Làm thế nào để các nhà sản xuất đạt được mức thu phóng cao (83x) trên máy ảnh lai?

Rõ ràng là zoom lai lớn nhất trên thị trường (Nikon Coolpix P900 tôi nghĩ) không có chiều dài thực tế từ 24 mm đến 2 mét, nhưng các nhà sản xuất sử dụng hệ thống quang học nào để đưa zoom quang học lên mức cao (83x) như vậy?

Những máy ảnh lai zoom cao này tương đối rẻ so với các ống kính siêu tele thông thường của DSLR, vì vậy có vẻ như chúng không sử dụng cùng các thành phần quang học đắt tiền. Họ quản lý để đóng gói 83x trong khoảng 20 cm hoặc hơn, trong khi các ống kính DSLR 600mm tốt nhất dài hơn khoảng hai lần cho khoảng 12x, vì vậy tôi tự hỏi làm thế nào họ làm điều đó, mất bao nhiêu ánh sáng trong quá trình, v.v.

Một chủ đề khác về tạo tác P900 khiến tôi tự hỏi liệu những gì họ tuyên bố là zoom "quang" 83x có bao gồm một số xử lý điện tử.

Tôi nghĩ rằng việc sử dụng thuật ngữ 83X trong khi đúng, là sai lầm nhất. Coolpix thực hiện một công việc đáng chú ý khi có phạm vi quang học là 83X. Điều này thực sự được gọi là phạm vi zoom. Toán học là: Công suất của ống kính của máy ảnh có thể điều chỉnh từ góc rộng 4,3mm đến ống kính tele 357mm đó là 357 ÷ 4.3 = 83. Nói cách khác, độ thu phóng là 83X. Để hoàn thành ống kính được chế tạo bằng 16 thấu kính riêng lẻ . Một số được dán lại với nhau, một số là không gian. Có 12 nhóm thấu kính cách nhau không khí. Khi bạn phóng to, khoảng cách không gian-không gian thay đổi và hành động này làm cho sức mạnh của ống kính thay đổi. Khoảng cách của zoom là từ góc rộng ở 4.3mm đến tele ở mức 357mm.

Khi các nhiếp ảnh gia thảo luận về ống kính của họ, thực tế là phạm vi zoom bao phủ 4.3mm đến 357mm là điều ít được hiểu. Điều này là do một máy ảnh phim lớn hơn nhiều được sử dụng làm thước đo xác định hiệu suất của ống kính. Đây là máy ảnh phim 35mm đã đồng hành cùng chúng tôi gần 100 năm. Vì sự phổ biến của nó, chúng tôi nói về ống kính máy ảnh trong điều khoản chỉ thực sự áp dụng cho các loại máy ảnh đáng kính này. Tuy nhiên chúng ta có thể so sánh

Nó diễn ra như sau: Nikon Coolpix P900 là một máy ảnh siêu thu nhỏ, do đó, nó tạo ra những hình ảnh thu nhỏ chỉ bằng khoảng 18% kích thước của máy ảnh 35mm quý giá. 35mm thực sự lớn hơn 5,6 lần. Vì vậy, chúng tôi nhân 4.3 X 5.6 = 24 và 357 X 5.6 = 2000. Bây giờ chúng ta có thể nói Coolplix này hoạt động như thể phạm vi zoom là 24mm - 2000mm. Bây giờ 50mm được coi là bình thường. Một ống kính ngắn hơn được gọi là góc rộng góc độ. Một ống kính dài hơn được gọi là tele. Do 50mm là một loại bình thường, ở chế độ zoom hoàn toàn tương đương 2000mm, các đối tượng sẽ xuất hiện lớn hơn 2000 ÷ 50 = 40X. Nói cách khác, một con chim trên cây cách đó 1000 feet sẽ hình ảnh như thể nó chỉ cách 25 feet.

Làm thế nào để họ có được đến 83x?

Kích thước cảm biến (1 / 2.3 "), chiều dài vật lý, mất khẩu độ (f / 2.8-8).

Điện thoại Samsung S9 + sử dụng cảm biến 1 / 2.55 ", Nikon P900 và P1000 sử dụng cảm biến 1 / 2.3".

