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Das 100x-Märchen: Brennweiten und optischer Zoom im Smartphone erklärt

Das 100x-Märchen: Brennweiten und optischer Zoom im Smartphone erklärt

Handys mit optischem Zoom sind groß im Trend – ebenso wie die völligen Phantasiewerte, die die Hersteller für eine maximale Vergrößerung auf ihre Werbematerialien drucken. Was bedeutet "100x" überhaupt? Wir gehen der Frage nach Brennweiten, Zoomstufen und optischem Zoom im Smartphone nach.

Inhalt:

Hinweis: Nachdem dieser Artikel sehr technisch ist, findet Ihr am Ende jedes Abschnitts ein kurzes tl;dr mit den wichtigsten Learnings.

Grundlage: Bildwinkel, Brennweite und Äquivalent-Brennweite

Für das Verständnis dafür, was ein bestimmter optischer Zoom im Smartphone überhaupt bedeutet, müssen wir uns zunächst die Brennweiten ansehen. Die Brennweite einer Linse gibt die Entfernung zwischen der Linse und ihrem Brennpunkt an. Ein optisches System mit einer sehr hohen Brennweite bündelt das Licht also sehr weit hinter dem Objektiv. Eine hohe Brennweite bedeutet also einen geringen Bildwinkel – oder, umgangssprachlich, einen „starken Zoom“.

Leider hängt die Brennweite nicht alleine mit dem Bildwinkel zusammen. Eine ganz essenzielle Rolle spielt nämlich noch die Größe des Bildsensors hinter der Optik. Ein kleinerer Bildsensor würde beim gleichen Objektiv ja einen entsprechend kleineren Bildausschnitt aufnehmen – und "hätte damit mehr Zoom".

Verschiedene Sensor-Größen bei Smartphones

Um nun den Bildsensor aus der Gleichung herauszurechnen und verschiedenste Kameras miteinander zu vergleichen, gibt es den sogenannten Format- oder Crop-Faktor. Der Format-Faktor ist für einen Vollformat- beziehungsweise Kleinbild-Sensor als "eins" definiert. Der Crop-Faktor bezeichnet nun einfach das Verhältnis aus Vollformat-Diagonale zur Diagonale des jeweiligen Bildsensors. 

Multipliziert man nun die tatsächliche Brennweite einer Optik mit dem Crop-Faktor des Bildsensors, erhält man die Brennweite der Optik im Kleinbild-Äquivalent. Jene Angabe ist es auch, die sich zumeist in den Datenblättern von Smartphone-Herstellern findet. Das ergibt durchaus Sinn, denn die Äquivalent-Brennweite ist direkt proportional zum Bildwinkel und liefert somit einen vergleichbaren Wert über alle Smartphones und Kameras hinweg.

Brennweiten und ihre Bildwinkel

Brennweite im Kleinbildäquivalent Bildwinkel in der Diagonale
12 Millimeter 122,0 Grad
24 Millimeter 84,1 Grad
50 Millimeter 46,8 Grad
85 Millimeter 28,6 Grad
105 Millimeter 23,3 Grad

Pro-Tipp: Nahezu jede Kamera speichert in den EXIF-Daten der JPEG-Fotos allerlei Informationen über die verwendeten Einstellungen. Hier findet sich stets die reale Brennweite, und niemals die Brennweite im Kleinbildäquivalent. Das ist spannend für Datenblatt-Detektive: Kennt man die Äquivalentbrennweite, erlaubt das Verhältnis zur realen Brennweite einen Rückschluss auf die Sensorgröße. Während es in den Datenblättern gerne verschwiegen wird, verraten Hersteller an dieser Stelle, welch lächerlich winzige Sensoren in ihren Smartphone-Kameras stecken.

tl;dr: Um den "Zoom" verschiedener Kameras miteinander zu vergleichen, wird die Brennweite im Kleinbildäquivalent angegeben – denn sie korreliert direkt mit dem Bildwinkel. 24 Millimeter im Kleinbildäquivalent sind bei jeder Kamera gleich.

Was bedeutet optischer Zoom bei Smartphones?

Eine Brennweite im Kleinbildäquivalent definiert nun also genau, wie groß ein bestimmtes Objekt in einer bestimmten Entfernung von der Kamera auf dem Sensor abgebildet wird. Ein optischer Zoom bedeutet nun, dass die Kamera auf optischem Wege in der Lage ist, unterschiedliche Bildwinkel respektive Abbildungsgrößen durch ein Variieren der Brennweite zu realisieren.

