Wie kommen Hersteller bei Hybridkameras zu hohen (83-fachen) Zoomstufen?

Offensichtlich reicht der größte Hybridzoom auf dem Markt (Nikon Coolpix P900, glaube ich) nicht von 24 mm bis 2 m Länge, aber welche Art von optischen Systemen verwenden Hersteller, um optische Zooms auf ein so hohes (83x) Niveau zu bringen?

Diese Hochzoom-Hybridkameras sind im Vergleich zu normalen DSLR-Super-Teleobjektiven relativ billig, sodass sie nicht die gleichen teuren optischen Elemente verwenden. Sie schaffen es, 83x in 20 cm oder so zu packen, während die besten 600-mm-DSLR-Objektive für etwa 12x ungefähr zweimal länger sind. Ich frage mich also, wie sie das tun, wie viel Licht dabei verloren geht usw.

In einem anderen Thread über P900-Artefakte frage ich mich, ob der angeblich 83-fache "optische" Zoom auch eine elektronische Verarbeitung umfasst.

Ich denke, die Verwendung des Begriffs 83X ist zwar richtig, aber am irreführendsten. Die Coolpix leistet in Bezug auf ihre optische Reichweite von 83x bemerkenswerte Arbeit. Dies wird als Zoombereich bezeichnet. Die Mathematik lautet: Die Stärke des Kameraobjektivs ist einstellbar von 4,3 mm Weitwinkel bis 357 mm Tele, das ist 357 × 4,3 = 83. Mit anderen Worten, die Spanne des Zooms beträgt 83X. Um dies zu erreichen, wird das Objektiv mit 16 einzelnen Glaslinsen konstruiert . Einige sind zusammengeklebt, andere sind Lufträume. Es gibt 12 Linsengruppen, die jeweils im Luftabstand voneinander angeordnet sind. Wenn Sie zoomen, ändert sich der Luftraumabstand und auf diese Weise ändert sich die Stärke des Objektivs. Der Zoombereich reicht von Weitwinkel bei 4,3 mm bis zu Tele bei 357 mm.

Wenn Fotografen über ihre Objektive diskutieren, wird die Tatsache, dass der Zoombereich 4,3 mm bis 357 mm abdeckt, kaum verstanden. Dies liegt daran, dass eine weitaus größere Filmkamera als Maßstab für die Objektivleistung verwendet wird. Dies ist die 35-mm-Filmkamera, die seit fast 100 Jahren bei uns ist. Wegen seiner Beliebtheit sprechen wir von Kameraobjektiven, die eigentlich nur für diese ehrwürdigen Kameratypen gelten. Wir können jedoch Vergleiche anstellen

Das geht so: Die Nikon Coolpix P900 ist eine Super-Miniaturkamera, mit der Miniaturbilder aufgenommen werden können, die nur etwa 18% der Größe der geschätzten 35-mm-Kamera entsprechen. Das 35mm ist tatsächlich 5,6x größer. Wir multiplizieren also 4,3 x 5,6 = 24 und 357 x 5,6 = 2000. Jetzt können wir sagen, dass Coolplix so funktioniert, als ob der Zoombereich 24 mm - 2000 mm beträgt. Jetzt gelten 50mm als "normal". Ein kürzeres Objektiv wird als Weitwinkel bezeichnet. Ein längeres Objektiv wird als Tele bezeichnet. Da 50 mm bei Vollzoom „normal“ sind, was 2000 mm entspricht, erscheinen Objekte 2000 × 50 = 40X größer. Mit anderen Worten, ein Vogel im 1000 Fuß entfernten Baum stellt sich vor, als wäre er nur 25 Fuß entfernt.

Wie kommen sie zu 83x?

Sensorgröße (1 / 2.3 "), physikalische Länge, Aperturverlust (f / 2.8-8).

Das Samsung S9 + Telefon verwendet einen 1 / 2,55 "Sensor, die Nikon P900 und P1000 verwenden einen 1 / 2,3" Sensor.

