Perché gli obiettivi superzoom sono piccoli ma giganteschi teleobiettivi enormi?

Questa settimana ho letto due storie di notizie su due diversi obiettivi per fotocamere che possono ingigantire cose molto lontane.

La prima è la Nikon Coolpix P900 , che è una fotocamera point-and-shoot che costa $ 600, ha un obiettivo superzoom ottico 83x ("lo stesso campo visivo di un obiettivo da 2.000 mm su una fotocamera full frame") e consente vedi i crateri della luna.

Il secondo è l' obiettivo Canon EV 1200mm f / 5.6 L USM , che pesa 36 libbre, costa $ 180.000 e può scattare ritratti di persone a mezzo miglio di distanza.

Un non fotografo potrebbe chiedere: "Perché qualcuno dovrebbe spendere i propri risparmi di una vita su un gigantesco telescopio di un obiettivo quando è possibile scattare foto lontane con una fotocamera portatile per 1/300 del prezzo?"

Bene, in pratica non sono un fotografo e vorrei porre questa domanda. Cosa ti dà il grande che il piccolo non fornisce? Capisco che i piccoli cambiamenti negli obiettivi possono fare una grande differenza in termini di dimensioni e prezzo, ma questo sembra essere di una scala completamente diversa.

Cosa sta succedendo con l'ottica delle lenti che rende quella piccola in grado di essere così piccola e quella grande deve essere così ... grande?

Sto cercando di ottenere un'intuizione di base per ciò che rende le lenti diverse e mi rendo conto di non capire abbastanza su come funzionano le lenti per sapere come confrontare queste mele e angurie.

L'obiettivo da 1200 mm che citi è una sorta di aberrazione, dal momento che è costruito su ordinazione, non un obiettivo di mercato generale - vedi Perché alcuni grandi teleobiettivi sono così costosi rispetto ai telescopi? e perché alcuni obiettivi sono così costosi? . Ma la regola generale è vera: gli obiettivi per DSLR e la maggior parte delle fotocamere mirrorless sono giganteschi rispetto a quelli delle fotocamere superzoom. Ci sono tre ragioni generali per questo:

1. Il sensore in queste fotocamere superzoom tende ad essere piccolo - di solito 1 / 2.3 "classe, che significa" dimensioni in miniatura ". Al contrario, i sensori su DSLR di fascia alta sono in genere le dimensioni della pellicola tradizionale da 35 mm e quelli di fascia media e le DSLR più basse e le fotocamere mirrorless sono ancora sostanzialmente in quella sfera, e molte volte più grandi di quelle del superzoom. Ciò significa che l'obiettivo deve proiettare un cerchio molto più piccolo e può a sua volta essere più piccolo.
2. Non sempre, ma spesso, quelle lenti grandi e pesanti hanno aperture massime più veloci. Ciò richiede un elemento frontale più grande (almeno!), Il che significa più vetro, più spese, più peso. Sarebbe possibile progettare una fotocamera superzoom con un obiettivo più veloce (apertura massima più ampia), ma in tal modo si aumenterebbe l'obiettivo (e probabilmente più difficile da realizzare con una gamma di zoom così gigantesca). Ciò andrebbe contro l'obiettivo di progettazione, e quindi generalmente non lo vedi. In altre parole, è una sorta di tautologia: le fotocamere superzoom hanno obiettivi piccoli con un ampio raggio di zoom perché lo fanno .
3. Ancora una volta non sempre, ma anche spesso: ci si aspetta di più dagli obiettivi SLR, quindi sono progettati per soddisfare aspettative più elevate. Tutto il design dell'obiettivo è un compromesso, in termini di dimensioni, peso, costo o qualità dell'immagine in molte diverse varianti - vedi Quali caratteristiche di qualità dell'immagine rendono un obiettivo buono o cattivo? . La maggior parte dei progetti di superzoom dà la priorità a ciò e consente alle persone di vivere con i risultati (supponendo acquirenti meno esigenti in quel mercato) o applica automaticamente un'ampia correzione del software.

La straordinaria gamma di zoom è piuttosto interessante e l'equivalente della lunghezza focale massima sembra incredibile. Ma paghi il prezzo. Il sensore più piccolo raccoglie intrinsecamente meno luce in generale, solo perché ce n'è meno. Ciò significa più rumore e non c'è modo di imbrogliare la fisica su questo. In effetti, potresti semplicemente ritagliare il centro da un'immagine DSLR con uno di quei grandi obiettivi e probabilmente ottenere un risultato approssimativamente equivalente, anche se la risoluzione sarebbe nominalmente inferiore (a meno che tu non abbia una DSLR di fascia alta). Questo perché da un punto di vista pratico, lo zoom è praticamente indistinguibile dal ritaglio .