AndroidPIT realme x3 superzoom image quality tele camera zooms
Ein digitaler Zoom hingegen ist nichts anderes als ein Zuschneiden des Fotos per Software, wodurch der Bildwinkel verkleinert beziehungsweise die Brennweite erhöht wird. Im Vergleich zum unbeschnittenen Foto bedeutet das natürlich einen Verlust an Auflösung. Ob per Photoshop (mitte) oder per "Hybrid-Zoom" (rechts) zugeschnitten wird, ist relativ egal. / © AndroidPIT

Um den Brennweitenbereich beziehungsweise die Flexibilität eines Objektivs zu verdeutlichen, hat sich in der Fotografie das Verhältnis aus kleinster zu größter Brennweite eingebürgert. Ein optisches System mit 25 bis 100 Millimetern hat einen vierfachen optischen Zoom – beziehungsweise hatte.

Denn die Marketing-Abteilungen der Smartphone-Hersteller haben sämtliche in der Fotografie etablierten Konventionen über Bord geworfen. Stattdessen schreibt man frisch-fröhlich irgendeinen Quatsch ins Datenblatt – Hauptsache es ist etwas mehr als die Konkurrenz, und der "doofe Kunde" kauft's ja eh. Oder?

Was bedeutet 30-fach optischer Zoom?

Die ersten Smartphones mit Dual-Kameras hatten typischerweise einen zweifachen optischen Zoom – die Brennweiten der beiden Optiken lagen bei ungefähr 25 und 50 Millimetern. Dann kamen die immer stärkeren Telesensoren, und aus dem zweifachen Zoom wurde irgendwann ein "5x" in der Kamera-App. Als der Ultra-Weitwinkel dann von LG-Smartphones in die breite Smartphone-Masse Einzug fand, wurde der gigantische Bildwinkel in stillem Einvernehmen überall als "0,5x" oder "0,6x" bezeichnet – also quasi als 0,5-fach-Zoom gegenüber der Hauptkamera.

Das Samsung Galaxy S20 Ultra als Beispiel bildet optisch Äquivalentbrennweiten von 13 Millimetern bis 103 Millimetern ab – und hat damit einen rund achtfachen optischen Zoom. Interessanterweise findet sich dieser Wert nirgendwo. Je nach Wohlwollen mag man das als Schludrigkeit seitens der Marketing-Abteilungen ansehen – oder als absichtliche, systematische Verdummung, um potenziellen Käufern Features aufzuschwatzen, die nicht halten, was sie versprechen.

AndroidPIT samsung galaxy s20 ultra review 24
Sorry, aber das ist nur noch blöd. / © AndroidPIT

tl;dr: Ein dreifacher optischer Zoom bedeutet, dass größte Brennweite des Kamerasystems geteilt durch kleinste Brennweite genau drei ergeben. Das Samsung Galaxy S20 Ultra hat einen achtfachen optischen Zoom.

100x und der Scheiß mit dem Hybrid-Zoom

Wo kommt dann also das "100x" her, den etwa ein Galaxy S20 Ultra so stolz auf dem Gehäuse trägt? Für einen 100-fachen optischen Zoom müsste ein Smartphone nun einen Brennweitenbereich von 13 bis 1300 Millimetern im Kleinbildäquivalent abdecken – und wäre wahrscheinlich etwa SO groß und teuer.

Die Antwort auf die Frage nach dem "Woher?" des 100x ist einfach: Aus der Phantasie von Samsungs Produktverantwortlichen. Im Gegensatz zu den optischen Zooms von "echten" Kameras hat dieses "100x" überhaupt keinen Bezug zu den optischen Fähigkeiten des Kamera-Systems. Stattdessen hat Samsung Pi mal Daumen irgendeinen Phantasiewert als Obergrenze für die Kamera gewählt.

Nachdem die jahrelange Aufklärungsarbeit von Technikjournalisten den Begriff "Digitaler Zoom" verbrannt hat, sind der "Hybridzoom" oder der "Space Zoom" die nächsten Säue, die durchs Marketingdorf getrieben werden. Unabhängig vom Namen bedeutet das aber nichts anderes als: Das ist ein digitaler Zoom ab dem Erreichen der maximalen optischen Brennweite.

