą wydawały się większe i zmieszczą się w pełnej ramce zdjęcia. Współczynnik zoomu optycznego aparatu cyfrowego pokazuje, jak bardzo obiektyw może faktycznie przybliżyć obiekty, aby wyglądały jakby były bliżej nas. Na przykład oznaczenie „zoom optyczny 4x” pokazuje, że najdłuższa ogniskowa danego obiektywu, jest czterokrotnie dłuższa, od najkrótszej ogniskowej tego obiektywu.

Zoom optyczny powiększa obiekt mniej więcej od 2 do 24 razy, w stosunku do rzeczywistego rozmiaru. Kompaktowe aparaty cyfrowe i większość telefonów z aparatem, są wyposażone w trzykrotny (3x) zoom optyczny. Są też takie aparaty, które mają ten współczynnik na poziomie 10x. Jak przełożyć taką informację, na zakres ogniskowych posiadanego obiektywu? Najczęściej używany obiektyw kitowy w lustrzankach, to 18-55 mm. Chcąc wyliczyć wartość współczynnika zooma, trzeba podzielić długą ogniskową przez krótką, czyli 55/18, co daje wynik 3,05. Zoom w przypadku tego obiektywu, wynosi 3x. Przypatrzmy się innemu obiektywowi – na przykładzie obiektywu zmiennoogniskowego 70-200 mm, można się przekonać, że współczynnik zooma wyniesie tu tylko 2,85x. Który z nich jest lepszy?

Aparat cyfrowy z trzykrotnym zoomem optycznym, może powiększyć obiekt trzy razy większy, niż widziany gołym okiem. Gdyby oba obiektywy porównywać jedynie wartością współczynnika zoom, można by stwierdzić, że są takie same, a przecież to dwa różne obiektywy. W przypadku aparatów cyfrowych, musimy wziąć pod uwagę wielkość matrycy aparatu. Załóżmy, że podłączymy obiektywy do aparatu z matrycą pełnoklatkową. Dla pełnowymiarowej matrycy, współczynnik krop wynosi 1, ponieważ wymiary matrycy światłoczułej są takie same, jak wymiary klatki filmu 35 mm, używanego do rejestracji obrazu w lustrzankach analogowych. Chcąc wyliczyć maksymalne przybliżenia dla tych obiektywów, należy podzielić długie ogniskowe przez 43,3 mm (przekątna klatki 24 × 36 mm). Dla obiektywów z przykładu, współczynnik zoom wyniesie odpowiednio 1,27x (dla 18-55 mm) i 4,61x (70-200 mm). Jeszcze inaczej przekładają się te wartości, w przypadku matryc o mniejszej przekątnej.

Innym, ciekawym przykładem, może być aparat z 30x lub nawet 50x zoomem optycznym. Wydawałoby się, że można takim zoomem fotografować nawet gwiazdy, uzyskując rewelacyjne zdjęcia. Tymczasem popatrzmy na obiektyw 24-720 mm, w aparacie kompaktowym. W tym przypadku, przy ogniskowej 24 mm nie będzie żadnego przybliżenia – wręcz przeciwnie – uzyskamy oddalenie obrazu, ponieważ jest ona mniejsza od przekątnej klatki analogowego filmu 43,3/24 = 1,8. Dopiero gdy podzielimy wartość najdłuższej ogniskowej 720 mm przez 43,3, to uzyskamy przybliżenie 16,6. Zdjęcia księżyca może będą dobre – do gwiazd jeszcze daleko.

Jednym z atutów aparatów cyfrowych, jest funkcja zooma cyfrowego. Dzięki technice zoomu cyfrowego, można zmniejszyć lub zawęzić pozorny kąt widzenia obrazu. Algorytm ten przybliża określoną część obrazu, jednak w rzeczywistości kawałek obrazu, jest wycinany i doprowadzany do odpowiedniego rozmiaru. Oprogramowanie oblicza nowe wartości dla przyciętych pikseli, aby uzyskać zdjęcie pełnoklatkowe. Ponieważ powiększanie zaburza oryginalny układ pikseli obrazu, który jest rejestrowany przez przetwornik obrazu aparatu, obniżona jest jakość obrazu w porównaniu z oryginałem.

Popatrzmy na przykład – co stanie się, gdy mamy aparat o rozdzielczości 2Mpix, chcemy powiększyć obraz 2x i użyjemy zooma cyfrowego. Aparat przycina połowę zdjęcia i powiększa drugą połowę, tworząc efekt powiększenia 2x. W tym procesie, obszar 1Mpix jest odrzucany, a pozostały obszar 1Mpix jest powiększany w procesie, który kopiuje każdy piksel, aby wygenerować zdjęcie wielkości całej klatki. W rzeczywistości, zarejestrowany obraz zawiera tylko 1Mpix informacji, co daje zdjęcie o jakości o połowę gorszej od oryginału.