A titolo di esempio, ecco un ritaglio da un'immagine che Kyla Duhamel ha preso dal suo cortile e pubblicata su Flickr con una licenza CC-BY, usando uno zoom a livello di consumatore per una DSLR a livello di consumatore Anche a questo raccolto non riempie il frame, ma penso che il dettaglio reale sia approssimativamente paragonabile a quello nel video che hai collegato.

Questo con un obiettivo che molti di noi chiamano anche "superzoom" (la terminologia è incredibilmente confusa a volte!), La Canon 18-200mm f / 3.5-5.6. Questo obiettivo pesa circa 1,3 libbre ed è lungo 4 pollici - il 70-200mm f / 2.8 di Canon di livello professionale (nota la gamma di zoom ridotta anche se entrambi terminano a 200mm!) Pesa più del doppio rispetto a 2,9 libbre ed è quasi il doppio quanto a lungo, e probabilmente può fare un po 'meglio nei dettagli - ma la luna non è in realtà il principale fattore di differenziazione tra questi modelli. Invece, aumenta la nitidezza e riduce la distorsione e altri artefatti, un'apertura massima più veloce, una costruzione più solida e così via.

È ancora fare avere più dimensioni, peso e costo, però. In cambio, in genere si ottiene una migliore qualità dell'immagine al di fuori di quella situazione "traballata" (e in realtà non molto peggio in quel caso).

L'obiettivo Canon ha una lunghezza focale di 1200 mm e un'apertura massima di f / 5,6, mentre l'obiettivo Nikon ha una lunghezza focale (nella parte lunga) di 357 mm e un'apertura massima di f / 6,5. Quindi l'obiettivo Canon è più lungo e ha un'apertura più veloce, che richiede un elemento frontale più grande, 214 mm contro 55 mm. Questa è una differenza sostanziale e rende la Canon più grande, più pesante e più costosa.

La Nikon può vedere ulteriormente a causa del fatto di avere un sensore più piccolo, è davvero equivalente a scattare una foto e ritagliare una piccola parte in lontananza dell'immagine normale e farla esplodere. In questo modo si ottengono meno dettagli. Di conseguenza, l'obiettivo Nikon proietta un cerchio di immagini molto più piccolo e cattura meno luce, di fatto 15 volte in meno, il che significa un'immagine con più rumore.

Quindi, sebbene l'obiettivo Canon sia più costoso, darà un'immagine più luminosa e nitida.

Un obiettivo e un sensore sono correlati in termini di dimensioni. Il teleobiettivo gigante funziona contro un sensore che è 6 volte più lungo e 6 volte più largo del sensore della mini telecamera superzoom.

Il risultato è una lente in cui ogni elemento è 6 volte il diametro e 6 volte lo spessore. Anche le distanze tra gli elementi sono ingrandite di un fattore 6. E il risultato: 6 * 6 * 6 = 216 volte più pesante! E una lente estesa 8 cm sarà invece lunga 48 cm (3 contro 18 pollici).

Quindi, il proprietario di un grande obiettivo vuole anche che funzioni meglio di quel mini zoom, quindi è più preciso e forse ha più componenti di diametro ancora maggiore.

E su vai prezzo e dimensioni ...

Perché dovresti comprare un buon obiettivo? Perché scatta buone foto. A parità di altre condizioni, la qualità dell'immagine e l'apertura di una lunghezza di messa a fuoco fissa non possono essere ottenute con un obiettivo zoom dello stesso prezzo.

Lo zoom ha per ragioni principali più obiettivi interni che introducono più errori e più riflessi e devono mascherare questi errori con un'apertura più piccola.

Perché è desiderabile una grande apertura? Ti dà la libertà di giocare con la profondità di campo, sfocando gli sfondi; e ovviamente ti consente di scattare una foto migliore quando la luce è scarsa. ¹ Un'ampia apertura è anche un'indicazione della qualità di un obiettivo (se assumiamo che il produttore abbia lo stesso standard minimo di qualità dell'immagine per ogni obiettivo con apertura massima). Un obiettivo ad ampia apertura dovrebbe produrre una migliore qualità d'immagine all'apertura di un obiettivo più economico, di apertura più piccola con uguale lunghezza focale.

A titolo illustrativo per l'importanza della qualità e della profondità di campo: una volta ho scattato questa foto con una Nikon 135mm / f2 (anche se non ricordo l'attuale impostazione f-stop):

Un confronto con Coolpix è un po 'ingiusto perché l'immagine è stata fatta su una pellicola da 35 mm che rende più facile avere una profondità di campo; in ogni caso suppongo che questa immagine sarebbe impossibile da prendere con quel super zoom 83x. La cornice, sì; ma lo sfondo sarebbe molto meno sfocato.

I principali svantaggi degli obiettivi ad ampia apertura sono le loro dimensioni, peso e valore. Non è raro che le persone acquistino attrezzature estremamente costose e non le portino mai da nessuna parte perché sono ingombranti e potrebbero anche essere rubate o danneggiate, quindi finiscono sempre per usare le loro piccole attrezzature economiche ogni giorno.