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Die Bildqualität bei 100x ist zum Davonlaufen? Scheiss drauf, Hauptsache man kann's toll aufs Gehäuse schreiben. Das 100x-Bild sieht schon im Briefmarkenformat hier in der Collage matschig aus. Glaubt mir, größer wollt Ihr's nicht sehen. / © AndroidPIT

Ob nun ein 60x, ein 100x oder demnächst ein 200x Hybridzoom im Datenblatt steht, sagt nichts über die Bildqualität aus – sondern bestenfalls etwas über die Seriosität der Hersteller. Wenn Ihr wirklich wissen wollt, wie nah ein Smartphone bei gleichzeitig vernünftiger Bildqualität hineinzoomen kann, sind drei Werte wichtig:

  1. Die Brennweite des Teleobjektivs im Kleinbildäquivalent
  2. Der Bildsensor unter eben diesem Teleobjektiv
  3. Die Lichtstärke des Teleobjektivs

Die Brennweite des Teleobjektivs im Kleinbildäquivalent verrät Euch, wie gut das Smartphone durch optische Vergrößerung an entfernte Motive heranzoomen kann. Wenn das Verhältnis zwischen Märchen-Vergrößerung und optischer Vergrößerung zu weit auseinander driftet, muss das Handy digital zoomen – und die Bildqualität leidet.

Hier kommt nun der Bildsensor unter dem Teleobjektiv ins Spiel: Je größer dieser Bildsensor ist, desto mehr Licht fängt er ein – und desto besser ist die Bildqualität. Ein sehr großer Bildsensor liefert nicht nur bessere Fotos bei der optischen Vergrößerung durch das Objektiv – er bietet auch mehr Spielraum für einen digitalen Zoom.

Zu guter Letzt spielt noch die Lichtstärke beziehungsweise Blende des Teleobjektivs eine Rolle. Die Blende beschreibt nämlich, wie viel Licht der Sensor für das Foto zur Verfügung hat. Pauschal gesagt gilt: Je mehr Licht, desto weniger Rauschen und desto weniger Verwacklungsgefahr. Insbesondere Telekameras bei Smartphones leiden unter notorisch lichtschwachen Objektiven.

AndroidPIT Honor 30 Plus camera
Periskop-Linsen sind modern: Das Honor 30 Pro+ hat ebenfalls ein Objektiv mit sehr langer Brennweite. Das "50x Zoom" auf dem Gehäuse rechtfertigt das allerdings nicht. / © AndroidPIT

Diese drei Aspekte könnt Ihr aus dem Datenblatt auslegen. Gemeinsam mit der schwer quantifizierbaren Qualität der Kamera-Algorithmen sind sie maßgeblich für die Bildqualität verantwortlich. 

Weiterlesen: Blende in der Handy-Kamera: Was nutzt F1.7 im Smartphone?

Digitaler versus optischer Zoom: manchmal besser als sein Ruf

Aus den drei Punkten oben schließen aber auch Fälle, in denen ein digitaler Zoom seinem optischen Gegenpart überlegen sein kann. Beim Samsung Galaxy S20 beispielsweise war der Aufschrei in der Tech-Sphäre groß. Samsung bewirbt das Smartphone mit einem "3x Hybrid Optic Zoom". Das 64-Megapixel-"Teleobjektiv" hat in Wahrheit aber gegenüber der Hauptkamera nur einen 1,06-fachen optischen Zoom – und die restlichen 2,94-fach sind Hybridkack digital. Das ist ähnlich dreist wie dumm – und zurecht navh hinten losgegangen.

Denn während der Shitstorm absehbar war, ist der digitale Zoom im Samsung Galaxy S20 vermutlich besser als manch ein optischer Zoom. Denn der 64-Megapixel-Sensor ist mit 1/1,72 Zoll echt groß und bietet eine Fläche von etwa 40 mm2. Teilen wir den Sensor nun in neun gleich große Rechtecke und betrachten die mittlere Fläche als eigenständigen Sensor, landen wir in Sachen Sensorgröße ungefähr bei jenem 1/4,4-Zoll-Sensor, den Huawei in seinem zugegebenermaßen etwas betagten P20 Pro verbaut. Genau hinsehen lohnt sich.

AndroidPIT samsung s20 camera back
Hat was von Katzenfutter "Gourmet-Ente": Von dem dreifachen "Hybrid Optical Zoom" im S20+ sind nur zwei Prozent optisch, der Rest passiert digital. / © AndroidPIT

tl;dr: Ein sehr großer Sensor mit digitalem Zoom kann bessere Ergebnisse liefern als ein winziger Sensor mit optischem Zoom. Der Sensor entscheidet! In den allermeisten Fällen wir aber der optische Zoom im Vorteil sein.

Weiterlesen: Exmor, Isocell & Co.: Darum ist der Bildsensor im Smartphone so wichtig!

Kauftipp: Das beste Smartphone mit optischem Zoom

Welches Smartphone hat denn nun den besten optischen Zoom? Unsere bisherigen Tests deuten da tatsächlich auf das oben gescholtene Samsung Galaxy S20 Ultra hin. 

