Pourquoi les super-zooms sont-ils petits mais les téléobjectifs géants sont-ils énormes?

Cette semaine, j'ai lu deux articles sur deux objectifs de caméra différents qui peuvent agrandir des objets très éloignés.

Le premier est le Nikon Coolpix P900 , qui est un appareil photo compact qui coûte 600 $, a un objectif superzoom optique 83x ("le même champ de vision qu'un objectif de 2000 mm sur un appareil photo plein format"), et permet vous voyez les cratères de la lune.

Le deuxième est l' objectif Canon EV 1200 mm f / 5,6 L USM , qui pèse 36 livres, coûte 180 000 $ et peut prendre des portraits de personnes à 800 mètres.

Un non-photographe pourrait demander: "Pourquoi quelqu'un dépenserait-il ses économies sur un gigantesque télescope d'objectif alors que vous pourriez prendre des photos lointaines avec un appareil photo portable au 1 / 300ème du prix?"

Eh bien, je suis essentiellement un non-photographe, et je voudrais poser cette question. Qu'est-ce que le grand vous donne que le petit ne fournit pas? Je comprends que de petits changements d'objectifs peuvent faire une grande différence de taille et de prix, mais cela semble être d'une échelle complètement différente.

Que se passe-t-il avec l'optique des objectifs qui fait que le petit peut être si petit et le grand doit être si ... grand?

J'essaie d'avoir une intuition de base pour ce qui rend les lentilles différentes, et je me rends compte que je ne comprends pas assez le fonctionnement des lentilles pour même savoir comment comparer ces pommes et ces pastèques.

L'objectif 1200 mm que vous citez est une aberration, car il est construit sur commande, pas un objectif généraliste - voir Pourquoi certains gros téléobjectifs sont-ils si chers par rapport aux télescopes? et pourquoi certains objectifs sont-ils si chers? . Mais la règle générale est vraie: les objectifs pour reflex numériques et la plupart des appareils photo sans miroir sont gigantesques par rapport à ceux des appareils photo superzoom. Il y a trois raisons générales à cela:

1. Le capteur de ces caméras superzoom a tendance à être petit - généralement 1 / 2,3 ", ce qui signifie" taille de vignette ". En revanche, les capteurs des reflex numériques haut de gamme sont généralement de la taille d'un film 35 mm traditionnel et ceux du milieu de gamme et des reflex numériques plus bas et des caméras sans miroir toujours essentiellement dans ce stade, et plusieurs fois plus grand que celui du superzoom. Cela signifie que l'objectif doit projeter un cercle beaucoup plus petit, et peut à son tour être plus petit.
2. Pas toujours, mais souvent, ces gros objectifs lourds ont des ouvertures maximales plus rapides. Cela nécessite un élément avant plus grand (au moins!) - ce qui signifie plus de verre, plus de dépenses, plus de poids. Il serait possible de concevoir un appareil photo superzoom avec un objectif plus rapide (ouverture maximale plus large), mais cela rendrait l'objectif plus grand (et probablement plus difficile à réaliser avec une gamme de zoom aussi gigantesque). Cela irait à l'encontre de l'objectif de conception, et donc vous ne le voyez généralement pas. En d'autres termes, c'est une sorte de tautologie: les caméras superzoom ont de petits objectifs avec une plage de zoom élevée parce qu'ils en ont .
3. Encore une fois pas toujours, mais aussi souvent: on attend plus des objectifs SLR, ils sont donc conçus pour répondre à des attentes plus élevées. Toute conception d'objectif est un compromis, en termes de taille, de poids, de coût ou de qualité d'image dans de nombreuses variantes différentes - voir Quelles caractéristiques de qualité d'image rendent un objectif bon ou mauvais? . La plupart des conceptions de superzoom priorisent cela, et permettent aux gens de vivre avec les résultats (en supposant des acheteurs moins pointilleux sur ce marché) ou d'appliquer automatiquement une correction logicielle étendue.

Cette incroyable plage de zoom est plutôt cool, et l'équivalent de la distance focale maximale semble incroyable. Mais vous en payez le prix. Le plus petit capteur recueille intrinsèquement moins de lumière, simplement parce qu'il y en a moins. Cela signifie plus de bruit, et il n'y a aucun moyen de tromper la physique sur celui-ci. En fait, vous pouvez simplement recadrer le centre d'une image DSLR avec l'un de ces gros objectifs, et obtenir probablement un résultat à peu près équivalent, même si la résolution serait nominalement inférieure (à moins que vous n'ayez un DSLR très haut de gamme). En effet, d'un point de vue pratique, le zoom est pratiquement impossible à distinguer du recadrage .

À titre d'exemple, voici un recadrage à partir d'une image que Kyla Duhamel a prise de son arrière-cour et publiée sur Flickr sous une licence CC-BY, en utilisant un zoom au niveau du consommateur pour un reflex numérique au niveau du consommateur.Même dans ce recadrage, il ne remplit pas le cadre, mais je pense que le détail réel est à peu près comparable à celui de la vidéo que vous avez lié.

