Může lepší objektiv zajistit lepší výkon levnějšího snímače

Zde je otázka, kterou slýcháme při vývoji fotoaparátu překvapivě často:

"Pokud použijeme lepší objektiv, můžeme získat lepší výkon z levnějšího snímače?"

Upřímná odpověď zní:

Ano – ale ne tak, jak si možná myslíte.

Lepší objektiv nedokáže magicky proměnit 5MP snímač na 8MP snímač. Nemůže zvýšit fyzický počet pixelů snímače, zlepšit jeho nativní dynamický rozsah ani eliminovat šum, který pochází ze samotného snímače.

Ale příběh má i druhou stránku.

Senzor může zaznamenat pouze optické informace, které k němu dosáhnou.

Pokud objektiv poskytuje špatné detaily, nízký kontrast, nedostatečné světlo nebo špatně kontrolované aberace, je dokonce i drahý snímač požádán, aby pracoval s kompromitovanými informacemi.

Na druhou stranu dobře navržený objektiv může pomoci dostupnějšímu snímači vydolovat mnohem více toho, čeho je ve skutečnosti schopen.

A tento rozdíl je extrémně důležitý při navrhování fotoaparátu citlivého na náklady.

Senzor nefunguje sám

Je lákavé považovat snímač za „motor“ fotoaparátu.

Ve skutečnosti je zobrazovací systém blíže týmu.

Čočka shromažďuje a organizuje světlo.

Senzor převádí toto světlo na elektrické signály.

ISP tyto signály zpracovává.

Software a AI pak interpretují výsledný obrázek.

Pokud je jedna část řetězu slabá, ostatní komponenty musí kompenzovat.

A kompenzace má své limity.

Představte si cenově dostupný snímač, který je dokonale schopen rozlišit určitou úroveň detailů.

Nyní před něj postavte nekvalitní objektiv.

Objektiv může tyto detaily rozmazat dříve, než se vůbec dostane k senzoru.

Senzor nemůže zaznamenávat informace, které mu nebyly nikdy doručeny.

To je důvod, proč může být nákup nejdražšího snímače a zároveň zacházení s objektivem jako s komponentou komodity překvapivě neefektivní strategií.

Lepší objektiv nepřidává pixely. Díky tomu jsou pixely užitečnější.

Toto je klíčová myšlenka.

Předpokládejme, že dva fotoaparáty používají přesně stejný snímač.

Fotoaparát A používá průměrný objektiv.

Kamera B používá lepší optický systém.

Specifikace snímače se nezměnily.

Oba mají stále stejný počet pixelů.

Obrázky ale mohou vypadat znatelně jinak.

Proč?

Protože počet pixelů je pouze částí příběhu.

Optický systém ovlivňuje:

Rozlišení

 Kontrast

 Přenos světla

 Zkreslení

Chromatická aberace

 Ostrost hran

Jednotnost obrazu

Lepší objektiv tedy může pomoci senzoru lépe využívat pixely, které již má.

Přemýšlejte o tom takto:

Sklad plný prázdných krabic neznamená, že máte více produktů.

Senzor vám dá krabice.

Čočka pomáhá určit, kolik užitečných informací se do nich dostane.

MTF: Kde se objektiv setkává se snímačem

Toto je místoMTF (modulační přenosová funkce)se stává užitečným.

MTF popisuje, jak efektivně optický systém zachovává kontrast na různých úrovních detailů.

Nemusíte se stát optickým inženýrem, abyste pochopili praktický význam.

Objektiv s dobrým výkonem MTF dokáže zachovat jemné detaily s užitečným kontrastem.

Objektiv se špatným výkonem MTF může tyto detaily proměnit ve stále slabší a rozmazané vzory.

To je zvláště důležité u moderních snímačů, kde mohou být velikosti pixelů velmi malé.

Snímač může mít technicky spoustu pixelů, ale pokud objektiv nedokáže dostatečně rozlišit prostorové detaily, tyto pixely nejsou využívány efektivně.

To je jeden z důvodů, proč dobře navržený optický systém může někdy způsobit, že fotoaparát bude „ostřejší“, i když se samotný snímač nezměnil.

Objektiv neupgraduje snímač.

Prostě to stále méně překáží.

Více světla může také změnit hru

Rozlišení není jediným problémem.

Výkon při slabém osvětlení je další oblastí, kde na kvalitě objektivu záleží.

Větší clona umožňuje, aby se k senzoru dostalo více světla.

Pro aplikace, jako je bezpečnostní dohled, venkovní monitorování, robotika nebo kamery vozidel, to může být obzvláště cenné.

Zvažte dva fotoaparáty používající stejný senzor.

Jeden používá objektiv s relativně malou světelností.

Druhý používá objektiv s větší světelností a lepší schopností shromažďovat světlo.