Allerdings: Das hat mit dem 100x im Datenblatt nichts zu tun. Vielmehr hat Samsung einen großen Bildsensor verbaut, der trotz der mageren Blende immer noch ausreichend Licht einfängt. Brauchbare Fotos bei hundertfacher Vergrößerung braucht Ihr übrigens nicht erwarten – ab ungefähr 10x ist schnell Schluss mit lustig, der Rest ist bestenfalls noch ein Party-Gag.

Wenn Ihr wirklich einen Allrounder für die Smartphone-Fotografie sucht, dann guckt lieber in den folgenden Artikel. 

Weiterlesen: Die besten Kamera-Smartphones: die perfekte Knipse für die Hosentasche

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Top-Kommentare der Community

  • Tim vor 5 Tagen

    Das ganze "Hybrid"-Blabla hat mich schon von Anfang an enorm genervt, als ich glaube Huawei mit dem Nonsense angefangen hat. Es ist und bleibt reiner Digitalzoom. Punkt.

    Immer toll, die Kamera-bezogenen Artikel von Stefan zu lesen!

19 Kommentare

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  • Ich habe seit einigen Tagen ein S20 Ultra 5G und muss sagen das Fotos mit 5x Zoom noch ganz gut werden, mit 10x Zoom je nach Motiv in Ordnung sind und alles darüber ist alles Spielerei und kaum zu gebrauchen wenn man gute Fotos möchte.
    Trotzdem ist der große Zoom ein nettes Gimmick mit dem man den einen oder anderen Schnappschuss auf große Entfernung machen kann wenn dabei die Fotoqualität nicht soooo wichtig ist.
    Aber mir war vor dem Kauf des S20 Ultra bereits bewusst das mehr als zehnfacher Zoom nur reine Spielerei ist. Somit bin ich auch nicht wirklich enttäuscht das es tatsächlich so ist wie erwartet.


  • Wenn man mal von den ganzen Marketingbegriffen absieht ist es aber schon erstaunlich, was so eine Minikamera mit der passenden Software im Smartphone leistet. Wer wirklich anstaendige Photos machen moechte, der soll sich auch das entsprechende Equipment kaufen.


  • Der 100-fach Zoom ist offensichtlich ein Schmarrn. Aber wie im Artikel richtig steht, muss man zwischenzeitlich genauer hinsehen, wenn es um die Zoomfähigkeit einer Kamera geht. Die neuerdings verbauten größeren und hochauflösenderen Sensoren lassen den typischen Qualitätsunterschied zwischen optischem und digitalem Zoom nicht mehr zwangsläufig zu.


  • Dennoch geht das Ganze in die richtige Richtung! Ohne Hersteller die nichts versuchen wird es auch keine Weiterentwicklung geben. In ein paar Jahren wird es dann anders aussehen aber das nur weil sich Hersteller getraut haben damit anzufangen. Ganz unnötig finde ich es daher nicht.


    • Brennweite benötigt Tiefe. Bei 8 bis 10 mm Gehäusedicke ISINs Grenzen vorgegeben. Die 8 - 10 mm sind zudem de Außenmaße, abzüglich Gehäusewand und Montage bleiben vielleicht 4 - 5 mm nutzbare Tiefe für die Brennweite. Da hilft auch keine Weiterentwicklung, das ist Physik!

      Man kann immer mehr digital ausgleichen und die Qualität ist über die Jahre besser geworden, das ist dann aber keine optische Lösung und diese Tricksereien können mit einer wirklich optischen Lösung nicht mithalten. Alleine schon, wenn man vergleicht, welche Bearbeitungen Objektivgläser echter Kameras erfahren.

      Ein Smartphone ist eine brauchbare Knipse. Mehr nicht! Auch wenn da noch soviel tolle Marketingworte erfunden werden. Huawei ist ja schon zweimal dadurch aufgefallen, nachgewiesenermaßen Fotos einer DSLR bei Ihren Handys abgebildet zu haben.

      Es bedarf immer zweier Gruppen: Die eine, die verarschen will und die andere, die sich verarschen lässt!


      • Naja es geht schon etwas mehr als 4-5mm. Der Telesensor eines iPhone 8 Plus (einfach weil das die längste Brennweite ohne "neue Technik" hat, die mir einfällt) hat trotz - inkl. Kamerabuckel - nur etwa 8,5mm eine Brennweite von 6,6mm.
        Zudem gibt es seit 1-2 Jahren die Persikopkameras, wodurch Huawei beim P30 Pro bspw. auf eine Brennweite von 14,5mm kam - obwohl das Smartphone selbst keine 10mm dick war ^^
        Aber ja, es bleiben Grenzen und auch mit zig Spiegeln geht irgendwann auch einfach der Platz aus.


