Почему суперзум-объективы маленькие, а гигантские телеобъективы огромны?

16

На этой неделе я прочитал две новости о двух разных объективах фотоаппаратов, которые могут усиливать очень далекие вещи.

Первая - это Nikon Coolpix P900 , которая представляет собой камеру типа «наведи и снимай» стоимостью 600 долларов США, оснащена объективом с 83-кратным оптическим увеличением («то же поле обзора, что и у объектива 2000 мм на полнокадровой камере») и позволяет Вы видите кратеры луны.

Второй - объектив Canon EV 1200 мм f / 5,6 л USM , который весит 36 фунтов, стоит 180 000 долларов и может снимать портреты людей за полмили.

Не фотограф может спросить: «Зачем кому-то тратить свои сбережения на гигантский телескоп объектива, когда вы можете делать снимки на расстоянии с помощью ручной камеры за 1/300 цены?»

Ну, я в основном не фотограф, и я хотел бы задать этот вопрос. Что дает большой, чего не дает маленький? Я понимаю, что небольшие изменения в объективах могут иметь большое значение в размере и цене, но, похоже, это совершенно другой масштаб.

Что происходит с оптикой линз, которая позволяет маленькому быть таким маленьким, а большой - таким ... большим?

Я пытаюсь понять основы того, что отличает линзы, и я понимаю, что недостаточно разбираюсь в том, как работают линзы, чтобы даже знать, как сравнивать эти яблоки и арбузы.

Джеффри
источник
1
Когда он был в производстве, объектив Canon 1200мм продавался по цене около 90 тысяч долларов. Теперь, когда Canon больше не предлагает ее, половина текущей цены (на рынке подержанных товаров!) Обусловлена ​​редкостью этого объектива. Только около 20 были известны когда-либо были сделаны.
Майкл C
Обратите внимание, что почти каждый объектив может фокусироваться на вещах, находящихся далеко, то есть каждый объектив может фокусироваться на бесконечности. Правильный термин для того, что вы пытаетесь сказать, это то, что увеличение (а не увеличение) этих объективов огромно, потому что они делают что-то маленькое на расстоянии, кажущееся большим на изображении. Фокус с другой стороны означает, что эти вещи очень далеко кажутся резкими, но все же не большими. Каждый объектив может сделать их резкими (фокус), но не каждый объектив может сделать их большими (увеличение).
ноль
Это отлично; спасибо за понимание. Я буду редактировать пост как таковой!
Джеффри

Ответы:

13

Объектив 1200 мм, который вы цитируете, является чем-то вроде аберрации, поскольку он построен по заказу, а не объектив для общего рынка - см. Почему некоторые большие телеобъективы так дороги по сравнению с телескопами? и почему некоторые линзы такие дорогие? , Но общее правило остается в силе: объективы для зеркальных и большинства беззеркальных камер гигантские по сравнению с объективами в суперзум-камерах. Для этого есть три основные причины:

  1. Сенсор в этих суперзум-камерах имеет тенденцию быть небольшим - обычно 1 / 2,3 "класса, что означает« размер миниатюры ». Напротив, датчики на высококачественных зеркальных фотокамерах обычно имеют размер традиционной 35-мм пленки, а датчики - на среднем диапазоне и более низкие зеркалки и беззеркальные камеры по-прежнему находятся в основном на этом этапе, и во много раз больше, чем у суперзума. Это означает, что объектив должен проецировать гораздо меньший круг и, в свою очередь, может быть меньше.
  2. Не всегда, но часто эти большие, тяжелые объективы имеют максимальные максимальные значения диафрагмы. Это требует большего переднего элемента (по крайней мере!) - что означает больше стекла, больше расходов, больше веса. Можно было бы сконструировать камеру с увеличенным зумом с более быстрым объективом (с более широкой максимальной апертурой), но это сделало бы объектив больше (и, возможно, его было бы сложнее сделать с таким гигантским диапазоном увеличения). Это пошло бы вразрез с целью проектирования, и поэтому вы обычно этого не видите. Другими словами, это своего рода тавтология: у суперзум-камер маленькие объективы с большим диапазоном зума, потому что они есть .
  3. Опять же, не всегда, но также часто: от зеркальных линз ожидается больше, поэтому они рассчитаны на более высокие ожидания. Вся конструкция объектива является компромиссной по размеру, весу, стоимости или качеству изображения во многих различных вариациях - см. Какие характеристики качества изображения делают объектив хорошим или плохим? , Большинство суперразумов придают этому приоритетное значение и либо позволяют людям жить с результатами (при условии, что на этом рынке будет меньше требовательных покупателей), либо автоматически применяют обширную коррекцию программного обеспечения.

