Powiększanie zawsze można było osiągnąć na dwa główne sposoby: zoom cyfrowy programowo wycina wymagany obszar kadru, a zoom optyczny polega na zastosowaniu odpowiednich obiektywów. O ile jednak w klasycznych aparatach zoom optyczny działa poprzez mechaniczne przesuwanie soczewek wewnątrz obiektywu, to w smartfonach często jest on ułożony nieco inaczej. Dostępna jest też stosunkowo nowa opcja zoomu hybrydowego – łączy w sobie zoom cyfrowy i optyczny.

Zoom cyfrowy

Zoom cyfrowy to programowa opcja powiększania obrazu, która polega na kadrowaniu określonego fragmentu obrazu z całego pola kadru. Mówiąc prościej, smartfon robi zdjęcie za pomocą głównego tylnego aparatu, wycina z niego odpowiedni fragment i rozciąga go do pierwotnego rozmiaru kadru. Obszar wokół wybranej sceny zostaje odcięty jako niepotrzebny, a wszelkie manipulacje ze zdjęciem przeprowadzane są metodami programowymi.

W przypadku korzystania z zoomu cyfrowego wycinana jest pewna część całego kadru i programowo rozciągana do pierwotnego rozmiaru zdjęcia.

Ponieważ zoom cyfrowy jest banalnym kadrowaniem, podczas jego używania nieuchronnie następuje spadek szczegółowości i ostrości. Zdjęcia zrobione przy wysokim współczynniku powiększenia cyfrowego często wydają się rozmyte i niewyraźne. Istnieje jednak wyjście z tej sytuacji. I tkwi właśnie w osławionym „wyścigu megapikseli”.

W aparatach nowoczesnych smartfonów panuje tendencja do znacznego wzrostu liczby megapikseli – czyli liczby punktów na matrycy, które bezpośrednio odpowiadają za powstawanie obrazu. Z jednej strony, aparaty wielomegapikselowe zapewniają większą szczegółowość kadru podczas fotografowania w warunkach słabego oświetlenia otoczenia. W praktyce jest to możliwe dzięki technologii binningu – łączenia sąsiednich pikseli w grupy po 4, 9, 16 lub więcej punktów w celu zwiększenia światłoczułości. To znaczy, że, powiedzmy, aparat 64 MP podczas fotografowania w trybie łączenia po 4 pikseli będzie generował zdjęcia w ostatecznej rozdzielczości 16 MP. Szerzej o tym mowa w materiale „Megapiksele w aparacie smartfona: czy ich liczba jest naprawdę istotna?”.

Z kolei aparaty o wysokiej rozdzielczości umożliwiają niemal „bezbolesne” kadrowanie zdjęć podczas fotografowania z wykorzystaniem zoomu cyfrowego. Weźmy na przykład rozdzielczość klatki 12 MP — jest to fotografia o wymiarach 4000x3000 pikseli. Całkiem przydatna wartość w przypadku post-processingu materiału filmowego i drukowania obrazów „na papierze”. A jeśli główny aparat ma rozdzielczość 64 MP, to otrzymamy zdjęcia o rozdzielczości 9000x7000 pikseli — z nich bez problemu wytniesz pożądany fragment o wymiarach 4000x3000 pikseli bez znaczącego spadku jakości.

Poprzez kadrowanie obrazów z aparatów o wysokiej rozdzielczości można uzyskać akceptowalną jakość powiększenia cyfrowego. Ale tylko pod warunkiem, że rozmiar klatki zostanie zmniejszony.

Jeśli chodzi o współczynnik zoomu cyfrowego, może on być bardzo różny. W broszurach marketingowych często można spotkać liczby takie jak „Zoom cyfrowy 100x”, jednak w praktyce zoom czysto cyfrowy ma ograniczone użytek. Każdy krok zoomu cyfrowego pogarsza jakość obrazu. Dlatego warto go używać, gdy zajdzie taka potrzeba, aby wykonać zdjęcia z niewielkim powiększeniem (do 5x). Przy dużym powiększeniu cyfrowym obraz po prostu rozpadnie się na piksele.

Smartfony z dobrym powiększeniem

Zoom optyczny

Zoom optyczny różni się od zoomu cyfrowego podejściem do tworzenia obrazów. Podczas jego stosowania powiększenie odbywa się również przed wykonaniem zdjęcia poprzez zmianę rzeczywistej ogniskowej. Bierze w tym udział grupa soczewek znajdujących się wewnątrz obiektywu, poprzez przesuwanie których uzyskuje się efekt skalowania. Soczewki zmniejszają kąt widzenia i tym samym przybliżają obiekt, aparat „widzi” obraz już przeskalowany i wykonuje zdjęcie bez utraty jakości.

W smartfonach zoomem optycznym nazywane jest zazwyczaj banalne przełączenie z czujnika głównego aparatu na teleobiektyw lub aparat peryskopowy. Jednak nazywanie tego tak nie jest do końca poprawne – to raczej zoom optyczny krok po kroku z ustawianiem pośrednich pozycji zoomu metodami programowymi. Prawdziwy zoom optyczny polega na płynnej zmianie ogniskowej w określonym zakresie (np. 85-125 mm w teleobiektywie smartfona Sony Xperia 1 V).

W kompaktowej obudowie smartfona trudno zmieścić ruchomą grupę soczewek. Co tu dużo mówić, bardzo trudno wygospodarować miejsce w obudowie nawet dla dobrego teleobiektywu, którego konstrukcja optyczna ma bardziej wydłużony kształt. Nie jest to jednak niemożliwe – producentom telefonów komórkowych udało się wymyślić tzw. aparat peryskopowy, umieszczony prostopadle do obudowy (zdjęcie poniżej). Światło dostaje się do jego matrycy załamując promienie przez specjalne zwierciadło, dzięki czemu cała powierzchnia czujnika wykorzystywana jest do uzyskania efektu przybliżenia optycznego.

