Warum sind Superzoom-Objektive klein, aber riesige Teleobjektive groß?

Diese Woche habe ich zwei Nachrichten über zwei verschiedene Objektive gelesen, die Dinge vergrößern können, die sehr weit weg sind.

Die erste ist die Nikon Coolpix P900 , eine Kamera für Direktaufnahmen, die 600 US-Dollar kostet. Sie verfügt über ein 83-faches optisches Superzoom-Objektiv ("dasselbe Sichtfeld wie ein 2.000-mm-Objektiv bei einer Vollformatkamera") Sie sehen die Krater des Mondes.

Das zweite ist das Canon EV 1200 mm 1: 5,6 L USM-Objektiv , das 36 Pfund wiegt, 180.000 US-Dollar kostet und Porträts von Personen in einer Entfernung von einer halben Meile aufnehmen kann.

Ein Nicht-Fotograf könnte fragen: "Warum sollte jemand seine Lebensersparnis für ein gigantisches Objektivteleskop ausgeben, wenn Sie mit einer Handkamera weit entfernte Bilder für 1/300 des Preises aufnehmen könnten?"

Nun, ich bin im Grunde genommen kein Fotograf und möchte diese Frage stellen. Was gibt dir der Große, was der Kleine nicht bietet? Ich verstehe, dass kleine Änderungen an Objektiven einen großen Unterschied in Bezug auf Größe und Preis bewirken können, aber dies scheint völlig anders zu sein.

Was ist los mit der Optik der Linsen, die den Kleinen so klein machen und den Großen so ... groß machen?

Ich versuche, eine grundlegende Vorstellung davon zu bekommen, was Linsen anders macht, und mir ist klar, dass ich nicht genug darüber verstehe, wie Linsen funktionieren, um überhaupt zu wissen, wie man diese Äpfel und Wassermelonen vergleicht.

Das 1200-mm-Objektiv, das Sie zitieren, ist eine Art Aberration, da es auf Bestellung gefertigt wird und kein marktübliches Objektiv ist. Warum sind einige große Teleobjektive im Vergleich zu Teleskopen so teuer? und warum sind manche Objektive so teuer? . Die allgemeine Regel gilt jedoch: Objektive für DSLRs und die meisten spiegellosen Kameras sind im Vergleich zu Superzoom-Kameras gigantisch. Dafür gibt es drei allgemeine Gründe:

1. Der Sensor in diesen Superzoom-Kameras ist in der Regel klein - normalerweise 1 / 2,3 "-Klasse, was" Miniaturbildgröße "bedeutet. Im Gegensatz dazu sind die Sensoren bei High-End-DSLR-Kameras normalerweise so groß wie herkömmliche 35-mm-Filme und solche im mittleren Bereich und niedrigere DSLRs und spiegellose Kameras, die sich im Grunde noch in diesem Stadion befinden und um ein Vielfaches größer sind als die des Superzooms. Dies bedeutet, dass das Objektiv einen viel kleineren Kreis projizieren muss und wiederum kleiner sein kann.
2. Nicht immer, aber oft haben diese großen, schweren Objektive eine schnellere maximale Blende. Das erfordert ein größeres Frontelement (zumindest!) - das bedeutet mehr Glas, mehr Aufwand, mehr Gewicht. Es wäre möglich, eine Superzoom-Kamera mit einem schnelleren Objektiv (mit größerer maximaler Blende) zu konstruieren, aber dies würde das Objektiv größer machen (und wahrscheinlich schwieriger mit einem solch gigantischen Zoombereich). Das würde dem gestalterischen Ziel zuwiderlaufen, und so sieht man es im Allgemeinen nicht. Mit anderen Worten, es ist eine Art Tautologie: Superzoom-Kameras haben kleine Objektive mit einem hohen Zoombereich, weil sie dies tun .
3. Wiederum nicht immer, aber auch oft: Von SLR-Objektiven wird mehr erwartet, sodass sie den höheren Erwartungen gerecht werden. Das gesamte Objektivdesign ist kompromisslos in Bezug auf Größe, Gewicht, Kosten oder Bildqualität in vielen verschiedenen Variationen - siehe Welche Bildqualitätsmerkmale machen ein Objektiv gut oder schlecht? . Bei den meisten Superzoom-Designs wird dies priorisiert, und entweder lassen Sie die Leute mit den Ergebnissen leben (vorausgesetzt, Sie kaufen weniger wählerisch auf diesem Markt) oder wenden automatisch umfangreiche Softwarekorrekturen an.

Dieser erstaunliche Zoombereich ist ziemlich cool und das Äquivalent zur maximalen Brennweite scheint erstaunlich. Aber Sie zahlen den Preis. Der kleinere Sensor sammelt von Natur aus insgesamt weniger Licht, nur weil weniger davon vorhanden ist. Das bedeutet mehr Lärm und es gibt keine Möglichkeit, die Physik in diesem Fall zu betrügen. Tatsächlich könnten Sie einfach das Zentrum eines DSLR-Bildes mit einem dieser großen Objektive zuschneiden und wahrscheinlich ein ungefähr gleichwertiges Ergebnis erzielen, obwohl die Auflösung nominell niedriger wäre (es sei denn, Sie haben eine sehr hochwertige DSLR). Aus praktischer Sicht ist der Zoom praktisch nicht vom Zuschneiden zu unterscheiden .

Beispiel: Hier ist ein Ausschnitt aus einem Bild, das Kyla Duhamel aus ihrem Garten aufgenommen und unter einer CC-BY-Lizenz mit einem Zoom auf Verbraucherebene für eine DSLR auf Verbraucherebene auf Flickr gepostet hat Frame, aber ich denke, das tatsächliche Detail ist in etwa vergleichbar mit dem in dem Video, das Sie verlinkt haben.