Offensichtlich reicht der größte Hybridzoom auf dem Markt (Nikon Coolpix P900, glaube ich) nicht von 24 mm bis 2 m Länge, aber welche Art von optischen Systemen verwenden Hersteller, um optische Zooms auf ein so hohes (83x) Niveau zu bringen?

Brennweite des Objektivs:

P900 : 4,3-357 mm (Sichtwinkel entspricht 24-2000 mm Objektiv im 35 mm Format) 67 mm Filter

Objektiv f / -Nummer: f / 2.8-6.5, Objektivaufbau: 16 Elemente in 12 Gruppen, Objektivzoom: 83x

P1000 : 4,3-539 mm (Sichtwinkel entspricht 24-3000 mm Objektiv im 35 mm Format) 77 mm Filter

Objektiv f / -Nummer: f / 2.8-8, Objektivaufbau: 17 Elemente in 12 Gruppen, Objektivzoom: 125x

Länge mit Körper, unzoomed: 7,2 Zoll (181,3 mm). Voll gezoomt verdoppelt das.

Diese Hochzoom-Hybridkameras sind im Vergleich zu normalen DSLR-Super-Teleobjektiven relativ billig, sodass sie nicht die gleichen teuren optischen Elemente verwenden. Sie schaffen es, 83x in 20 cm oder so zu packen, während die besten 600-mm-DSLR-Objektive für etwa 12x ungefähr zweimal länger sind. Ich frage mich also, wie sie das tun, wie viel Licht dabei verloren geht usw.

Nikon AF-S 200-500 mm 1: 5,6E ED VR, 95 mm Filter. Ca. Maße (Durchmesser x Länge): 4,2 in x. 10.5 . Dieses Objektiv ist beim Zoomen weder doppelt so lang noch so dunkel oder lang wie beim Zoomen. Außerdem kostet es 1300 U $, mehr als ein P1000 U $ 1000 oder mehr als das Doppelte des Preises eines P900 U $ 600.

Objektiv Blendenzahl: 1: 5,6, Objektivkonstruktion: 19 Elemente in 12 Gruppen, Objektivzoom: 200/35 = 5,71 und 500/35 = 14,29, wenn Sie es so vergleichen möchten.

Sigma 300-800 mm F5.6 HSM APO CONV EX DG D, 46 mm hinterer Filter, Ca. Maße (Durchmesser x Länge): 6,2 x 21,3 in . Linsenkonstruktion: 18 Elemente in 16 Gruppen. Objektivzoom: 300/35 = 8,57 und 800/35 = 22,86, wenn Sie es so vergleichen möchten. Preis U $ 8000 (erhältlich im August 2018).

Vergleichen Sie diese Consumer-Objektive mit einem professionellen Objektiv, dem Fujifilm UA107x8.4BESM.

Fujifilm UA107x8.4BESM 8.4-900mm und mit eingebautem 2x Extender 16.8-1800mm, das sind 214x . Während eines Fußballspiels scheint eine 1000 Fuß entfernte Kamera weniger als 5 Fuß entfernt zu sein. Filtergröße: über 250 mm (10 Zoll), HT-EBC-Beschichtung und stabilisiert. Es hat eine Blende von f / 1,7 bei 8,4-340 mm und reduziert sich auf 4,5 bei 900 mm, wobei die Blende 2x auf f3,4-f9 abfällt.

Höhe x Breite x Länge: 258x264x610mm. Dies ändert die Länge beim Zoomen nicht und bietet verschiedene Voreinstellungs-, Fokus- und Zoomoptionen. Es wurde für eine Sensorgröße von 9,6 x 5,4 mm (2/3 ") entwickelt und hat einen Zuschnittsfaktor von etwa 4x im Vergleich zum Vollbild. Erhältlich für nur US $ 198.750 zzgl. Versandkosten.

... wie viel Licht dabei verloren geht, etc.

Sie verlieren fast die Hälfte Ihres Lichts und eine beachtliche Bildqualität sowie viel Länge und Gewicht, wenn Sie sich für eine Bridge-Kamera anstelle einer DSLR entscheiden. zusammen mit vielen anderen Überlegungen.

