Gli smartphone hanno aperture regolabili?

Ecco qui... questo viene da un Huawei P9, che ha un sistema a doppia fotocamera (una a colori, una monocromatica) che hanno sviluppato con Leica. Si può impostare l'apertura tra f/0.95 e f/16.

Solo una cosa... è un trucco di magia. O, tecnicamente parlando, un trucco software. Stanno facendo una "mappatura della profondità" basata sull'analisi del parallasse tra le due fotocamere, e usando un software per defocalizzare lo sfondo quando si "apre" il diaframma.

Apertura fissa, e questa è una buona cosa

Gli smartphone non hanno un'apertura variabile. Il problema fondamentale è che gli smartphone hanno sensori molto piccoli, cioè pixel molto piccoli, di solito nell'ordine di 1,0μm-1,5μm. Le piccole dimensioni dei pixel possono provocare molto facilmente la diffrazione. La luce che passa attraverso un'apertura viene piegata - diffratta - da quell'apertura. E più piccola è l'apertura, maggiore è la curvatura. Ciò significa che un punto perfetto di luce non si presenta sul tuo sensore come un punto perfetto di luce, ma come un disco (chiamato il disco di Airy, da George Airy, il tizio che per primo ha elaborato la matematica). Un'apertura più ampia diffrange meno, un'apertura più stretta diffrange di più.

Se quel disco di Airy - il cui centro definisce la caratteristica minima che l'obiettivo può risolvere - è più grande della dimensione dei pixel della tua fotocamera, la tua fotocamera non fornirà effettivamente la risoluzione stampata sul davanti, ma qualcosa di meno. Questo si chiama "limitazione della diffrazione" - la risoluzione effettiva si basa sulla lente e sulla dimensione dei pixel, non è più legata al numero di pixel. Questo è il motivo per cui le fotocamere con piccoli sensori non hanno impostazioni di apertura; le loro lenti sono fisse. Quindi, in pratica, se dovessi abbassare l'obiettivo del tuo smartphone anche di un solo stop, l'immagine inizierebbe a sfocarsi.

Non è solo il tuo smartphone

Questo non è un problema esclusivo degli smartphone. La maggior parte delle fotocamere "punta e scatta" non hanno regolazioni del diaframma. E in effetti, un bel po' di fotocamere point and shoot sono già limitate dalla diffrazione. Se comprate una piccola macchina fotografica tascabile con uno zoom 10:1 o migliore e un'apertura massima di f/3.0-f/3.5, probabilmente otterrete circa 10-12 megapixel di risoluzione effettiva su quel sensore da 1/2.3″, indipendentemente dalla risoluzione del sensore.

Una ragione per cui gli smartphone hanno preso piede come macchine fotografiche è che, a differenza delle fotocamere P&S economiche, non sono state tipicamente limitate dalla diffrazione. Hanno avuto la tendenza a cavalcare il bordo, quindi f/2.2 per un sensore da 8 megapixel su un chip da 1/3″, f/1.8 per un sensore da 16 megapixel su un chip da 1/2.6″, tutto buono, ma davvero non esagerato.

Perché non fare il telefono con un sensore più grande? Questo aumenta la lunghezza focale necessaria dell'obiettivo per fornire lo stesso angolo di vista, e impone un obiettivo fisicamente più grande per provare il cerchio dell'immagine più grande necessario per coprire il sensore. Entrambe queste cose vanno contro la tendenza dei telefoni sottili. L'obiettivo tipico di uno smartphone ha una lunghezza focale di 4-5 mm, che va bene per un telefono spesso 7 mm e un obiettivo grandangolare, che è quello che generalmente si ottiene. Quando Apple ha messo una lente normale-tele nel suo iPhone per la "modalità ritratto", hanno effettivamente ridotto il sensore a 1/3.6″, al fine di essere in grado di utilizzare una lente di lunghezza focale più corta come una normale-tele, piuttosto che fare un telefono più spesso. Tutti gli scatti in modalità ritratto di Apple sono limitati dalla diffrazione, ma una messa a fuoco più morbida nei ritratti non è di solito un problema per i fotografi occasionali.

Anche le videocamere professionali in stile classico non hanno regolazioni del diaframma; spesso avevano qualche filtro a densità neutra incorporato, ma quando si ha a che fare con tre chip con sensore da 1/4″ o 1/3″, qualsiasi arresto verso il basso porta alla diffrazione che limita l'immagine.

Si deve salire a una costosa fotocamera con sensore da 1″ come una Sony RX-100 prima di trovare di solito una regolazione del diaframma. Su una fotocamera Micro Quattro Terzi, probabilmente non vedrete effetti di diffrazione fino a dopo f/8.0, su una fotocamera full frame 35mm, probabilmente dopo f/11. Questo è il motivo per cui la maggior parte degli obiettivi 35mm non vanno a f/32 e nessuno va a f/64. Su una fotocamera di grande formato, f/64 è un'opzione comune.

Un esempio reale

Recentemente ho ricevuto una "lente" stenopeica da una società chiamata Thingify per il mio sistema Micro Quattro Terzi. Una macchina fotografica a foro stenopeico ha tipicamente un'apertura molto piccola, ma man mano che si riduce l'apertura, l'immagine diventa più nitida... o lo sarebbe, se non fosse per la diffrazione.

Ecco lo scatto attraverso un obiettivo Zuiko 25mm f/1.8 a f/16. C'è probabilmente qualche piccola sfocatura da diffrazione, ma è abbastanza nitida.

Ecco la lente stenopeica impostata a 0,50mm. Questo è anche un obiettivo da 25mm - la distanza tra il foro stenopeico e il sensore, quindi l'apertura è semplicemente 25mm / 0.50mm = f/50. Ma come vedrete, la sfocatura è una cosa da foro stenopeico.

Ora ho scattato con un foro stenopeico di 0,15mm, per un'apertura di f/166,67. Non è neanche lontanamente nitida come l'immagine dell'obiettivo, ma molto più nitida. Potreste anche notare alcuni punti... Avevo un filtro UV sulla lente stenopeica, e una caratteristica interessante delle fotocamere stenopeiche è che tutto è a fuoco. Anche la polvere sul filtro.

Con un'apertura di 0,10mm, che fornisce f/250, stiamo chiaramente iniziando a vedere più sfocatura, anche se ci si potrebbe aspettare che il foro stenopeico più piccolo fornisca un'immagine più nitida. Qui è dove la diffrazione inizia a dominare. Naturalmente, con una lente ottica più nitida e/o pixel più piccoli, si vedrà l'effetto della diffrazione con aperture maggiori.