Inną metodą użycia zooma cyfrowego, jest wycięcie fragmentu zdjęcia z pełnej klatki podczas obróbki komputerowej. Jednak ani pierwszy, ani drugi rodzaj zoomu cyfrowego, nie zwiększy ilości informacji, którą zawiera zdjęcie.

Zoom cyfrowy i zoom optyczny, to dwie bardzo różne rzeczy. Można nawet powiedzieć, że jedno jest „fałszywe”, a drugie „prawdziwe”. Zoom cyfrowy, odnosi się do całkowicie elektronicznej formy powiększania lub pomniejszania. Jedyne powiększanie, które się dzieje, odbywa się w oprogramowaniu i przetwarzaniu aparatu: obraz jest przycinany w celu powiększenia lub odcinany, aby go pomniejszyć.

Zoom optyczny odnosi się do sytuacji, w których szklane elementy obiektywu, faktycznie poruszają się w przód i w tył, aby naprawdę powiększać i pomniejszać. Zwykle oznacza to znacznie lepszą jakość obrazu, o ile sam obiektyw jest ostry.

Dzięki zoomowi optycznemu, aparat może zapewnić doskonałą jakość obrazu przy dowolnej ogniskowej, szerokokątnej lub teleobiektywu, a zoom cyfrowy zapewni najlepszą jakość obrazu, przy najszerszej ogniskowej, a „powiększanie” będzie w rzeczywistości równoznaczne z przycięciem obrazu przy najdłuższej ogniskowej. Obecnie wiele aparatów z cyfrowym zoomem, jest coraz lepszych. Dzięki bardzo zaawansowanym technologicznie algorytmom wyostrzania, użycie zoomu cyfrowego może być więcej niż wystarczające do przechwytywania obrazów, które będą udostępniane tylko na Instagramie, Facebooku lub w innych mediach społecznościowych. Niektóre aparaty, zwłaszcza telefony komórkowe z zoomem cyfrowym, mają również niezwykle wysokomegapikselowe czujniki, które obsługują filmy i zdjęcia w rozdzielczości 8K, co oznacza, że nadal można rejestrować zdjęcia i filmy 4K lub 1080p z niewielką utratą jakości.

W zwykłym aparacie z obiektywem zmiennoogniskowym, zoom optyczny działa poprzez mechaniczne przesuwanie szklanych elementów w obiektywie, w celu powiększenia obrazu. W smartfonach, z natury urządzeniach coraz cieńszych, na takie rozwiązanie nie ma miejsca. W dzisiejszych czasach, bardzo często można znaleźć dwa, trzy lub więcej aparatów/obiektywów z tyłu smartfona. Może wydawać się to zbędne, ale każda z tych kamer jest inna i służy określonemu celowi.

Zazwyczaj w konfiguracji z trzema kamerami, znajduje się aparat z teleobiektywem, obiektywem szerokokątnym i obiektywem ultraszerokokątnym. Wszystkie te obiektywy mają różne ogniskowe, w zależności od pola widzenia (znanego również jako kąt widzenia).

Kiedy przybliżymy lub oddalimy obraz na ekranie, telefon automatycznie przełączy się na aparat z obiektywem, który da żądane ujęcie. W przeciwieństwie do obiektywów zmiennoogniskowych do aparatów, zoom optyczny smartfona nie ma żadnych ruchomych szklanych elementów, więc trudno go zaklasyfikować jako taki. Działa jednak poprzez optykę wszystkich kamer.

Jednak zoom cyfrowy, podobnie jak w przypadku aparatu cyfrowego, to przycinanie obrazu do wielkości czujnika aparatu, co daje wrażenie powiększenia. Smartfony często używają cyfrowego skalowania w górę, aby uzyskać plik wyjściowy o rozmiarze odpowiadającym rozdzielczości 1x (na przykład skalowanie do 8Mpix, jeśli aparat ma czujnik 8Mpix). Jednak rzeczywisty zachowany poziom szczegółowości, odpowiada przycięciu oryginalnego obrazu 1x.

Pojawiają się też rozwiązania hybrydowe (bezstratne). Zoom hybrydowy polega na wykorzystaniu wielu zdjęć i technik przetwarzania obrazu, takich jak Super Resolution, aby uzyskać lepsze wyniki, niż przy użyciu tradycyjnego zoomu cyfrowego. W rzeczywistości, połączenie zaawansowanych technik przetwarzania obrazu z teleobiektywem, daje możliwość korzystania z zoomu hybrydowego znacznie wykraczającego poza możliwości teleobiektywu.

Jednak głównym celem posiadania aparatu z zoomem optycznym, jest eliminacja niechcianego tła na zdjęciach i uzyskanie wyraźnych ujęć obiektów, bez fizycznego zbliżania się do nich.