In einem anderen Thread über P900-Artefakte frage ich mich, ob der angeblich 83-fache "optische" Zoom auch eine elektronische Verarbeitung umfasst.

Wenn sie sagen, optisch ist das, was sie bedeuten, haben die P900 und P1000 4x Digitalzoom.

Beginnen wir mit der Grundidee eines relativ einfachen Zooms. Zum Beispiel können wir mit drei Elementen beginnen. Das hintere und das Vergrößerungselement und das mittlere sind reduzierende Elemente. Die Lupenelemente bringen die Lichtstrahlen zusammen. Das reduzierende Element spreizt sie auseinander.

Wenn wir also das mittlere Element durch das hintere Element ganz nach hinten bewegen, geht das Licht durch das vordere Element, sodass die Lichtstrahlen zusammenkommen. Sie kommen auf eine ganze Reihe von Wegen zusammen, bis sie zu dem reduzierenden Element gelangen, das sie auseinander spreizt - aber da es direkt am hinteren Element liegt, breiten sie sich nicht viel aus, bevor sie zum hinteren Element gelangen, und beginnen zu kommen wieder zusammen. Das hintere Element nimmt also im Grunde genommen fast alles auf, was durch das vordere Element gelangt ist, und fokussiert es auf den Sensor, so dass ein ziemlich weiter Blickwinkel entsteht.

Wenn wir andererseits das mittlere Element direkt neben dem vorderen Element platzieren, geht das Licht durch das vordere Element, kommt ein kleines Stück zusammen und geht dann durch das reduzierende Element, sodass es sich sofort wieder ausbreitet. Es breitet sich ziemlich weit aus, bevor es zum hinteren Element zurückkehrt. Daher trifft nur ein kleiner Teil der Bildmitte, die durch das vordere Element gelangt ist, auf das hintere Element, und nur dieser kleine Teil des Bildes wird auf den Sensor fokussiert, sodass wir eine viel engere Ansicht erhalten. Bei diesem Design ist das Zoomverhältnis jedoch durch den Abstand zwischen den vorderen und hinteren Elementen begrenzt. Um einen 83-fachen Zoom zu erzielen, benötigen wir ein Objektiv, das physikalisch extrem lang ist.

Um ein höheres Zoomverhältnis zu erzielen, replizieren wir diese Grundidee mehrmals. Stellen wir uns zum Beispiel vor, dass jedes dieser drei Elemente durch einen Satz von drei Elementen ersetzt wird, sodass wir nicht nur die mittlere Gruppe von vorne nach hinten verschieben, sondern auch die Vergrößerungs- oder Verkleinerungsstufe für jedes Element variieren.

Nehmen wir an, dass das Original ein Zoomverhältnis von 3: 1 aufweist. Wenn jedes Element durch eine Gruppe von drei Elementen ersetzt wird, die selbst ein Verhältnis von 3: 1 ergeben, wäre unser Gesamtverhältnis theoretisch etwa 3x3x3 = 27x. Fügen Sie eine vierte ähnliche Gruppe hinzu, und wir befinden uns in einem Bereich von etwa dem 80-fachen.

Um auch für eine Low-End-Kamera eine ausreichende Qualität zu erzielen, müssen Sie einiges mehr tun. Sogar ein recht billiges Objektiv verwendet verschiedene Arten von Glas in den verschiedenen Elementen, um die chromatische Aberration zu verringern, wahrscheinlich einige asphärische Elemente, um die sphärische Aberration zu steuern, und so weiter.

Die Grundidee aller Zooms beruht jedoch hauptsächlich auf der relativ einfachen Situation, dass (mindestens) ein Vergrößerungselement und ein Verkleinerungselement vorhanden sind und relativ zueinander verschoben werden. Zu hohen Zoomverhältnissen zu gelangen, bedeutet meistens, diese Grundidee mehrmals zu wiederholen und mehr zu tun, um Aberrationen, Verzerrungen usw. zumindest ein wenig unter Kontrolle zu halten.

