دوربین گوشی های هوشمند چگونه کار می کند؟ – بخش اول

اگر شما نیز یکی از دوستداران عکاسی با گوشی‌های هوشمند هستید، احتمالا علاقه‌مندید تا با مکانیزم چگونگی ثبت چنین تصاویری توسط دوربین گوشی های هوشمند آشنا شوید. بدین منظور در ادامه همراه ما باشید.

امروزه با پیشرفت گوشی‌ها و دستگاه‌های هوشمند، دوربین چنین محصولاتی نیز جایگرین خوبی برای دوربین‌های سنتی و یا دیجیتال محسوب می‌شوند. امروزه شرکت‌های فناوری و ساخت گوشی‌های هوشمند پای خود را جا پای کمپانی‌هایی قرار می‌دهند که زمانی به عنوان غول‌های عکاسی و تصویربرداری حکومت می‌کردند. در حقیقت گوشی‌های هوشمند سهم زیادی از تصاویر ثبت شده را در سایت‌های ثبت عکس مانند Flicker را به خود اختصاص داده‌اند که این موضوع می‌تواند به نوبه خود چالش بزرگی نیز محسوب شود.

اما آیا می‌دانید چه نوع دوربین‌ در یک گوشی هوشمند عملکرد خوبی دارد و چنین دوربین‌های کوچک و ظریف چگونه کار می‌کنند؟ و البته چگونه به راحتی یک لمس قادرند تصاویری عالی را ثبت نمایند؟ جواب این سوالات بسیار دقیق و جالب است. درواقع تصاویر باکیفیت ثبت شده توسط دوربین گوشی های هوشمند به واسطه سنسورهای کوچکی است که درون گوشی تعبیه می‌شوند. حال برای اینکه بیشتر در جریان چگونگی کار دوربین گوشی های هوشمند باشید می‌توانید ادامه مقاله را دنبال نمایید.

آنچه در این مقاله می‌خوانید:

دوربین گوشی های هوشمند چگونه کار می‌‎کنند؟

روند کلی فرایندی که دوربین گوشی‌های هوشمند برای ثبت یک تصویر طی می‌کنند، به مانند دوربین‌های دیجیتال SLR است. درواقع پس برای ثبت یک تصویر با مراحل زیر روبه‌رو هستیم:

1. کاربر و یا گوشی هوشمند به صورت خودکار لنز دوربین را متمرکز می‌کند و متناسب با سوژه، آن را تنظیم می‌نماید.
2. در این مرحله نور وارد لنز می‌شود.
3. دیافراگم میزان نوری که توسط لنز دریافت شده است را تشخیص می‌دهد.
4. حال به منظور ثبت تصویر، شاتر مدت زمان نوردهی و درواقع زمان قرارگیری حسگر دوربین در معرض نور را در لحظه باز و بسته شدن شاتر تشخیص می‌دهد. درواقع کار شاتر این است که در جلوی سنسور دستگاه قرار می‌گیرد و تا قبل از شروع ثبت یک تصویر، بسته است.
5. در این لحظه سنسور تصویر را ثبت خواهد کرد.
6. حالا نوبت پردازنده‌های سخت افزاری دوربین است که وارد عمل شوند و تصویر ثبت شده را ذخیره نمایند.

اکثر آیتم‌هایی که در مراحل بالا بیان کردیم توسط ادوات نسبتا ساده عکاسی پردازش خواهند شد، بنابراین عملکرد آن‌ها نیز براساس قوانین فیزیک قابل تعریف است. درنتیجه برخی از پدیده‌های ظاهری که بر روی تصاویر شما تاثیرگذار خواهند بود، براساس قوانین فیزیک، قبل از ثبت تصویر قابل پیش‌بینی هستند.

نکته قابل توجه در مورد دوربین گوشی های هوشمند، این است که معمولا آن‌ها در مراحل 2 تا 4 که در بالا بیان کردیم با چالش‌هایی مواجه خواهند بود. چراکه از لنز، دیافراگم و سنسور کوچکی برخوردار هستد. بنابراین در گرفتن نور مورد نیاز برای ثبت تصویر دچار مشکل خواهند شد. که اغلب شرکت‌ها برای تقویت چنین بخش‌هایی از دوربین گوشی های هوشمند، ترفندهایی را بکار می‌گیرند تا بدین وسیله بتوانند تصاویری نزدیک و گاهی حتی قابل رقابت با تصاویر ثبت شده توسط دوربین‌های دیجیتال را ثبت نمایند.

چه چیزهایی بر روی یک عکس خوب تاثیر دارند؟

یکی از مثال‌های جالبی که می‌توان آن را به مراحل ثبت یک تصویر خوب تعمیم داد، مثال جمع‌آوری آب باران در یک سطل است. درواقع جمع‌آوری آب باران به مانند جمع‌آوری و تامین نور مورد نیاز عکاسی خواهد بود. فکر کنید قرار است آب باران را در سطلی جمع‌آوری کنید. برای اینکه بهترین نتیجه دریافت شود، چه راهی پیشنهاد می‌دهید. جواب این سوال و بیان ارتباط آن با عکاسی در سایت Cambridge in Color چنین آمده است:

