Dlaczego zoom cyfrowy nie dorówna optycznemu?

W sieci pojawia się coraz więcej głosów sugerujących, że bezstratny zoom cyfrowy jest przyszłością fotografii, nie tylko mobilnej. Nie mogę się jednak z tym zgodzić, ponieważ jeszcze przez długi czas zoom optyczny będzie dawał znacznie większe możliwości.

Dlaczego teoretycznie? Ponieważ rezygnujemy wtedy ze zmniejszenia obrazu (oversamplingu); obraz traci na jakości przez uwidocznienie niedoskonałości matrycy i optyki. Przy zdjęciach z wyższą czułością ISO będzie to jeszcze bardziej widoczne. Tę zależność pokazują poniższe zdjęcia. To wykadrowane elementy z górnych zdjęć. Dokładnie na tej samej zasadzie działa zoom cyfrowy. Mimo, że zdjęcia były robione pełnoklatkową lustrzanką z obiektywem klasy "L" widać zarówno zaszumienie, jak i niedoskonałości obiektywu, a zdjęcia były robione przy ISO 400 i 800.

O „bezstratnym“ zoomie możemy mówić tylko wtedy, gdy liczba pikseli na matrycy jest znacznie większa od liczby pikseli na końcowym zdjęciu.

Zoom optyczny działa na zupełnie innej zasadzie. Obiektyw ma określoną ogniskową, którą zazwyczaj przelicza się na ekwiwalent dla aparatów z tzw. pełną klatką. Takich, których wielkość matrycy jest taka sama jak klatka filmu 35 mm.

Podczas używania zoomu rzeczywista ogniskowa jest wydłużana o określoną krotność. Podstawowe aparaty mają zoom rzędu 3-5x, bardziej zaawansowane - 10-20x, a tzw. ultrazoomy nawet ponad 50x.

Używając zoomu optycznego, zmieniamy również perspektywę. Im większa ogniskowa, perspektywa robi się ciaśniejsza, bardziej płaska, a kąt widzenia mniejszy. Do tego w prosty sposób pozbywamy się zniekształceń, które powstają w momencie, gdy fotografujemy osobę/przedmiot przy zbyt krótkiej ogniskowej.

Porównanie zoomów w praktyce

Działanie zoomu optycznego możecie zobaczyć na poniższych zdjęciach robionych Canonem 5D mark II z obiektywem 24-70/2.8L. Zachowałem przy tym podobne wypełnienie kadru fotografowaną osobą, aby można było wyraźnie zobaczyć zmianę proporcji ciała.

Na poniższych zdjęciach i ja, i modelka staliśmy w jednym miejscu (prócz czwartego zdjęcia). Pierwsze zdjęcie to szeroki kadr, drugie efekt zoomu cyfrowego, trzecie – optycznego, czwarte to efekt zrobienia kilku kroków do przodu. Celowo domknąłem przysłonę do wartości f/8, aby nie zmniejszać znacząco głębi ostrości. Tło ma tu również niebagatelne znaczenie. Wybrałem również nieciekawe, aby pokazać co daje odseparowanie modelki od tła. Ostatnie zdjęcie dodatkowo zrobiłem przy przysłonie f/2.8. Na czwartym zdjęciu widać bardzo wyraźne przerysowania wynikające ze zbyt krótkiej ogniskowej.

Na zdjęciach poniżej zrobiłem zdjęcia iPhone'm 4s przy wykorzystaniu kadrowania w komputerze, zoomu cyfrowego i skrócenia dystansu między modelką a aparatem. Wyraźnie widać, że kadrowanie i zoom cyfrowy działają niemal tak samo, a podejście do modelki przerysowuje perspektywę.

Kolejną przewagą zoomu optycznego nad cyfrowym jest możliwość kontrolowania wspomnianej głębi ostrości, czyli określania, które obiekty na zdjęciu mają pozostać ostre, a które rozmyte.

W dużym uproszczeniu, najmniejszą głębię ostrości uzyskamy:

• używając obiektywu o dużej ogniskowej,
• obiektyw musi być maksymalnie jasny,
• fotografowany obiekt musi znajdować się maksymalnie daleko od tła,
• fotografowany obiekt musi znajdować się maksymalnie blisko obiektywu.