Ihre Anfrage enthält etwas mehr als eine einzelne Frage. Konzentration auf den ersten:

Offensichtlich ... [die] Nikon Coolpix P900 ... hat keine physische Länge von 24 mm bis 2 m, aber welche Art von optischen Systemen verwenden Hersteller, um optische Zooms auf ein so hohes (83x) Niveau zu bringen?

Verwechseln Sie zunächst nicht die äquivalenten Brennweiten von 35 mm (24 mm bis 2000 mm) mit den tatsächlichen Brennweiten des P900-Objektivs (4,3 mm bis 357 mm) . Weitere Informationen finden Sie in der verwandten Frage: Was ist der Erntefaktor und in welcher Beziehung steht er zur Brennweite?

Trotzdem haben Sie Recht, offensichtlich ist die physische Länge des P900-Objektivs nicht so kurz wie 4,3 mm und auch nicht so lang wie 357 mm. Wir müssen uns also mit der grundlegenden Frage befassen, was Brennweite ist .

• Was ist die Brennweite und wie wirkt sie sich auf meine Fotos aus?
• Was ist der technische Unterschied zwischen Fokus und Zoom?

Wenn Sie die Weitwinkelbrennweite des P900 durch ein einzelnes symmetrisches Objektivglas (wie ein Vergrößerungsglas) mit der gleichen Vergrößerung wie das breite Ende des P900 ersetzen könnten, würden parallele Lichtstrahlen, die in dieses Einzelelementobjektiv einfallen, auf einen Punkt von 4,3 mm fokussiert Fast ein Sechstel Zoll hinter der Linse. Das bedeutet Brennweite .

Das echte Objektiv der P900 ist nicht so kurz. Alle Objektive der realen Welt enthalten mehrere optische Elemente. Diese Elemente arbeiten zusammen, um die Lichtstrahlen mehrmals zu biegen und "aufzulösen" (zu divergieren). Der Punkt dieser mehrere Elemente (und Gruppen von Elementen) ist:

• die Linse fokussieren zu lassen, anstatt die gesamte Linsenanordnung hinein oder heraus zu bewegen, um zu fokussieren (diese Elemente umfassen die Fokusgruppe (n));
• das Objektiv zoomen zu lassen - dh die Brennweite zu ändern;
• Aberrationen wie chromatische Aberration (die eine natürliche Folge des Biegens von Licht durch Materialien mit unterschiedlichen Brechungseigenschaften ist) zu kontrollieren.

Daher fügen Objektivdesigner viele Elemente hinzu, um das Objektiv nützlicher zu machen als einen engen Bereich von Betriebsbedingungen. Das verlängert die Objektivbaugruppe, aber im Fall von Weitwinkelobjektiven entspricht es optisch (unter Verwendung dieses Wortes) einem einfachen Einzelelementobjektiv mit einer Brennweite, die kürzer als die physikalische Länge des realen Objektivs ist.

Auf ähnliche Weise ist das Objektiv am anderen Ende des Zoombereichs des P900 bei einer Brennweite von 357 mm physisch kürzer als 357 mm. Das liegt daran, dass das Objektiv eine Telegruppe hat , eine Gruppe von Elementen, die es einem Objektiv ermöglichen, physisch kürzer als sein dünnes Objektiv zu sein - eine äquivalente Brennweite würde diktieren. Siehe auch: Was ist der Unterschied zwischen einem Teleobjektiv und einem Zoomobjektiv?

Nun, wie können sie Zoombereiche von bis zu 83x (oder sogar mehr, wie den 125x Zoom im kürzlich angekündigten P1000 von Nikon ) erreichen ? Magie. Ein bisschen von beidem?

Diese Hochzoom-Hybridkameras sind im Vergleich zu normalen DSLR-Super-Teleobjektiven relativ billig, sodass sie nicht die gleichen teuren optischen Elemente verwenden. Sie schaffen es, 83x in 20 cm oder so zu packen, während die besten 600-mm-DSLR-Objektive für etwa 12x ungefähr zweimal länger sind. Ich frage mich also, wie sie das tun, wie viel Licht dabei verloren geht usw.