Rõ ràng là zoom lai lớn nhất trên thị trường (Nikon Coolpix P900 tôi nghĩ) không có chiều dài thực tế từ 24 mm đến 2 mét, nhưng các nhà sản xuất sử dụng hệ thống quang học nào để đưa zoom quang học lên mức cao (83x) như vậy?

Tiêu cự ống kính:

P900 : 4.3-357mm (góc ngắm tương đương với ống kính 24-2000mm ở định dạng 35mm) Bộ lọc 67mm

Lens f / -Số: f / 2.8-6.5, Cấu trúc ống kính: 16 thành phần trong 12 nhóm, Zoom ống kính: 83x

P1000 : 4.3-539mm (góc ngắm tương đương với ống kính 24-3000mm ở định dạng 35mm) Bộ lọc 77mm

Lens f / -Số: f / 2.8-8, Cấu trúc ống kính: 17 thành phần trong 12 nhóm, Zoom ống kính: 125x

Chiều dài, với thân máy, không bị che khuất : 7,2 in. (181,3 mm). Thu phóng hoàn toàn gấp đôi mà.

Những máy ảnh lai zoom cao này tương đối rẻ so với các ống kính siêu tele thông thường của DSLR, vì vậy có vẻ như chúng không sử dụng cùng các thành phần quang học đắt tiền. Họ quản lý để đóng gói 83x trong khoảng 20 cm hoặc hơn, trong khi các ống kính DSLR 600mm tốt nhất dài hơn khoảng hai lần cho khoảng 12x, vì vậy tôi tự hỏi làm thế nào họ làm điều đó, mất bao nhiêu ánh sáng trong quá trình, v.v.

Máy ảnh Nikon AF-S 200-500mm f / 5.6E ED VR, bộ lọc 95mm. Xấp xỉ Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 4.2 in. X 10.5 in . Ống kính này không tăng gấp đôi chiều dài khi thu phóng cũng không phải là thu phóng tối hay dài; ngoài ra, nó có giá 1300 đô la Mỹ, nhiều hơn một P1000 U 1000 đô la, hoặc gấp đôi giá của P900 U $ 600.

Lens f / -Số: f / 5.6, Cấu trúc ống kính: 19 thành phần trong 12 nhóm, Zoom ống kính: 200/35 = 5.71 và 500/35 = 14,29 nếu bạn muốn so sánh theo cách đó.

Sigma 300-800mm F5.6 HSM APO CONV EX DG D, bộ lọc phía sau 46mm, xấp xỉ. Kích thước (Đường kính x Chiều dài): 6,2 x 21,3 in . Xây dựng ống kính: 18 yếu tố trong 16 nhóm. Zoom ống kính: 300/35 = 8,57 và 800/35 = 22,86 nếu bạn muốn so sánh nó theo cách đó. Giá 8000 USD (có sẵn tháng 8 năm 2018).

So sánh các ống kính tiêu dùng với một ống kính chuyên nghiệp, Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8.4BESM 8.4-900mm và với bộ mở rộng 2x tích hợp 16.8-1800mm, đó là 214x . Trong trò chơi bóng đá, một camera cách xa 1000 feet sẽ xuất hiện cách đó chưa đến 5 feet. Kích thước bộ lọc: trên 250mm (10 inch), lớp phủ HT-EBC và ổn định. Nó có khẩu độ af / 1.7 ở mức 8.4-340mm, giảm xuống còn 4.5 ở 900mm, với độ phân giải gấp 2 lần xuống còn f3.4-f9.

Chiều cao x Rộng x Dài: 258x264x610mm. Điều này không thay đổi độ dài khi nó phóng to và có các tùy chọn đặt trước, tiêu cự và thu phóng khác nhau. Được thiết kế cho kích thước cảm biến 9,6 x 5,4mm (2/3 "), nó có hệ số crop khoảng 4x so với khung hình đầy đủ. Chỉ có sẵn với 198.750 đô la Mỹ, cộng với vận chuyển.

... có bao nhiêu ánh sáng bị mất trong quá trình, v.v.

Bạn mất gần một nửa chất lượng hình ảnh nhẹ và đáng kể của bạn, và rất nhiều chiều dài và trọng lượng, bằng cách chọn một máy ảnh cầu trên máy ảnh DSLR; cùng với rất nhiều cân nhắc khác

Một chủ đề khác về tạo tác P900 khiến tôi tự hỏi liệu những gì họ tuyên bố là zoom "quang" 83x có bao gồm một số xử lý điện tử.

Khi họ nói quang học là những gì họ muốn nói, P900 và P1000 có zoom kỹ thuật số 4x.

Hãy bắt đầu với ý tưởng cơ bản về thu phóng khá đơn giản. Ví dụ, chúng ta có thể bắt đầu với ba yếu tố. Các yếu tố phía sau và phóng đại, và giữa là một yếu tố giảm. Các yếu tố phóng đại mang các tia sáng lại với nhau. Các yếu tố giảm lan truyền chúng ra ngoài.

Vì vậy, nếu chúng ta di chuyển phần tử ở giữa sang phía sau bằng phần tử phía sau, ánh sáng sẽ đi qua phần tử phía trước, vì vậy các tia sáng bắt đầu kết hợp với nhau. Việc tiếp tục kết hợp với nhau theo nhiều cách, cho đến khi chúng đến phần tử khử, khiến chúng tách rời nhau - nhưng vì nó đúng bởi phần tử phía sau, chúng không lan truyền nhiều trước khi chúng đến phần tử phía sau, và bắt đầu đến lại trở về với nhau Vì vậy, phần tử phía sau về cơ bản lấy hầu hết mọi thứ đi qua phần tử phía trước và tập trung vào cảm biến, cho góc nhìn khá rộng.

Mặt khác, nếu chúng ta di chuyển phần tử trung gian đó ngay lên bởi phần tử phía trước, ánh sáng đi qua phần tử phía trước, kết hợp với nhau một chút, sau đó đi qua phần tử khử để nó ngay lập tức lan ra phía sau. Nó trải ra khá nhiều trước khi quay trở lại yếu tố phía sau. Vì vậy, chỉ một chút trung tâm của hình ảnh đi qua phần tử phía trước chạm vào phần tử phía sau và chỉ phần nhỏ của hình ảnh được tập trung vào cảm biến, vì vậy chúng ta có được cái nhìn hẹp hơn nhiều. Với thiết kế đó, tỷ lệ thu phóng bị giới hạn bởi khoảng cách giữa các yếu tố phía trước và phía sau - để có thể thu phóng tới 83 lần, chúng ta cần một ống kính cực kỳ dài.

Để có được tỷ lệ thu phóng cao hơn, về cơ bản, chúng tôi sao chép ý tưởng cơ bản đó nhiều lần. Ví dụ: chúng ta hãy nghĩ rằng mỗi ba yếu tố được thay thế bằng một bộ ba yếu tố, vì vậy chúng ta không chỉ di chuyển nhóm giữa từ trước ra sau mà còn thay đổi mức độ phóng đại hoặc giảm mỗi yếu tố chúng cung cấp.

Giả sử rằng bản gốc đã cho tỷ lệ thu phóng 3: 1. Với mỗi phần tử được thay thế bằng một nhóm gồm ba phần tử tự cho tỷ lệ 3: 1, tỷ lệ tổng thể của chúng tôi về mặt lý thuyết sẽ là một cái gì đó như 3x3x3 = 27x. Thêm một nhóm tương tự thứ tư và chúng tôi ở khoảng 80x (hoặc hơn).

Để có đủ chất lượng cho ngay cả một máy ảnh cấp thấp, bạn cần phải làm một chút công bằng hơn thế. Ngay cả một ống kính khá rẻ cũng sẽ sử dụng các loại kính khác nhau trong các yếu tố khác nhau để giúp giảm quang sai màu, có thể là một số yếu tố phi cầu để kiểm soát quang sai hình cầu, v.v.

Tuy nhiên, ý tưởng cơ bản của tất cả các zoom đều xuất phát từ tình huống khá đơn giản đó là có (ít nhất) một yếu tố phóng đại và một yếu tố giảm và di chuyển chúng so với nhau. Đạt được tỷ lệ thu phóng cao chủ yếu có nghĩa là sao chép ý tưởng cơ bản đó một số lần và làm đủ nhiều hơn để giữ quang sai, biến dạng, v.v., ít nhất là trong tầm kiểm soát.