Этот удивительный диапазон масштабирования довольно крутой, а максимальный эквивалент фокусного расстояния кажется потрясающим. Но вы платите цену. Меньший датчик по сути собирает меньше света в целом только потому, что его меньше. Это означает больше шума, и на этом нет никакого способа обмануть физику. На самом деле, вы могли бы просто обрезать центр из DSLR-изображения с помощью одного из этих больших объективов и, возможно, получить примерно эквивалентный результат, даже если разрешение было бы номинально ниже (если только у вас не очень высокая зеркальная камера). Это потому, что с практической точки зрения зум практически неотличим от кадрирования .

В качестве примера, вот кадрирование из изображения, которое Кила Дюамель взяла со своего заднего двора и разместила на Flickr под лицензией CC-BY, используя масштабирование на уровне потребителя для DSLR на уровне потребителя. Даже при этом кадре это не заполняет кадр, но я думаю, что фактические детали примерно сопоставимы с тем в видео, которое вы связали.

«Луна с моего заднего двора (13 апреля 2014 года)» Кайлы Дюамель

Это с объективом, который многие из нас также называют «суперзумом» (терминология иногда очень запутанная!), Canon 18-200mm f / 3.5-5.6. Вес этого объектива составляет около 1,3 фунта, а длина - 4 дюйма. Профессиональная модель Canon 70-200 мм f / 2,8 (обратите внимание на уменьшенный диапазон зума, несмотря на то, что оба объектива имеют длину 200 мм!) Весит более чем в два раза больше - 2,9 фунта и почти вдвое больше. до тех пор, пока, возможно, в деталях будет лучше, но на самом деле Луна не является основным отличием между этими моделями. Вместо этого это увеличило резкость и уменьшило искажения и другие артефакты, более быструю максимальную апертуру, более твердое телосложение и так далее.

У вас все еще есть больше размера, веса и стоимости, хотя. В обмен на это вы обычно получаете лучшее качество изображения за пределами этой ситуации "изо всех сил" (и на самом деле не намного хуже в этом случае).

mattdm
источник
Это круто! Спасибо за подробный ответ и ссылки. Можете ли вы рассказать больше (или ссылку) на пункт № 2? Физические отношения между стеклом и максимальной скоростью диафрагмы меня восхищают, и я бы хотел понять это лучше.
Джеффри
@Джеффри больше из результата 2.) " EF 1200 L был доступен по специальному заказу со временем выполнения заказа около 18 месяцев. Почему такое длительное время выполнения заказа? По одной причине, для выращивания достаточно больших кристаллов флюорита требуется почти год. должен быть отшлифован и отполирован для использования в этом объективе. Кроме того, объектив «практически ручной работы». ( см. ) Время изготовления несомненно увеличивает стоимость.
ноль
Я не согласен с тем, что «меньший датчик потребляет меньше света». Получение достаточного количества света на маленьком датчике фактически легче; шум исходит от небольших электронных схем.
Питер - Восстановить Монику
1
@ Питер Если вы принимаете решение или нет, это так! Для одинаковой экспозиции - одинаковых диафрагмы и скорости затвора (например, f / 2,8 и ¹⁄₁₀₀th) каждый датчик собирает одинаковое количество света на область . Но датчик класса «superzoom» примерно в 14 раз меньше, чем в потребительской DSLR APS-C. Это означает, что если вы берете оба изображения и печатаете с одинаковым размером (или отображаете на мониторе), изображение из суперзума должно быть значительно расширено. Для той же экспозиции и того же результата, суперзум изображение буквально генерируется из-за света.
Mattdm
Теперь можно компенсировать это, используя более длинную выдержку или более яркую апертуру, и уменьшая чувствительность среды, чтобы поддерживать постоянную конечную яркость - если DSLR использует ISO 100, используйте ISO 6 или 7. Тогда свет будет то же самое.
Mattdm
4

Объектив Canon имеет фокусное расстояние 1200 мм и максимальную диафрагму f / 5,6, в то время как объектив Nikon имеет фокусное расстояние (на длинном конце) 357 мм и максимальную диафрагму f / 6,5. Таким образом, объектив Canon длиннее и имеет более быструю диафрагму, что требует большего переднего элемента, 214 мм против 55 мм. Это существенная разница и делает Canon больше, тяжелее и дороже.