Vergessen Sie beim Vergleich von Zoomfaktor und Objektivlänge nicht, Gleiches mit Gleichem zu vergleichen. In diesem Fall wird der Platz-Würfel Gesetz (Wikipedia) ins Spiel: als ein Objekt in der Größe um einen Faktor skaliert S , wird dessen Oberfläche durch skalierte S ², und sein Volumen wird durch skalierte S ³.

Das P900 hat einen Crop-Faktor von 5,6, was bedeutet, dass der lineare Skalierungsfaktor zwischen Kameras wie dem P900 mit einem 1 / 2,3-Zoll-Sensor und 35-mm-Vollformatkameras S = 5,6 beträgt (von P900 bis 35-mm-FF). Optische Systeme (was die Geometrie der Optik anbelangt): Das vergrößerte 83x-Objektiv vom Typ P900, das jedoch für einen 35-mm-FF-Körper hergestellt wurde, würde:

• einen etwa 5,6-fach größeren Durchmesser haben und

• wiegt ungefähr 5,6³ = 175 mal das Gewicht des P900 Objektivs! ¹

  Anmerkung 1: Das Objektiv würde wahrscheinlich nicht so viel wiegen. eine einfache S ³ Skalierung beinhaltet alle Komponenten, einschließlich der Fokussierungsmotoren Linsentuben, wobei der Schwerpunkt Wendeln und Kontrollen etc., deren Wandstärke 5,6 mal skalieren. Das ist nicht nötig, es gäbe viel Gewicht zu rasieren. Unter optischen Gesichtspunkten (ohne die optische Formel zu ändern) würde sich das Gewicht des Glases jedoch um S³ erhöhen.

Und beachten Sie, dass selbst die Länge des ~ 20-cm-Objektivs um S auf etwa 112 cm ansteigt - das ist mehr als ein Meter lang.

Ich möchte nicht einmal wissen, wie hoch die Kosten sein würden, aber das 175-fache der 1000-Dollar-Kosten des neuen P1000 wäre für ein solch lächerlich monströses Tier ohne 35-mm-Vollformat-Karosserien nicht völlig außer Kontrolle geraten.

• Die Sigma 200-500 mm ƒ / 2,8 APO EX DG Ultra-Tele kostet 26.000 US-Dollar. Für einen 2,5-fachen Zoom. Ernsthaft. (Obwohl die Amazon-Bewertungen entschieden nicht seriös sind )
• Das Canon EF 1200 mm ƒ / 5,6 L USM-Objektiv ist ein festes Teleobjektiv, das für 100.000 US-Dollar angeboten wird. B & H Photo Video verkaufte eine gebrauchte im Jahr 2015 für 180.000 US-Dollar .
• Das Canon CINE-SERVO 50-1000 mm T5.0-8.9 EF ist ein 20-fach-Zoom -Kinoobjektiv für den Canon EF-Mount für nur 70.000 US-Dollar. Es hat auch einen eingebauten wählbaren 1.5x Extender (Telekonverter). Vielleicht ist es nicht fair, speziell angefertigte Kinoobjektive in einen fotografischen Kontext einzubeziehen, aber es ist EF-Mount, also gut für DSLR-Fotografie, oder?

Danach gab es verschiedene einzigartige Objektive, die astronomische Preise erzielten, aber lasst uns nicht lächerlich werden (!).

Es gibt also offensichtliche nichtlineare Kostenvorteile bei der Verkleinerung. Da sich das P900 und das P1000 jedoch nicht an den High-End-Profi- oder Prosumer-Markt richten, können sie weitere Kosteneinsparungsentscheidungen treffen, wie z.

• Verwenden von optischem Glas geringerer Qualität in einigen der Linsenelemente;
• Reduzierung der Anzahl optischer Beschichtungen (wie z. B. streuungsarme und entspiegelte Beschichtungen);
• Wettersiegelung beseitigen;
• bieten weniger Garantiedeckung;
• und alle anderen üblichen Verdächtigen, wenn Unternehmen in der Marktsegmentierung tätig sind.