Z kolei największą głębię ostrości uzyskamy:

• używając obiektywu o krótkiej ogniskowej,
• przysłona w obiektywie musi zostać domknięta do maksymalnej wartości,
• fotografowany obiekt powinien znajdować się blisko tła,
• fotografowany obiekt nie może znajdować się blisko obiektywu.

To dwa skrajne przypadki. Wielkość matrycy nie pozostaje bez znaczenia – rzeczywista ogniskowa obiektywów w smartfonach jest kilku-kilkunastokrotnie mniejsza niż jej ekwiwalent, mimo że kąt widzenia będzie zbliżony do ogniskowej ok. 30 mm.

W aparatach/smartfonach bez zoomu optycznego nie mamy praktycznie żadnego wpływu na głębię ostrości. Jedyne, co możemy zrobić, to zmniejszyć odległość aparatu od fotografowanego obiektu. W efekcie tło zostanie delikatnie rozmyte.

Nawet jeśli użyjemy zoomu cyfrowego, czyli wytniemy jedynie kawałek kadru, nie będzie to miało żadnego wpływu na głębię ostrości czy zmianę perspektywy. Zoom optyczny daje kontrolę nad głębią ostrości, odseparowaniem obiektów od tła czy zagęszczeniem perspektywy, co widać na powyższych zdjęciach.

„Ale Nokia ma PureView“

Owszem, Nokia w modelu 1020 wykorztstała matrycę BSI ⅔ cala i obiektyw o jasności f/2.0, natomiast w 808 PureView matrycę w rozmiarze 1/1.2 cala, czyli niewiele mniejszą niż w bezlusterkowcach Nikona (seria 1) czy świetnym kompakcie Sony (RX100/RX100 mkII). W połączeniu z jasnym (f/2.4) obiektywem o ekwiwalencie ogniskowej 26 mm uzyskanie małej głębi ostrości jest rzeczywiście łatwiejsze niż np. w popularnym iPhonie, którego wielkość matrycy wynosi 1/3.2 cala, a jej powierzchnia jest prawie 6-krotnie mniejsza od matrycy Nokii.

W Nokiach są zatem dwa elementy, które umożliwiają uzyskanie małej głębi ostrości: duża matryca i jasny obiektyw. Brakuje jednak zoomu optycznego/większej ogniskowej. Żeby zrobić portret i nie narażać się na zniekształcenia wynikające z krótkiej ogniskowej, należy zwiększyć dystans między aparatem a modelką. Wtedy głębia ostrości znacząco rośnie, a po zastosowaniu zoomu cyfrowego wcale nie maleje.

„Ale zoom optyczny znacznie powiększy smartfona“

Fizyki nie da się oszukać – to prawda. Zoom optyczny zajmie więcej miejsca niż obiektyw stałoogniskowy. Samsung robi jednak podstawowy błąd, instalując 10-krotny zoom. Im większa krotność zoomu, tym obiektyw musi być większy. Jeśli firma zastosowałaby 3-krotny zoom, obudowa smartfona nie zwiększyłaby się znacząco.

Na koniec

Mam nadzieję, że przybliżyłem Wam zasadę działania tych dwóch typów zoomu. Zoom cyfrowy to, najkrócej mówiąc, wykadrowanie pełnego obrazu i jego interpolacja. Zoom optyczny to fizyczne zwiększenie ogniskowej umożliwiające odseparowanie obiektu od tła, zminimalizowanie zniekształceń i zacieśnienie perspektywy.

O ile wspomniany bezstratny zoom cyfrowy przyda się przy krajobrazach, w przypadku których głębia ostrości ma być duża, a przed samym obiektywem nie ma motywu głównego, o tyle w innych sytuacjach jego zastosowanie nie będzie niczym innym niż powiększeniem części zdjęcia. Twierdzenie, że bezstratny zoom cyfrowy działa tak samo jak optyczny, nie jest prawdziwe. To zwykły chwyt marketingowy.

Autor tekstu: