vivo zabrało nas do siedziby ZEISS-a - zobaczyliśmy, co naprawdę oznacza ich współpraca

 

vivo kładzie duży nacisk na fotografię mobilną, a modele z serii X należą do najbardziej zaawansowanych fotograficznie smartfonów na rynku. Na obudowach ich aparatów od lat widnieje również niebieskie logo ZEISS. Samo umieszczenie znanej marki na telefonie niewiele jednak mówi o tym, jak głęboka jest rzeczywista współpraca obu firm.

 

Dlatego vivo zaprosiło dziennikarzy do Oberkochen w Niemczech, czyli do siedziby ZEISS-a. W ciągu jednego dnia odwiedziliśmy laboratoria obrazowania, część zajmującą się produkcją optyki filmowej, muzeum firmy oraz uczestniczyliśmy w prezentacjach inżynierów odpowiedzialnych za rozwój aparatów w smartfonach vivo.

 

Znaleźliśmy też odpowiedź na pytanie: co właściwie ZEISS robi przy projektowaniu aparatu w smartfonie vivo?

 

 

Jak wygląda współpraca obu firm?

 

Współpraca vivo i ZEISS rozpoczęła się w 2020 roku i objęła 19 flagowych serii produktowych, ponad 45 certyfikowanych modeli oraz dziesiątki wspólnie rozwijanych funkcji. Z rozwiązań opracowanych w ramach partnerstwa miało skorzystać już około 38 mln użytkowników.

 

Inżynierowie wyjaśniali, że projektowanie modułu fotograficznego nie wygląda tak, że ZEISS przygotowuje gotowy obiektyw, a vivo montuje go później w smartfonie. W praktyce jest to zwykle projekt współpracy trzech stron, w którym uczestniczą vivo, ZEISS oraz producent konkretnych elementów optycznych. Producent musi od początku uczestniczyć w pracach, ponieważ konstrukcja obiektywu musi uwzględniać jego możliwości technologiczne, tolerancje produkcyjne, silniki autofocusu, wielkość modułu i oczywiście koszt. Projekt przechodzi więc wielokrotnie między wszystkimi trzema stronami.

 

Co więcej, kontakt nie ogranicza się do kilku spotkań przy okazji premiery urządzenia. W intensywnych etapach projektu zespoły R&D vivo i ZEISS rozmawiają praktycznie codziennie. Współpraca zaczyna się już na etapie tworzenia specyfikacji aparatu i ustalania jego podstawowych parametrów.

 

To istotna informacja, bo pokazuje, że w przypadku vivo znaczek ZEISS nie jest wyłącznie certyfikatem dodawanym do gotowego produktu, nawet jeżeli najistotniejszą rolą Zeissa jest bycie konsultantem stosowanych rozwiązań.

 

 

Smartfon niesie szereg wyzwań inżynierskich

 

Podczas zwiedzania laboratoriów bardzo dużo czasu poświęcono ograniczeniom, które odróżniają aparat smartfona od klasycznego aparatu fotograficznego.

 

Obiektyw powinien zebrać światło i doprowadzić poszczególne promienie do właściwego miejsca na matrycy. Im więcej powierzchni optycznych ma konstruktor do dyspozycji, tym więcej możliwości korygowania aberracji. Problem polega na tym, że w smartfonie wszystko musi być jednocześnie małe, lekkie i stosunkowo tanie. Moduł aparatu konkuruje o przestrzeń z baterią, płytą główną, antenami i pozostałymi podzespołami.

 

W praktyce oznacza to walkę o każdy milimetr sześcienny. Powiększenie modułu aparatu może oznaczać na przykład konieczność zmniejszenia akumulatora. 

 

 

Optyka i algorytmy są powiązane ze sobą

 

Inżynierowie ZEISS podkreślali, że im lepszy obraz trafi na matrycę, tym mniej trzeba później naprawiać programowo.

 

Dotyczy to między innymi aberracji chromatycznej, czyli kolorowych obwódek pojawiających się na kontrastowych krawędziach. Oczywiście można próbować usuwać je algorytmem, ale tam, gdzie jest to możliwe, partnerzy chcą ograniczać problem już na poziomie konstrukcji optycznej. Jak argumentowali przedstawiciele ZEISS-a, rozwiązanie problemu sprzętowo działa zawsze i nie wymaga późniejszego odgadywania przez oprogramowanie, co w obrazie było prawdziwym szczegółem, a co wadą optyki. 

 

Z drugiej strony nie oznacza to odrzucenia fotografii obliczeniowej. ZEISS wprost przyznaje, że współcześnie optyki, elektroniki i przetwarzania obrazu nie można już projektować niezależnie od siebie. W niektórych miejscach celowo pozostawia się określone niedoskonałości do korekcji programowej, jeśli pozwala to na przykład zmniejszyć grubość modułu i obniżyć koszt. Bezkompromisowa optyka jest zbyt duża, zbyt ciężka i kosztuje dosłownie setki tysięcy euro za pojedynczy egzemplarz.

 

 

Cyfrowy bliźniak obiektywu powstaje wcześniej niż sam obiektyw

 

Jednym z ciekawszych elementów prezentacji było pokazanie komputerowej symulacji optyki.

 

Zanim powstanie fizyczny prototyp modułu aparatu, jego konstrukcja może istnieć jako bardzo szczegółowy model cyfrowy. ZEISS wykorzystuje symulacje rozwijane wcześniej między innymi przy profesjonalnej optyce fotograficznej i filmowej. Można dzięki nim przewidywać przebieg promieni światła, miejsca występowania aberracji czy potencjalne problemy z odbiciami.

 

Dopiero później powstają rzeczywiste moduły, które można mierzyć w laboratorium. ZEISS porównuje wówczas wyniki fizycznego prototypu z wcześniejszym modelem i przekazuje uwagi zespołowi projektowemu.

 

To również tłumaczy, dlaczego udział firmy optycznej może być istotny długo przed pojawieniem się gotowego telefonu.

 

 

Czym właściwie jest „ZEISS Look”?

 

W prezentacji sporo miejsca poświęcono określeniu ZEISS Look, znanemu wcześniej przede wszystkim ze świata klasycznej fotografii i kinematografii.\

 

ZEISS wyróżnia w nim kilka elementów. Pierwszym jest możliwie naturalne odwzorowanie kolorów. Firma podkreśla, że mocne przetworzenie kolorystyki na początku pipeline'u utrudnia później odzyskanie neutralnego obrazu. Drugim jest wysoki mikro-kontrast, który wpływa na czytelność drobnych faktur i szczegółów. Trzeci element to określany jako „3D Pop” sposób oddzielenia ostrego głównego obiektu od tła.

 

W klasycznym aparacie efekt ten może wynikać bezpośrednio z właściwości obiektywu i dużej matrycy. W smartfonie część wyglądu trzeba odtworzyć programowo.

 

Stąd w telefonach vivo pojawiły się między innymi style portretowe inspirowane historycznymi konstrukcjami ZEISS-a, takimi jak Biotar, Distagon czy Sonnar. Ich zadaniem nie jest udawanie, że smartfon ma fizycznie ten sam obiektyw, lecz odwzorowanie charakterystycznego sposobu renderowania nieostrości — na przykład spiralnego bokeh Biotara albo innego kształtu jasnych punktów w tle. 

 

To interesujący przykład sytuacji, w której doświadczenie producenta tradycyjnej optyki trafia do smartfona nie jako element szkła, ale jako model matematyczny i algorytm.

 

 

Kluczowe znaczenie powłok antyrefleksyjnych

 

Innym charakterystycznym oznaczeniem spotykanym przy aparatach vivo jest ZEISS T*.

 

Historia powłok antyrefleksyjnych ZEISS sięga lat 30. XX wieku, ale dzisiejsze T* nie oznacza po prostu naniesienia jednej konkretnej warstwy na soczewkę. Chodzi raczej o zestaw rozwiązań mających ograniczać odbicia światła wewnątrz układu optycznego.