Có nhiều hơn một câu hỏi trong truy vấn của bạn. Tập trung vào cái đầu tiên:

Rõ ràng ... [the] Nikon Coolpix P900 ... không có chiều dài thực tế từ 24 mm đến 2 mét, nhưng các nhà sản xuất sử dụng loại hệ thống quang học nào để mang zoom quang đến mức cao (83x) như vậy?

Đầu tiên, đừng nhầm lẫn độ dài tiêu cự tương đương 35mm (24mm, 2000mm) với độ dài tiêu cự thực tế của ống kính P900, dao động trong khoảng 4.3mm. Để biết thêm về điều này, hãy xem câu hỏi liên quan, Yếu tố cây trồng là gì và nó liên quan đến độ dài tiêu cự như thế nào?

Tuy nhiên, bạn đã đúng, rõ ràng chiều dài vật lý của ống kính của P900 không quá ngắn là 4,3mm, cũng không dài bằng 357mm. Vậy chúng ta cần giải quyết câu hỏi cơ bản, tiêu cự là gì?

• Tiêu cự là gì và nó ảnh hưởng đến ảnh của tôi như thế nào?
• Sự khác biệt kỹ thuật giữa lấy nét và phóng to là gì?

Nếu bạn có thể thay thế tiêu cự góc rộng của P900 bằng kính thấu kính đối xứng đơn (như kính lúp) có cùng độ phóng đại như đầu rộng của P900, thì các tia sáng song song chiếu vào thấu kính một phần tử đó sẽ hội tụ tại một điểm 4.3mm , gần một phần sáu inch, ngoài ống kính. Đó là ý nghĩa của tiêu cự .

Ống kính thực sự của P900 không phải là ngắn. Tất cả các ống kính trong thế giới thực có nhiều thành phần quang học trong đó. Các yếu tố này phối hợp với nhau để uốn cong và "không uốn" (phân kỳ) các tia sáng nhiều lần. Điểm của nhiều yếu tố này (và các nhóm yếu tố) là:

• để cho phép ống kính lấy nét, thay vì di chuyển toàn bộ cụm ống kính vào hoặc ra để lấy nét (các yếu tố này bao gồm (các) nhóm lấy nét);
• để cho phép ống kính thu phóng - tức là thay đổi độ dài tiêu cự;
• để kiểm soát quang sai như quang sai màu (đó là hệ quả tự nhiên của sự uốn cong ánh sáng qua các vật liệu có tính chất khúc xạ khác nhau).

Vì vậy, các nhà thiết kế ống kính thêm rất nhiều yếu tố để làm cho ống kính trở nên hữu ích hơn so với phạm vi điều kiện hoạt động hẹp. Điều đó thêm chiều dài cho cụm ống kính, nhưng trong trường hợp ống kính góc rộng, nó tương đương "tương đương" (sử dụng từ đó một cách lỏng lẻo) với ống kính một thành phần đơn giản với độ dài tiêu cự ngắn hơn chiều dài vật lý của ống kính trong thế giới thực.

Tương tự, ở đầu kia của phạm vi zoom của P900, ở tiêu cự 357mm, ống kính có chiều dài vật lý nhỏ hơn 357mm. Đó là bởi vì ống kính có nhóm tele , một nhóm các yếu tố cho phép ống kính ngắn hơn về mặt vật lý so với ống kính mỏng Tiêu cự tương đương của nó sẽ ra lệnh. Xem thêm, sự khác biệt giữa ống kính tele và ống kính zoom là gì?

Bây giờ, theo cách họ đặc biệt có được các phạm vi thu phóng cao tới 83x (hoặc thậm chí nhiều hơn, chẳng hạn như zoom 125x trong P1000 được công bố gần đây của Nikon ), cũng ... khoa học. Ma thuật. Một chút của cả hai?

Những máy ảnh lai zoom cao này tương đối rẻ so với các ống kính siêu tele thông thường của DSLR, vì vậy có vẻ như chúng không sử dụng cùng các thành phần quang học đắt tiền. Họ quản lý để đóng gói 83x trong khoảng 20 cm hoặc hơn, trong khi các ống kính DSLR 600mm tốt nhất dài hơn khoảng hai lần cho khoảng 12x, vì vậy tôi tự hỏi làm thế nào họ làm điều đó, mất bao nhiêu ánh sáng trong quá trình, v.v.