Aby w obudowie smartfona było wystarczająco dużo miejsca na złożoną konstrukcję optyczną, tak zwane aparaty peryskopowe umieszcza się prostopadle do obudowy.

Aparaty z zoomem optycznym nie są tanie i można je spotkać jedynie w niektórych flagowych smartfonach. Ponadto takie fotomoduły mają złożoną konstrukcję. Współczynnik powiększenia aparatów peryskopowych jest zwykle niski (do 3x, rzadziej - 5x). Jednak nadal są one lepsze od zoomu cyfrowego.

Smartfony z zoomem optycznym

Zoom hybrydowy

A teraz dochodzimy do najciekawszej części. Wielokamerowe moduły we współczesnych smartfonach umożliwiły wdrożenie w praktyce tak zwanego zoomu hybrydowego. Załóżmy, że telefon komórkowy ma główny czujnik aparatu i teleobiektyw z zoomem optycznym 2x. Fotografowanie odbędzie się w następujący sposób:

  • w zakresie zoomu 1x – 1.9x smartfon kadruje obraz z głównego czujnika;
  • przy znaku 2x telefon przełącza się w tryb teleobiektywu;
  • powiększenie powyżej 2x realizowane jest na teleobiektywie z wykorzystaniem zoomu cyfrowego.

*Mnożnik 2x można zastąpić dowolnym innym współczynnikiem zoomu optycznego określonym w charakterystyce konkretnego smartfona.

Zoom hybrydowy polega na połączeniu metod zoomu optycznego i zoomu cyfrowego.

Proste połączenie różnych modułów aparatu i zoomu cyfrowego pozwala uzyskać lepsze rezultaty. Przecież dla konwencjonalnego współczynnika powiększenia wynoszącego 4x musielibyśmy wyciąć niewielki fragment obrazu z całego pola kadru matrycy czołowej aparatu. A korzystając z teleobiektywu, ma on wykadrować obszar o połowę mniejszy – pierwotne powiększenie optyczne otrzymamy już a priori na poziomie 2x.

Powiększanie hybrydowe realizowane jest w inny sposób. W to bezpośrednio są zaangażowane algorytmy sztucznej inteligencji. Weźmy na przykład opcję, w której smartfon podczas fotografowania korzysta z różnych czujników, aby jednocześnie uchwycić szczegóły z kilku aparatów. Uzyskane od nich informacje można wykorzystać do inteligentnego ulepszania zdjęć za pomocą zoomu cyfrowego. Takie zdjęcia nie osiągają poziomu prawdziwego zoomu optycznego aparatu, jednak drobne szczegóły są na nich oddane znacznie lepiej niż przy użyciu podstawowego zoomu cyfrowego.

Zoom hybrydowy często wykorzystuje dane z kilku czujników obrazu jednocześnie, a oprogramowanie łączy je w ostateczny obraz.

Podczas tworzenia obrazów przy użyciu zoomu hybrydowego często stosuje się metody interpolacji — sztucznego zwiększania rozdzielczości klatki poprzez wstawianie dodatkowych pikseli. Punkty te są „rysowane” pomiędzy oryginalnymi pikselami i pobierają informacje o kolorze z sąsiednich komórek. Stosując podobne metody, łatwiej jest rozciągnąć obraz do dużych rozmiarów, jednak jakość obrazu można poprawić tylko nieznacznie. O współczynnikach powiększenia powyżej 5x tutaj nie mówimy.

Wreszcie, zoom hybrydowy dotyczy również modeli z prawdziwym zoomem optycznym. Aparat z konwencjonalnym 5-krotnym zoomem optycznym wykonuje początkowe powiększenie obrazu, a następnie oprogramowanie dodaje zoom cyfrowy, umożliwiając osiągnięcie imponującego współczynnika powiększenia aż do 100x.

Smartfony z optyczną stabilizacją aparatu

Smartfony ze zmiennym zoomem optycznym

Spośród szerokiej gamy smartfonów, tylko nieliczne urządzenia mobilne mogą pochwalić się aparatem ze zmiennym zoomem optycznym. We wszystkich pozostałych przypadkach mówimy o banalnym przełączaniu pomiędzy modułami tylnego aparatu, aby uzyskać efekt optycznego powiększenia obrazu. Pośrednie przybliżenie uzyskuje się za pomocą metod czysto programowych.

Dla wygody przygotowaliśmy aktualną listę smartfonów ze zmiennym zoomem optycznym:

Teleobiektyw ze zmiennym zestawem równoważnych ogniskowych 85–125 mm to główny atut flagowców Sony z linii Xperia 1.

...I to w zasadzie wszystko. Od czasu do czasu pojawiają się różne koncepcje smartfonów z prawdziwym zoomem optycznym, jednak dotychczas nie upowszechniły się one w sprzęcie.



Technologia zoomu optycznego w smartfonach to zdecydowanie przyszłość. Tymczasem zoom optyczny często nazywany jest fotografowaniem za pomocą teleobiektywu lub jego bardziej zaawansowanej wersji – aparatu peryskopowego. Fakt, że w tym przypadku osiąga się pewien stały współczynnik powiększenia (2x, 3x, 5x czy nawet 10x), jednak wszystkie pośrednie pozycje zoomu są „wykończane” metodami programowymi, do których często wykorzystywane są algorytmy sztucznej inteligencji.