 

Bez odpowiednich powłok na każdej granicy materiałów tracona jest część światła. Przy wielu elementach problem zaczyna się kumulować, a jego skutkiem mogą być nie tylko flary i duszki, ale także spadek kontrastu oraz konieczność kompensowania mniejszej transmisji wyższym ISO albo dłuższym czasem ekspozycji.

 

Jedną z najbardziej widowiskowych demonstracji było zestawienie dwóch identycznych smartfonów, które różniły się między sobą tylko tym, że jeden z nich nie miał powłok antyrefleksyjnych T*. Po poświeceniu latarką prosto w obiektywy tych smartfonów różnicę było widać jak na dłoni.

 

Ciekawy jest też aspekt produkcyjny. ZEISS nie twierdzi, że wszystkie elementy aparatów vivo powstają w Niemczech - wręcz przeciwnie. W przypadku urządzeń mobilnych produkcja i nakładanie powłok odbywa się przede wszystkim u dostawców w Azji, bo wożenie elementów pomiędzy Chinami a Niemcami nie miałoby sensu. ZEISS określa jednak wymagania i nadzoruje jakość, a część jego zespołu pracuje bezpośrednio w Chinach.

 

To również ważne rozróżnienie: ZEISS nie znaczy automatycznie „Made in Germany”. Oznacza raczej udział firmy w projekcie, specyfikacji i kontroli jakości.

 

 

Jak zmieścić teleobiektyw w telefonie grubości kilku milimetrów?

 

Szczególnie dużo uwagi poświęcono teleobiektywom, bo właśnie tutaj ograniczenia fizyczne są najbardziej oczywiste.

 

Długa ogniskowa normalnie oznacza długi obiektyw. W smartfonie mającym kilka milimetrów grubości nie ma na niego miejsca. Rozwiązaniem jest konstrukcja peryskopowa, w której pryzmat zmienia kierunek światła i pozwala ułożyć dużą część toru optycznego wzdłuż obudowy telefonu. W bardziej zaawansowanych konstrukcjach dochodzą do tego ruchome elementy pozwalające ustawiać ostrość i jednocześnie kontrolować aberracje. 

 

Jeszcze dalej idzie zewnętrzny telekonwerter vivo ZEISS.

 

Pokazana podczas prezentacji konstrukcja wykorzystuje układ Keplera i składa się z 13 szklanych elementów o wysokiej transmisji rozmieszczonych w trzech grupach. Trzy elementy wykonano ze szkła o bardzo niskiej dyspersji, co pomaga ograniczać aberrację chromatyczną przy długich ogniskowych. 

 

W tym przypadku zamiast dalszego zwiększania zoomu cyfrowego dokładany jest do smartfona rzeczywisty układ optyczny.

 

To rozwiązanie dobrze pokazuje kierunek, w którym rozwija się fotografia mobilna: nie wszystko da się załatwić większą liczbą megapikseli i algorytmem.

 

 

ZEISS też czegoś nauczył się od vivo

 

Jednym z ciekawszych momentów dyskusji było przyznanie przez przedstawiciela ZEISS-a, że współpraca nie działa tylko w jedną stronę.

 

Partnerstwo wystartowało w grudniu 2020 roku, czyli w czasie pandemii. Przez około dwa i pół roku część inżynierów współpracowała praktycznie wyłącznie zdalnie i dopiero w 2023 roku spotkała się osobiście. Mimo tego udało się prowadzić regularny rozwój produktów. 

 

Inżynier ZEISS-a żartował, że gdyby firma samodzielnie zaprojektowała moduł aparatu do telefonu według swoich tradycyjnych zasad, prawdopodobnie uzyskałaby znakomitą jakość obrazu — ale moduł byłby za duży, za drogi i powstawałby latami. Klasyczne podejście mogłoby oznaczać dodanie kolejnego milimetra, droższego elementu czy następnej rundy prototypów dla niewielkiej poprawy parametrów.

