Více objektivů v mobilu: Co od nich čekat a s čím si neporadí

Mobilní fotografie zažívá boom. Výrobci neustále přicházejí s novými triky a technologiemi, o kterých se majitelům klasických fotoaparátů může jen zdát. Co takhle hned několik objektivů na jednom mobilu? Zní to skvěle, že? Ale ne vše je takové, jak to na první pohled vypadá. Podívejme se na výhody i nevýhody chytrých telefonů s více objektivy.

V textu budu částečně vycházet z předchozího článku o základech optiky. V tom jsem mimo jiné zmínil technologický posun ve zvyšování dynamického rozsahu, který bude v budoucnu prakticky bez hranic. Pokrok v mobilním focení se ale odehrává i na poli objektivů. Výrobci chytrých telefonů se teď předhání, kdo jich na mobil umístí víc.

Každý výrobce pojal tuto myšlenku po svém a přidanou optiku používá jiným způsobem. Objektivy tedy mohou sloužit k následujícím účelům nebo jejich kombinacím:

• Zachycení většího množství světla – snazší focení v šeru
• Změna úhlu záběru – široký nebo teleobjektiv
• Zachycení hloubky scény – využití zejména pro rozostření podle vzdálenosti

A nejspíš se v budoucnu setkáme i s dalším využitím, o kterém zatím nemáme tušení.

Problém s parametry

Každý objektiv v mobilu má pod sebou samostatný senzor. To ještě dává smysl. Matoucí je ale fakt, že každý senzor je jinak velký. Jediný mobil má klidně tři různě velké senzory.

A protože všechny důležité hodnoty, jako světelnost nebo citlivost ISO, jsou uvedeny v poměru k velikosti senzoru, bez nějakého přepočtu jsou těžko použitelné. Při uvádění světelností to pak znamená, že každá hodnota značí vždy něco jiného a vzájemně nejsou srovnatelné.

U mobilních teleobjektivů je problém parametrů obzvlášť markantní a na první pohled není patrný. V záplavě čísel totiž snadno unikne, že pro delší ohnisko je použit menší senzor, takže obraz z teleobjektivu je blízký prostému výřezu z hlavního fotoaparátu. To pochopitelně není z hlediska marketingu tak zajímavé.

Přepočtení parametrů

Udělejme si v tom pořádek. Přepočítal jsem si parametry objektivů na společného jmenovatele, kterým je tradiční Full frame snímač. Tohle není snadná práce, protože výrobci se snaží mlžit. Většinou jsem tedy brouzdal mezi specifikacemi výrobců, popisy v recenzích, Flickrem (kde jsou fotku s EXIFem) a Wikipedií (kde jsou velikosti senzorů a k nim crop factory).

Vzal jsem si aktuální nejlepší modely od největších výrobců a porovnával jen zadní kamery. Objektivy pro selfie jsem tentokrát ignoroval.

Výrobci také dostali hodnocení podle toho, jak složité bylo najít správné parametry. Níže je základní shrnutí, případně tady podrobnější čísla v tabulce.

Připomínám, že jde „jen“ o srovnání specifikací objektivů a senzorů. Procesor poté dokáže vykouzlit úplně jiný obraz, než jaký by odpovídal číslům. Přesto je tento přepočet dobrý k tomu, abychom si uvědomili, s jakým vstupem musí algoritmy pracovat.

Obecně u všech výrobců je na tom nejlépe základní ohnisko, které mají mobily už roky. Pokud fotíme se základním nastavením citlivosti, což je u mobilů obvykle kolem ISO 50, tak vyjdou fotky velmi podobné jako u Full frame fotoaparátu s objektivem 26 mm, clonou f/10 a ISO 1 600.

Někdy je přítomen také ultraširoký objektiv, který odpovídá na Full frame zhruba záběru objektivem 16 mm s clonou f/14 a ISO 2 000. Tohle je rozhodně vítaný přídavek, protože ultraširoké záběry se těžko dělají základním objektivem – panoramata nejsou všemocná.

Pokud naopak použijete teleobjektiv, vyjde z něj obrázek ekvivalentní ohnisku 50 mm na Full frame s clonou f/20. Šum odpovídá u Full frame zhruba hodnotě ISO 3 600. Když se opět odkážu na předchozí článek o základech optiky, tak to znamená, že kvůli zoomování fotíme menší výřez scény. Fotoaparát se ochudil o tři čtvrtiny světla, jenže nedošlo ke kompenzaci zvětšením vstupního otvoru objektivu, jako se to děje u větších fotoaparátů. Otvor u mobilů zůstal identický nebo je jen o malý kousek lepší.

Teleobjektiv tak zachycuje prakticky stejný obraz jako výřez ze základního objektivu, jen s jiným rozlišením!

Tohle se obtížně testuje, protože mobily často nedovolují snadno pořídit obrázek z konkrétního objektivu s daným nastavením a ještě do formátu RAW. Místo toho si samy vybírají, jak snímek zachytí a který nebo které objektivy použijí. Někdy i teleobjektiv ignorují a při zoomu samy  preferují výřez z širšího ohniska.

Nasbírat co nejvíce světla

Mobily se ale tak snadno nevzdávají. Kromě softwarových triků jsou i reálné možnosti, jak zachytit co nejvíce fotonů a tím snížit šum.

Základní přístup je prodloužit expozici nebo zkombinovat více snímků pořízených těsně po sobě (často bez vědomí fotografa). Některé mobily mají stabilizovaný objektiv, což v těchto případech rozhodně pomáhá. Snižuje se šum, který pak odpovídá nižším hodnotám ISO než v předchozí kapitole.