Về việc so sánh lượng zoom với chiều dài ống kính, hãy nhớ so sánh like so với like. Trong trường hợp này, pháp luật Square-cube (Wikipedia) đến chơi: như một đối tượng được thu nhỏ kích thước bằng một yếu tố S , diện tích bề mặt của nó được thu nhỏ lại bởi S ², và khối lượng của nó được thu nhỏ lại bởi S ³.

P900 có hệ số crop là 5,6, nghĩa là hệ số tỷ lệ tuyến tính giữa các máy ảnh như P900 với cảm biến 1 / 2.3 "và máy ảnh full frame 35mm là S = 5.6 (từ P900 đến 35mm FF). Vì vậy, để tạo ra" tương đương " các hệ thống quang học (liên quan đến hình học của quang học), ống kính 83x loại P900 được thu nhỏ, nhưng được chế tạo cho thân máy FF 35mm, sẽ:

• có đường kính lớn hơn khoảng 5,6 lần và

• nặng khoảng 5,6³ = 175 lần trọng lượng của ống kính P900! ¹

  Lưu ý 1: Ống kính có thể sẽ không nặng đến mức đó; một tỷ lệ S đơn giản ngụ ý tất cả các thành phần, bao gồm cả động cơ lấy nét, ống thấu kính, vòng xoắn và điều khiển lấy nét, v.v., chia tỷ lệ độ dày thành của chúng 5,6 lần. Điều đó là không cần thiết, sẽ có rất nhiều trọng lượng để cạo râu. Nhưng, từ một quan điểm quang học (mà không thay đổi công thức quang học), trọng lượng của kính sẽ mở rộng bởi S ³.

Và lưu ý rằng ngay cả chiều dài của ống kính ~ 20 cm cũng tăng lên khoảng 112cm - dài hơn một mét.

Tôi thậm chí không muốn biết chi phí sẽ tăng như thế nào, nhưng 175x chi phí 1000 đô la của P1000 mới thực sự sẽ không hoàn toàn phù hợp với một con quái vật quái dị lố bịch như vậy nếu nó dành cho thân hình đầy đủ 35mm.

• Các Sigma 200-500mm ƒ / 2.8 APO EX DG Ultra-Telephoto là $ 26.000. Đối với zoom 2,5x. Nghiêm túc. (Mặc dù các đánh giá trên Amazon được coi là không nghiêm trọng )
• Ống kính Canon EF 1200mm / 5.6 L USM là ống kính tele cố định được niêm yết với giá 100 nghìn đô la. B & H Photo Video đã bán một chiếc đã qua sử dụng vào năm 2015 với giá 180.000 đô la , vì vậy có điều đó.
• Canon CINE-SERVO 50-1000mm T5.0-8.9 EF là ống kính rạp chiếu phim zoom 20x cho ngàm Canon EF, chỉ với 70 nghìn đô la. Nó cũng có một bộ mở rộng 1,5x có thể lựa chọn tích hợp (teleconverter). Có thể không công bằng khi bao gồm các ống kính rạp chiếu phim được xây dựng có mục đích trong bối cảnh chụp ảnh, nhưng đó là ngàm EF, vì vậy nó rất tốt cho chụp ảnh DSLR, phải không?

Sau đó, đã có một vài loại ống kính độc đáo khác nhau có giá thiên văn, nhưng chúng ta đừng nực cười (!).

Vì vậy, có những lợi ích chi phí phi tuyến rõ ràng để giảm quy mô. Nhưng vì P900 và P1000 không nhắm vào thị trường chuyên nghiệp hoặc chuyên nghiệp cao cấp, họ có thể đưa ra các quyết định tiết kiệm chi phí hơn nữa, như:

• sử dụng kính quang học chất lượng thấp hơn trong một số thành phần thấu kính;
• giảm số lượng lớp phủ quang học (như độ phân tán thấp và chống phản xạ);
• loại bỏ niêm phong thời tiết;
• cung cấp bảo hành ít hơn;
• và tất cả các nghi phạm thông thường khác khi các công ty tham gia vào phân khúc thị trường.