Nikon может видеть дальше из-за наличия меньшего сенсора, это на самом деле эквивалентно фотографированию, обрезанию крошечной части на расстоянии обычного изображения и ее взрыву. В результате вы получаете меньше деталей. Соответственно, объектив Nikon проецирует намного меньший круг изображения и захватывает меньше света, фактически в 15 раз меньше, что означает изображение с большим шумом.

Таким образом, хотя объектив Canon более дорогой, он дает более яркое и четкое изображение.

Мэтт Грум
источник
Обратите внимание, что вы можете сделать снимок с помощью камеры FF и объектива 360 мм и обрезать его в 6,22 раза по размеру датчика CoolPix, и изображения будут иметь то же поле зрения.
Майкл C
1

Объектив и датчик связаны по размеру. Гигантский телеобъектив работает против сенсора, длина которого в 6 раз больше, а ширина в 6 раз больше, чем у сенсора мини-камеры Superzoom.

В результате получается линза, в которой каждый элемент в 6 раз больше диаметра и в 6 раз больше толщины. Расстояния между элементами также увеличиваются в 6 раз. И результат: 6 * 6 * 6 = 216 раз тяжелее! Объектив с удлинением на 8 см будет иметь длину 48 см (3 против 18 дюймов).

Кроме того, владелец большого объектива также хочет, чтобы он работал лучше, чем этот мини-зум, поэтому он более точный и, возможно, имеет больше компонентов даже большего диаметра.

И идти вперед цена и размер ...

Томас
источник
Это очень важный аргумент (объем и, следовательно, вес масштабируются с кубом линейного размера, при прочих равных условиях). Похоже, что оценка «вне манжеты» выглядит примерно так: предположив, что для маленькой линзы 100 г, мы получим 216 * 100 = 21 600 грамм или ~ 21 кг.
Питер - Восстановить Монику
1

Почему вы покупаете хороший объектив? Потому что это делает хорошие снимки. При прочих равных условиях качество изображения и диафрагму с фиксированной фокусной длиной невозможно получить с помощью зум-объектива той же цены.

Зум имеет по принципиальным причинам больше внутренних линз, которые вносят большую погрешность и больше отражения, и должны маскировать эти ошибки с меньшей апертурой.

Почему желательна большая апертура? Это дает вам свободу играть с глубиной резкости, размытым фоном; и это, очевидно, позволяет сделать лучшую фотографию при слабом освещении. 1 Большая диафрагма также является показателем качества объектива (если предположить, что производитель имеет одинаковый минимальный стандарт качества изображения для каждого объектива с максимальной диафрагмой). Объектив с большой апертурой должен обеспечивать лучшее качество изображения при апертуре более дешевого объектива с меньшей апертурой и одинаковым фокусным расстоянием.

В качестве иллюстрации важности качества и глубины резкости: однажды я сделал этот снимок на Nikon 135 мм / f2 (хотя я не помню фактическую настройку диафрагмы):

Острый передний план и размытый фон

Сравнение с Coolpix немного несправедливо, потому что изображение было сделано на 35-мм пленке, что облегчает получение небольшой глубины резкости; в любом случае я предполагаю, что это изображение будет невозможно сделать с этим 83-кратным супер-зумом. Кадр, да; но фон будет гораздо менее размытым.

Основными недостатками линз с большой апертурой является их размер, вес и стоимость. Нередко люди покупают чрезвычайно дорогое оборудование, а потом никогда его не берут, потому что оно громоздко, а также может быть украдено или повреждено, поэтому они всегда заканчивают тем, что используют свое дешевое, маленькое повседневное оборудование.


1 Благодаря высокой способности ASA современных датчиков и стабилизации изображения электронных камер небольшая апертура уже не является таким серьезным препятствием, как это было с аналоговым оборудованием. Ниже определенного уровня освещенности вы просто не сможете делать ручные снимки на пленку с небольшими отверстиями. С современными камерами вы можете; они просто шумные.

Питер - Восстановить Монику
источник
На самом деле, суперзум на P900 имеет очень узкую глубину резкости. Это было взято с расстояния около 50 ярдов, и объекты, находящиеся менее чем в футе от объекта, не сфокусированы: i.stack.imgur.com/d4kfj.jpg (сфокусировать выстрел на самом деле было настоящим испытанием.) на расстоянии около 10 ярдов фон (затененный склон холма на 20 ярдах) полностью исчезает: i.stack.imgur.com/6PSox.jpg
Джим Демерс
@JimDemers Интересно. Но фокусное расстояние там должно быть огромным, возможно, максимальное; это приводит к гораздо меньшей глубине резкости. Как это выглядит на эквивалентном фокусном расстоянии 135 мм?
Питер - Восстановить Монику