Druhá možnost je zkombinovat obraz z více objektivů. Každý z nich zachytí část světla odraženého ze scény a dohromady efektivně zvyšují svoji celkovou světelnost. Lze kombinovat výřezy z objektivů o různých ohniscích nebo seskládat obraz z objektivů se stejným úhlem záběru.

Právě pětici identických objektivů využívá připravovaná Nokia 9, ve které se objevuje i další technologická „vychytávka“. Dva z objektivů mají pod sebou standardní RGB senzor, ale tři další objektivy jsou obsluhovány jen černobílými BW senzory (BW – Black & White).

I když se to nezdá, černobílá je zde výhoda. Barevné senzory mají před sebou tzv. Bayerův filtr, což  znamená, že například u červeného sub-pixelu filtr odstraní fotony s jinou barvou. Přicházíme tak asi o 40-50 % světla. Pokud není třeba rozeznávat barvu a stačí zjistit intenzitu světla, Bayerův filtr se nepoužije a výsledkem je více zachyceného světla a tím méně šumu.

Barvy se pak doplní z jiných senzorů, jsou jen lehce nepřesné. Nokia 9 není s černobílým senzorem jediná, mají jej i další mobily a dokonce i některé fotoaparáty vyšší třídy jako Leica M Monochrom (která pochopitelně barvy nemá jak doplnit a fotí čistě černobíle).

Kdybychom tedy zjednodušeně uvažovali, že jeden BW senzor zachytí 2x více světla než RGB senzor, pak Nokia 9 s pěti objektivy pochytá celkem 8x víc světla než jediný samotný objektiv. Bude tedy o 3 EV stupně lepší. Namísto aby světelnost byla ekvivalentní Full frame nastavení někde kolem f/12 (odhaduji, mobil ještě nevyšel), tak se sníží na zhruba f/4 a to už je výrazný posun.

Více objektivů pro hloubku ostrosti

Spousta chytrých telefonů už dnes používá více objektivů, aby se zjistil vzájemný posun obrazů v jednotlivých pixelech a z něj se dopočítala hloubka. Někdy jsou přítomny i speciální hloubkové kamery. Nasbírané informace mobil použije zejména pro softwarové rozostření pozadí.

Ale hloubku lze využít i pro 3D náhledy na pořízené snímky, toto ostatně podporuje i Facebook.

Hloubku je možné i odhadnout z jediného 2D obrázku, bez použití více objektivů, ale s nimi by měly být výsledky spolehlivější v komplikovaných situacích.

Periskopový objektiv

Zvyšující se počet objektivů a rychlejší procesory pro zpracování pořízených dat určitě umožní nové triky. Ale vše není jen růžové.

Výrobce Oppo oznámil dokončení „periskopového“ teleobjektivu, který dokáže dosáhnout ohniska až 160 mm v přepočtu na Full frame. To je sice hezké, ale z obrázků to vypadá, že na povrch ústí čočky s podobným otvorem jako má základní objektiv.

Znamená to, že úhel záběru se omezí, ale opět nedojde k nijak výrazné kompenzaci zvětšením vstupního otvoru (stejně jako se to nestalo s příchodem 50 mm objektivů) a můžeme čekat světelnost ekvivalentní odhadem někde mezi f/40 – f/60 na Full frame. Ale clonu f/45 má v přepočtu i Nikon P1000 a podle recenzí je s ním venku zábava, takže v dobrém světle může být i mobilní teleobjektiv použitelný.

Co čekat v budoucnu?

Sada více objektivů často podle parametrů moc smysl nedává. Ale jejich využití například při softwarovém rozostření je pro běžné situace použitelné a pro sdílení na sociálních sítích naprosto dostačující. Je to ovšem spíš práce algoritmů uvnitř mobilů, než že by za to mohly objektivy samotné.

V budoucnu čekám ještě lepší detekci hloubky ostrosti a lepší práci s ní. Například při natáčení videa při chůzi na ulici se může ponechat jen postava vašeho kamaráda a pozadí se automaticky vymění. Stejně tak se může změnit osvětlení celé scény. Tohle je obecně složité, ale třeba se toho dočkáme aspoň ve specifických případech.

Některý software také už nyní podporuje editaci s využitím hloubky. Je tedy snadné například ztmavit nebe a vyhnout se při úpravě budovám okolo. Nečekejme dokonalý výsledek, ale opět – pro sociální sítě jde o bohatě dostačující operaci.

Díky stabilizaci objektivů a lepším technologiím senzorů také očekávám velmi vysoký dynamický rozsah při nehybných scénách, kde není složité nasbírat postupně hodně světla. Zmizí přepaly a zjemní se přechody barev. V tomto v budoucnu nebude rozdíl mezi mobilem a nejdražším profi fotoaparátem.

Stále asi zůstanou oříškem rychle se pohybující objekty nebo focení ve špatném světle.

Celkově se mobily budou technologicky dostávat stále výš a software jim v tom bude mocně pomáhat. Fotoaparáty a zejména objektivy vyšších tříd zůstanou jen pro ty, kteří chtějí co nejvyšší kvalitu ve všech možných podmínkách. Ale pro velkou většinu lidí a situací bude stačit chytrý telefon.

Poděkování

Nakonec bych rád poděkoval lidem, které jsem kvůli tomuto článku otravoval s mobilními experimenty. Týká se to Jiřího Dostála, Zdeny Klímové, Verunky Rudy, Libora Foltýnka a Richarda Schneidera. Ještě jednou děkuji!