Ve světlém prostředí nemusí být rozdíl dramatický.

V noci to může být mnohem zřetelnější.

Druhý fotoaparát může být schopen udržovat nižší úroveň zisku, lepší expozici a čistší obrazové informace.

To neznamená, že objektiv zlepšil šumové charakteristiky snímače.

To znamená, že objektiv poskytl snímači lepší optický signál.

A někdy je to polovina úspěchu.

Kde lepší objektiv nepomůže

Je důležité to nepřeprosit.

Lepší objektiv má své limity.

Pokud má snímač:

Špatný dynamický rozsah

Vysoký čtecí šum

Nízká kvantová účinnost

Omezený barevný výkon

Nedostatečný počet pixelů

objektiv nemůže tyto problémy zcela vyřešit.

Stejně tak objektiv nedokáže změnit snímač s nízkým rozlišením na snímač s vysokým rozlišením.

Neexistuje žádný optický ekvivalent tajného upgradu firmwaru snímače.

Pokud to někdo slibuje, buďte podezřívaví.

Dobré optické inženýrství je o maximalizaci výkonu systému – nikoli o provádění zázraků.

Skutečnou příležitostí je přizpůsobení systému

Nejzajímavější otázka není:

"Co je lepší, drahý snímač nebo drahý objektiv?"

To je:

"Jak by se měl objektiv a snímač sladit?"

Zde se stává cenným zkušený optický design.

Čočka by měla být hodnocena podle skutečného snímače:

Formát snímače

 Velikost pixelů

Aktivní oblast obrázku

Požadavky CRA

Požadované rozlišení

 Zorné pole

 Clona

Obrázkový kruh

Například použití objektivu s extrémně vysokým rozlišením a snímačem s relativně nízkým rozlišením může poskytnout jen malý praktický přínos.

Ale použití špatně přizpůsobeného objektivu se schopným snímačem může zanechat na stole značný výkon.

Sladká tečka je někde mezi.

To je místo, kde je optimalizace nákladů zajímavá

Pro výrobce fotoaparátů to může mít zásadní komerční dopad.

Představte si, že produkt potřebuje dosáhnout konkrétního cíle kvality obrazu a přitom zůstat v rámci přísných nákladů na kusovník.

Zřejmý přístup je často:

"Pojďme koupit lepší senzor."

Někdy je to správná odpověď.

Někdy je však lepší přístup podívat se na celý zobrazovací systém.

Mohla by lepší optická konstrukce umožnit cenově dostupnějšímu snímači dosáhnout požadovaného výsledku?

Mohla by větší clona zlepšit výkon při slabém osvětlení natolik, aby se snížila potřeba agresivního zpracování obrazu?

Mohl by lepší výkon okraje zlepšit detekci AI bez zvýšení rozlišení snímače?

Mohlo by lepší přizpůsobení snímače a objektivu poskytnout požadovanou kvalitu obrazu bez pouhého přidání dalších megapixelů?

To jsou mnohem zajímavější inženýrské otázky.

A mohou mít přímý dopad na cenu produktu.

Dobrý objektiv může být chytřejší upgrade

To je důvod, proč jsme naOptika Boshičasto se na fotoaparát dívejte jako na kompletní optický systém, než abyste hodnotili čočku izolovaně.

Bezpečnostní kamera, dron, automobilová kamera, robot, průmyslová kamera nebo lékařské zobrazovací zařízení mohou mít úplně jiné priority.

Nejlepší optické řešení nemusí být nutně to nejdražší.

Je to ten, který poskytuje senzoru správný druh informací pro danou úlohu.

V Boshi Optics zahrnuje vývoj a výroba optiky aplikace včetně bezpečnostního dohledu, AI vidění, dronů, automobilového zobrazování, lékařských zařízení a dalších zobrazovacích systémů. Tento přístup založený na aplikacích pomáhá inženýrům vyvážit rozlišení, clonu, zorné pole, velikost, zkreslení a další požadavky, než aby se jednoduše hnali za nejvyššími specifikacemi.

Může tedy lepší objektiv zajistit lepší výkon levnějšího snímače?

Ano, ale s důležitou kvalifikací.

Lepší objektiv fyzicky snímač nezlepší.

Dělá něco realističtějšího:

Může pomoci senzoru fungovat blíže jeho skutečnému potenciálu.

Dobrá optika může senzoru poskytnout lepší detaily, užitečnější světlo, silnější kontrast a konzistentnější kvalitu obrazu.

Pro nákladově citlivý vývoj fotoaparátu to může být velmi chytrá strategie.

Protože někdy odpověď není:

"Kupte si dražší senzor."

Někdy je to:

"Přestaňte pracovat se snímačem s průměrným objektivem."

A to je rozhovor, který stojí za to vést, než se další projekt kamery zablokuje v kusovníku.