Zoom hybrydowy w smartfonie - co to jest na przykładzie Huawei P30 Pro

Najpierw zdefiniujmy sobie pojęcie zoom. Zapewne niewielu z was wie, że obiektywy potocznie określane mianem zoomów nie zasługują na więcej niż miano obiektywów o zmiennej ogniskowej. Obiektyw zoom to taki obiektyw, który nie tylko pozwala na zmianę ogniskowej, ale też przy jej zmianie nie wymaga ponownego ustawiania ostrości. Jeśli macie aparat cyfrowy z zoomem, możecie szybko sprawdzić czy jest to faktycznie zoom zgodnie z definicją.

W świecie aparatów określenie zoom nabrało jeszcze innego znaczenia. Połączone z określeniem krotność pozwala nam wyrazić stosunek największej do najmniejszej ogniskowej w obiektywie. W smartfonach również stosujemy takie podejście do problemu, trzeba jednak pamiętać, że w przeciwieństwie do tradycyjnych obiektywów i kompaktów, zoom realizowany jest nieco inaczej.

Oznaczenie krotności zoomu optycznego w kompakcie cyfrowym Nikon Coolpix A1000

I choć mówimy o zoomie optycznym 3x dla smartfona, który ma obiektywy 30 i 90 mm, to w przeciwieństwie do klasycznego obiektywu, pośrednie ogniskowe nie są uzyskiwane optycznie, poprzez zmianę układu soczewek (tak działał na przykład Zenfone Zoom, ale rozwiązanie okazało się niewygodne w implementacji). Optyczne są jedynie ogniskowe odpowiadające własnościom obiektywów, w tym przypadku 30 i 90 mm, a pośrednie wartości, a także te powyżej 90 mm (do pewnego stopnia) są realizowane hybrydowo i stąd pojęcie zoom hybrydowy.

Zoom hybrydowy to połączenie optyki i oprogramowania. Nie jest zatem ani klasycznym zoomem optycznym, ani zoomem cyfrowym. Dzięki postępowi w technikach przetwarzania obrazu (matematyka jednak się przydaje), które czerpią garściami z osiągnięć nauki związanej z obrazem (między innymi astronomii), i wydajniejszych jednostkach obliczeniowych w smartfonach, zoom hybrydowy daje rezultaty, które możemy zaakceptować, które cieszą nasze oko.

Trzy obiektywy rejestrujące obraz w smartfonie Huawei P30 Pro. Od góry szerokokątny, standardowy (dla smartfona) i tele.

Odbywa się to na dwa sposoby. Aparat wykorzystuje wielokrotną (ale tak szybką, że niezauważalną dla użytkownika) ekspozycję w pełnej rozdzielczości (dla przykładu w P30 Pro jest to 40 Mpix), w której ten sam kadr jest widziany z kilku perspektyw przesuniętych o ułamki pikseli. Dodatkowo przy ekstrapolacji do większych ogniskowych niż optyczne, są też kombinowane są dane z kilku sensorów (Huawei P30 Pro ma 3 takie aparaty) tak by poprawić jakość obrazu. Co istotne nie wystarczy tu wyciąć kadru z maksymalnej rozdzielczości zdjęcia na standardowej ogniskowej i powiększyć cyfrowo. Dlatego też dla najlepszych zdjęć na zoomie lepiej polegać na automatyce niż fotografowaniu w trybie zaawansowanym (czyli takim, w którym zwykle aparat oferuje regulację ekspozycji i zapis w formacie DNG).

Konsekwencją zasady działania zoomu hybrydowego jest pogorszenie jakości zoomowanego obrazu w słabszym oświetleniu. Nie jest to jednak konsekwencja szumów, a konieczności dłuższego naświetlania by uzyskać lepszy obraz. Rekompensują to w pewnym stopniu algorytmy zapewniające długi czas naświetlania bez poruszenia obrazu (o ile smartfon takowymi dysponuje).

Zdjęcie wykonane smartfonem Huawei P30 Pro na optycznej ogniskowej 135 mm 

Trzeba też pamiętać, że niedostatecznie ustabilizowany smartfon może wygenerować zdjęcia na zoomie hybrydowym, które nie odbiegają rozdzielczością od przeskalowanych zdjęć z maksymalnego zoomu optycznego. Wyglądają dużo lepiej niż skalowane cyfrowo obrazy, ale by dostrzec faktyczną pełnię możliwości zoomu hybrydowego musimy liczyć na dobre warunki oświetleniowe (co równa się stabilność kadru) lub użyć statywu. Wzrost rozdzielczości przy zoomie hybrydowym nie jest tak zauważalny dla oka jak dla maszyny, która by zoomowany obraz analizowała.

Algorytmy hybrydowego zoomowania mogą zależeć od smartfona i dostępnych w nim aparatów. Teoretycznie wystarczy nawet pojedynczy sensor i odpowiednie algorytmy. Można też posiłkować się danymi z dodatkowej matrycy monochromatycznej. Tak czynił kiedyś Huawei, ale dzięki dostępności wysokiej rozdzielczości sensora kolorowego oraz aparatów o innych ogniskowych, zrezygnował ze stosowania sensorów monochromatycznych, gdyż ich wkład w wynikową jakość obrazu stał się nieistotny.

Jedna z najgorętszych premier tego roku, czyli Huawei P30 Pro, zaowocowała smartfonem, który dysponuje zoomem hybrydowym w jednym z najlepszych wydań. Przypomnijmy sobie, ten smartfon wyposażono na tylnej ściance w trzy aparaty z obiektywami o ogniskowych 16, 27 i 135 mm (tak wynika z danych EXiF), które współpracują z oprogramowaniem tworząc zoom hybrydowy o zakresie od 16 do 270 mm. Dodatkowo zoom cyfrowy umożliwia uzyskanie 50x podstawowej ogniskowej czyli 27*50 co daje 1350 mm.

Efekty pracy z tymże aparatem możecie zobaczyć na poniższych zdjęciach. Maksymalny zoom cyfrowy daje oczywiście obraz, który pozostawia wiele do życzenia i jest dużo niższej jakości niż ten uzyskany na zoomie hybrydowym, ale też ogniskowa jest niebotyczna jak na tak małe urządzenie jak smartfon. Za to zoom hybrydowy krotności na przykład 3x daje nie gorsze rezultaty co zoom optyczny 3x obecny w poprzedniku P30 Pro. Z kolei 10x zoom hybrydowy działa co najmniej tak dobrze jak hybrydowy zoom 5x z P20 Pro.

Zdjęcie na ogniskowej 27 mm (zoom optyczny x1)

Zdjęcie na ogniskowej 135 mm (zoom optyczny x5)

Zdjęcie na ogniskowej 270 mm (zoom hybrydowy x10)

Zdjęcie na ogniskowej 1350 mm (zoom cyfrowy x50)

Źródło: inf. własna