Das ist mit einem Objektiv, das viele von uns auch als "Superzoom" bezeichnen (die Terminologie ist manchmal furchtbar verwirrend!), Die Canon 18-200 mm 1: 3,5-5,6. Dieses Objektiv wiegt ungefähr 1,3 Pfund und ist 4 Zoll lang - das Canon 70-200 mm 1: 2,8 (beachten Sie den reduzierten Zoombereich, obwohl beide bei 200 mm enden!) Wiegt mit 2,9 Pfund mehr als doppelt so viel und ist fast doppelt so groß so lange, und kann im Detail wahrscheinlich etwas besser - aber der Mond ist nicht wirklich das primäre Unterscheidungsmerkmal zwischen diesen Modellen. Stattdessen wird die Schärfe erhöht und die Verzerrung und andere Artefakte werden verringert, die maximale Blende wird schneller, der Aufbau wird stabiler und so weiter.

Sie haben jedoch immer noch mehr Größe, Gewicht und Kosten. Im Gegenzug erhalten Sie in der Regel eine bessere Bildqualität, als in dieser Situation, in der alles durch und durch passiert ist (und in diesem Fall sogar nicht so viel schlimmer).

Das Canon-Objektiv hat eine Brennweite von 1200 mm und eine maximale Blende von 1: 5,6, während das Nikon-Objektiv eine Brennweite (am langen Ende) von 357 mm und eine maximale Blende von 1: 6,5 hat. Das Canon-Objektiv ist also länger und hat eine schnellere Blende, die ein größeres Frontelement erfordert (214 mm gegenüber 55 mm). Dies ist ein wesentlicher Unterschied und macht die Canon größer, schwerer und teurer.

Die Nikon kann weiter sehen, da sie über einen kleineren Sensor verfügt. Dies entspricht in Wirklichkeit der Aufnahme eines Fotos und dem Beschneiden eines winzigen Teils im Abstand zum regulären Bild und dessen Vergrößerung. Dadurch werden weniger Details erfasst. Dementsprechend projiziert das Nikon-Objektiv einen viel kleineren Bildkreis und fängt 15-mal weniger Licht ein, was ein Bild mit mehr Rauschen bedeutet.

Das Canon Objektiv ist zwar teurer, liefert jedoch ein helleres und schärferes Bild.

Ein Objektiv und ein Sensor sind in der Größe verwandt. Das riesige Teleobjektiv arbeitet gegen einen Sensor, der sechsmal so lang und sechsmal so breit ist wie der Sensor der Superzoom-Minikamera.

Das Ergebnis ist eine Linse, bei der jedes Element den 6-fachen Durchmesser und die 6-fache Dicke hat. Die Abstände zwischen den Elementen werden ebenfalls um den Faktor 6 vergrößert. Und das Ergebnis: 6 * 6 * 6 = 216-mal schwerer! Eine um 8 cm verlängerte Linse ist stattdessen 48 cm lang (3 vs 18 Zoll).

Dann möchte der Besitzer eines großen Objektivs auch, dass es eine bessere Leistung als dieses Mini-Zoom liefert - es ist also präziser und hat möglicherweise mehr Komponenten mit noch größerem Durchmesser.

Und los gehts Preis und Größe ...

Warum sollten Sie ein gutes Objektiv kaufen? Weil es gute Bilder macht. Wenn alle anderen Dinge gleich sind, können die Bildqualität und die Apertur einer festen Fokuslänge nicht mit einem Zoomobjektiv des gleichen Preises erhalten werden.

Der Zoom hat aus prinzipiellen Gründen mehr interne Objektive, die mehr Fehler und mehr Reflexionen verursachen, und muss diese Fehler mit einer kleineren Blende maskieren.

Warum ist eine große Blende wünschenswert? Es gibt Ihnen die Freiheit, mit der Schärfentiefe zu spielen und Hintergründe zu verwischen. und natürlich können Sie ein besseres Bild aufnehmen, wenn das Licht schwach ist. ¹ Eine große Blende ist auch ein Hinweis auf die Qualität eines Objektivs (wenn wir davon ausgehen, dass der Hersteller für jedes Objektiv den gleichen Mindeststandard für die Bildqualität bei maximaler Blende hat). Ein Objektiv mit großer Apertur sollte eine bessere Bildqualität bei der Apertur eines billigeren Objektivs mit kleinerer Apertur und gleicher Brennweite liefern.

Zur Veranschaulichung der Bedeutung von Qualität und Schärfentiefe: Ich habe dieses Bild einmal mit einer Nikon 135 mm / f2 aufgenommen (obwohl ich mich nicht an die tatsächliche Blendeneinstellung erinnere):

Ein Vergleich mit der Coolpix ist etwas unfair, da das Bild auf einem 35-mm-Film aufgenommen wurde, was eine geringe Schärfentiefe erleichtert. auf jeden fall gehe ich davon aus, dass dieses bild mit dem 83x super zoom unmöglich zu machen wäre. Der Rahmen, ja; aber der Hintergrund wäre viel weniger unscharf.

Die Hauptnachteile von Objektiven mit großer Apertur sind ihre Größe, ihr Gewicht und ihr Wert. Es ist nicht ungewöhnlich, dass die Leute extrem teure Ausrüstung kaufen und sie dann nie mitnehmen, weil sie umständlich ist und auch gestohlen oder beschädigt werden kann, sodass sie am Ende immer ihre billige, kleine Alltagsausrüstung verwenden.