  • Klasse geschrieben 👍🏻
    Danke!


  • Endlich mal ein Redakteur hier der die Wahrheit ausspricht.


  • Huawei hat sich auch mal wieder einen Fauxpas geleistet.
    Und zwar dichtet es Details hinzu und zwar so unverschämt, daß es schon wieder lustig ist.

    Auf computerbase.de wurde eine Statue aus der Ferne fotografiert. (glaube mit AI on)
    Diese Statue hat von Huawei zusätzlichen Bart bekommen und außerdem noch Augenbrauen.

    Der Tester (Huawei P40pro+ Review) hat nichts gemerkt aber in den Kommentaren (3 Seite) hat es der User "döspaddel" herausgefunden in die entsprechende Stelle gezeigt. Ein weiterer hat das mit den Augenbrauen herausgefunden.
    (falls sich das jemand anschauen möchte. Ich kann hier nichts verlinken)
    Es handelt sich um das "100fach" oder "50fach im Detail Bild" bei den Beispielbildern des Reviews.


    • Ich hab mir die Fotos gerade angesehen... das ist ja echt krass. Ich kann mich an die Diskussion mit einem Huawei-Mitarbeiter vor etwa drei Jahren erinnern, wo es um genau dieses Thema ging – Synthese von Details an Stellen, wo rein fotografisch aufgrund der physikalischen Hindernisse (Zoom, Licht, Mini-Sensor, Mini-Linsen...) keine mehr aufgenommen werden können.

      Die Frage ist dann allerdings: Was ist noch ein Foto im Sinne eines Zeitdokuments?

      Natürlich ist es super, wenn du mit der Handy-Knipse Bilder machst, die wie von einer DSLR geschossen aussehen. Mit feinen Texturen in Haaren, Blättern und anderen notorischen Schwachstellen von Smartphone-Kameras. Aber was, wenn Du ein Foto der abgebrannten Notre Dame machst – und Dein Smartphone erkennt, wo du bist und füllt das Bild deines Mini-Sensors mit Details des intakten Gebäudes auf?

      Es passt zu Instagram: perfekte Fotos für eine "perfekte Welt" – Realität, nein danke ;-)

      HEB


  • Das ganze "Hybrid"-Blabla hat mich schon von Anfang an enorm genervt, als ich glaube Huawei mit dem Nonsense angefangen hat. Es ist und bleibt reiner Digitalzoom. Punkt.

    Immer toll, die Kamera-bezogenen Artikel von Stefan zu lesen!


    • Am Ende muss auch eine entsprechende Software vorhanden sein mit der man eine gute Bildqualität hinbekommt.


      • Wie schön war es doch noch mit der analog Fotographie, dort war können der Fotografen noch entscheidend über ein gutes Bild und nicht Software.


      • Ich vermisse die Kameras auch mit den Fotofilmen zum einlegen. Wie war das noch? Man war im Urlaub oder bei einer Familienfeier oder sonst wo, hat seine Fotos gemacht eventuell hat man noch den Finger vor der Linse, dann bringt man die Bilder zum entwickeln und ist gespannt wie ein kleines Kind zu Weihnachten ,wenn man die Fotos wieder abholt und auspackt ob die überhaupt was geworden sind oder sogar der ganze Film war Schrott.


      • C. F.
        • Blogger
        vor 5 Tagen Link zum Kommentar

        Ich habe noch eine Canon AE1....🙄


      • Ich hatte mal die Sony QX10 und QX100 das war auch ein guter Ansatz


      • Ja waren, wurden aber vom Markt nicht angenommen. Daher wieder eingestellt. So ist das mit Ideen nicht alle kommen heute bei den Nutzern an.


      • Ich kann mich noch gut an die Dinger von Sony erinnern. Ich fand die Idee damals wirklich genial. Aber leider war die Kommunikation zwischen den Modulen und dem Smartphone damals einfach noch zu instabil und zu hakelig. Aber wer weiß – vielleicht taut ja jemand das Konzept bald wieder auf. Die Ricoh GXR mit den austauschbaren Sensor/Objektiv-Modulen fand ich damals beispielsweise auch toll, hat sich aber nie durchgesetzt, weil einfach zu teuer.

        Vielleicht sehen wir solche Kameras ja bald mit 5G-Verbindung, die dann direkt über die Cloud die Daten durch aufwändige Bildverarbeitungsprozesse aufgehübscht direkt auf jedes beliebige Endgerät schieben ;)

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