 

Rynek smartfonów na to nie pozwala. Nowe flagowce pojawiają się bardzo szybko, objętość modułu jest ściśle ograniczona, a każda zmiana ma konsekwencje dla całego urządzenia. Przedstawiciele ZEISS-a otwarcie przyznawali, że tempo działania vivo było dla ich zespołu nowym doświadczeniem. 

 

 

Większa matryca nie zawsze jest odpowiedzią

 

Podczas sesji pytań pojawił się również temat coraz większych matryc w smartfonach.

 

Odpowiedź była dość pragmatyczna. ZEISS nie kwestionuje korzyści wynikających z dużego sensora, ale zwraca uwagę, że kolejne generacje matryc z mniejszymi pikselami potrafiły poprawiać parametry na tyle, że zmniejszenie pojedynczego piksela nie musiało automatycznie oznaczać pogorszenia końcowego zdjęcia.

 

W przypadku smartfonów format około jednego cala zaczyna już mocno zbliżać konstrukcję do fizycznych ograniczeń wynikających z grubości urządzenia. Jeszcze większa matryca wymagałaby większej odległości optyki od sensora, a w konsekwencji grubszego modułu aparatu i większej wyspy na obudowie. Dlatego według inżynierów samo hasło „większa matryca” nie powinno być celem — liczy się końcowa jakość obrazu i koszt kompromisów potrzebnych do jej uzyskania. 

 

 

Dlaczego ultraszeroki aparat często jest słabszy?

 

Padło również pytanie, które pojawia się regularnie w naszych testach: dlaczego w wielu smartfonach ultraszeroki aparat odstaje jakością od głównego i teleobiektywu?

 

Odpowiedź okazała się zaskakująco prosta — często nie wynika to przede wszystkim z ograniczeń technicznych, lecz z priorytetów projektowych.

 

Według informacji omawianych podczas prezentacji zdjęcia z ultraszerokiego aparatu mogą stanowić tylko około 9 proc. fotografii wykonywanych przez użytkowników określonych urządzeń. Skoro przestrzeń, koszt i czas prac są ograniczone, większe zasoby trafiają do głównego aparatu i teleobiektywu, jeśli właśnie z nich użytkownicy korzystają najczęściej. 

 

Nie znaczy to więc, że dobrego aparatu ultraszerokokątnego nie da się zrobić. Oznacza raczej, że w smartfonie producent musi zdecydować, gdzie wydać dostępny budżet objętości, kosztu i energii.

 

 

Wnioski po wizycie w Oberkochen

 

Logo ZEISS na wyspie aparatów, powłoki T*, tryb Natural Color czy profile portretowe inspirowane klasycznymi obiektywami, to nie jedyne elementy wynikające ze współpracy obu producentów. Po całym dniu w Oberkochen widać, że najważniejsza część tej współpracy odbywa się znacznie wcześniej.

 

To wspólne ustalanie parametrów aparatów, symulowanie układów optycznych, analiza, dobieranie kompromisów pomiędzy sprzętem i oprogramowaniem, konsultacje z producentami elementów, kontrola dostawców oraz wielokrotna weryfikacja fizycznych prototypów.

 

Jednocześnie ZEISS nie próbuje przenieść klasycznego obiektywu fotograficznego jeden do jednego do telefonu. Smartfon wymaga zupełnie innego podejścia. Trzeba zachować zasady optyki, ale zmieścić je w urządzeniu grubości kilku milimetrów, produkowanym w milionach egzemplarzy i zastępowanym nową generacją po roku.

 

I być może właśnie tutaj najlepiej widać sens całego partnerstwa. ZEISS wnosi ponadstuletnie doświadczenie w projektowaniu optyki i analizie obrazu, a vivo dokłada znajomość konstrukcji smartfonów, fotografii obliczeniowej oraz tempo charakterystyczne dla rynku mobilnego.

 

Dopiero połączenie tych dwóch światów pozwala zrozumieć, dlaczego współczesny aparat w smartfonie jest dziś czymś znacznie bardziej skomplikowanym niż kilka miniaturowych soczewek zamontowanych przed matrycą.