C'est avec un objectif que beaucoup d'entre nous appellent également un "superzoom" (la terminologie est parfois déroutante!), Le Canon 18-200mm f / 3.5-5.6. Cet objectif pèse environ 1,3 livres et mesure 4 pouces de long - le Canon de qualité professionnelle 70-200 mm f / 2,8 (notez la plage de zoom réduite même si les deux finissent à 200 mm!) Pèse plus de deux fois cela, à 2,9 livres, et presque deux fois aussi longtemps, et peut probablement faire un peu mieux en détail - mais la lune n'est pas vraiment le principal différenciateur entre ces modèles. Au lieu de cela, c'est une netteté accrue et une distorsion et d'autres artefacts réduits, une ouverture maximale plus rapide, une construction plus solide, etc.

Vous encore faire avoir plus de taille, le poids et le coût, cependant. En échange, vous obtenez généralement une meilleure qualité d'image en dehors de cette situation "en rack tout le chemin" (et pas vraiment pire dans ce cas.)

L'objectif Canon a une distance focale de 1200 mm et une ouverture maximale de f / 5,6, tandis que l'objectif Nikon a une distance focale (à l'extrémité longue) de 357 mm et une ouverture maximale de f / 6,5. Ainsi, l'objectif Canon est plus long et a une ouverture plus rapide, ce qui nécessite un élément avant plus grand, 214 mm contre 55 mm. C'est une différence substantielle et rend le Canon plus grand, plus lourd et plus cher.

Le Nikon peut voir plus loin grâce à un capteur plus petit, c'est vraiment équivalent à prendre une photo et à recadrer une petite partie à la distance de l'image normale et à la faire exploser. Cela entraîne moins de détails de capture. En conséquence, l'objectif Nikon projette un cercle d'image beaucoup plus petit et capture moins de lumière, 15 fois moins en fait, ce qui signifie une image avec plus de bruit.

Ainsi, bien que l'objectif Canon soit plus cher, il donnera une image plus lumineuse et plus nette.

Un objectif et un capteur sont liés en taille. Le téléobjectif géant fonctionne contre un capteur qui est 6 fois plus long et 6 fois plus large que le capteur de la mini caméra superzoom.

Le résultat est une lentille où chaque élément est 6 fois le diamètre et 6 fois l'épaisseur. Les distances entre les éléments sont également agrandies d'un facteur 6. Et le résultat: 6 * 6 * 6 = 216 fois plus lourd! Et un objectif allongé de 8 cm mesurera plutôt 48 cm de long (3 vs 18 pouces).

Ensuite, le propriétaire d'un grand objectif souhaite également qu'il fonctionne mieux que ce mini zoom - il est donc plus précis et peut-être plus de composants de diamètre encore plus grand.

Et montez le prix et la taille ...

Pourquoi voudriez-vous acheter un bon objectif? Parce que ça prend de bonnes photos. Toutes choses égales par ailleurs, la qualité d'image et l'ouverture d'une focale fixe ne peuvent être obtenues avec un objectif zoom du même prix.

Le zoom a pour des raisons principales plus d'objectifs internes qui introduisent plus d'erreurs et plus de réflexion, et doit masquer ces erreurs avec une ouverture plus petite.

Pourquoi une grande ouverture est-elle souhaitable? Il vous donne la liberté de jouer avec la profondeur de champ, en floutant les arrière-plans; et cela vous permet évidemment de prendre une meilleure photo lorsque la lumière est faible. ¹ Une grande ouverture est également une indication de la qualité d'un objectif (si nous supposons que le producteur a la même norme de qualité d'image minimale pour chaque objectif à l'ouverture maximale). Un objectif à grande ouverture devrait donner une meilleure qualité d'image à l'ouverture d'un objectif à ouverture plus petite et moins cher avec une distance focale égale.

À titre d'illustration de l'importance de la qualité et de la profondeur de champ: j'ai déjà pris cette photo avec un Nikon 135 mm / f2 (bien que je ne me souvienne pas du réglage réel du diaphragme):

Une comparaison avec le Coolpix est un peu injuste car l'image a été réalisée sur un film 35 mm, ce qui permet d'avoir plus facilement une faible profondeur de champ; en tout cas je suppose que cette image serait impossible à prendre avec ce super zoom 83x. Le cadre, oui; mais le fond serait beaucoup moins flou.

Les principaux inconvénients des objectifs à grande ouverture sont leur taille, leur poids et leur valeur. Il n'est pas rare que les gens achètent du matériel extrêmement cher et ne l'apportent jamais nulle part car il est encombrant et pourrait également être volé ou endommagé, de sorte qu'ils finissent toujours par utiliser leur petit matériel bon marché tous les jours.