در عکاسی دستیابی به نوردهی صحیح درواقع به مانند جمع‌آوری قطرات باران در یک سطل است. با اینکه میزان باران غیرقابل کنترل است، در عین حال سه فاکتور وجود دارند که می‌توانید آن‌ها را کنترل نمایید. پهنا و قطر سطل آب، مدت زمانی که سطل را در باران قرار می‌دهید و میزان بارانی که قرار است، جمع‌آوری نمایید. در این مورد شما باید دقت داشته باشید که نه آب جمع‌آوری شده توسط سطل شما خیلی اندک باشد و همین‌طور نه خیلی بیشتر از ظرفیت سطل باشد. درواقع کلید دستیابی به یک حالت متعادل این است که عناصری مانند پهنا و قطر سطل، زمان و کمیتی که مدنظر است ترکیب خوبی را با هم تشکیل دهند و به خوبی به کار گرفته شوند. حال در عکاسی نیز تنظیمات دیافراگم، سرعت شاتر و سرعت ایزو (میزان حساسیت سنسور در برابر نور) به مانند قطر سطل، زمان و کمیت در مثال جمع‌آوری آب باران عمل می‌کنند. علاوه بر این، همان‎‌طور که میزان بارش از کنترل شما خارج است، نور طبیعی هم هم برای یک عکاس، همین حکم را دارد.

اگر عواملی که در مثال بالا بیان شد به خوبی رعایت شوند، دست به دست هم می‌دهند تا درواقع شما همان میزان آبی را که می‌خواهید، در سطل جمع نمایید. در مورد عکاسی هم چنین است. اگر شما بتوانید تنظیمات دیافراگم، سرعت شاتر و سرعت ایزو را به درستی تنظیم نمایید عکسی خوب و قابل قبول ثبت خواهید کرد. درواقع زمانی می‌گوییم که یک تصویر خوب و قابل قبول است که نما و زاویه در آن به درستی تنظیم شده باشد. بنابراین احتمالا متوجه این قضیه شده‌اید که قرار دادن تنظیمات دوربین گوشی در حالت خودکار باعث تنظیم صحیح عوامل بیان شده خواهد شد. اما برخی مواقع این موضوع باعث ایجاد ریسک می‌شود. درواقع گاهی با تنظیمات خودکار شاهد وجود نویز در تصویر و یا تیرگی و تاری خواهد شد. درواقع تنظیمات دوربین گوشی های هوشمند ، تنها تا اندازه‌ای به بهبود تصاویر کمک می‌کنند و این را می‌رساند که برخی از ویژگی‌هایی که توسط کارخانه‌ها بیان می‌شوند تنها بر روی کاغذ صحیح هستند.

تکنیک‌های فوکوس دوربین

یکی از مهم‌ترین تکیک‌هایی که باید در زمان عکاسی با دوربین گوشی های هوشمند مد نظر داشته باشید این است که شات دوربین (نمای سوژه مورد نظر) باید خیلی عمیق باشد. که البته به لطف فناوری‌های امروزی تنظیم این مورد در گوشی‌های هوشمند بسیار آسان است. درنتیجه اولین اقدام شما باید تنظیم لنز دوربین بر روی المانی یا نمایی باشد که قصد عکاسی از آن را دارید. این موضوع در مورد اکثر دوربین گوشی های هوشمند باید رعایت شود مگر اینکه شما از دوربین گوشی های هوشمند چون Moto E استفاده کنید چراکه در این صورت دوربین شما مجهز به فوکوس خودکار خواهد بود. در ادامه سه تکنولوژی را که باعث بهبود فوکوس در گوشی‌های هوشمند جهت عکاسی خواهند شد را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

پیکسل دوگانه

فوکوس اتوماتیک دوال پیکسل یا پیکسل دوگانه که نسبت به فناوری فوکوس اتوماتیک در دوربین‌های سنتی عملکرد بهتری دارد، نوعی از شناسایی سوژه و فوکوس محسوب می‌شود که لنر دوربین را بر روی نقاط بیشتری متمرکز خواهد کرد. به جای داشتن پیکسل اختصاصی در این فناوری، هر پیکسل که دارای دو فوتو دیود است می‌تواند تفاوت‌های ظریفی را نسبت به روش سنتی ایجاد نماید. چرا که در این حال عملیات فوکوس 80 درصد نیز سریع‌تر انجام خواهد شد و چندان مهم نخواهد بود که سوژه در چه فاصله‌ای از لنز دوربین قرار دارد. درواقع می‌توان از فوکوس اتوماتیک دوال پیکسل به‌عنوان یکی از موثرترین تکنولوژی‌ها در زمینه فوکوس خودکار نام برد.

تشخیص فاز

به مانند فوکوس اتوماتیک پیکسل دوگانه، تشخیص فاز نیز با استفاده از فوتو دیودها در سراسر سنسور، تفاوت‌ها را بررسی می‌کند و لنز را به سمت فوکوس بهتر بر روی عکس یاری خواهد کرد. با این حساب این فناوری به جای استفاده از تعداد زیادی پیکسل، از فوتو دیودهای اختصاصی استفاده می‌کند که باعث دقت بالاتر و سرعت بیشتر خواهد شد. این کارها به قدری سریع انجام می‌شوند که متوجه آن نخواهیم شد.

شناسایی کنتراست

بین سه تکنولوژی که در حال معرفی آن‌ها هستیم، تشخیص کنتراست از قدیمی‌ترین نمونه‌های این فناوری‌ها در دوربین به شمار می‌رود. درواقع با این فناوری، محدوده سنسور پیکسل به پیکسل بررسی می‌شود تا زمانی که به اندازه معینی برسد. تئوری پشت این فناوری نیز همان اندازه‌گیری لبه‌ای فوکوس است که راه قابل قبولی برای تفسیر میزان فوکوس دوربین خواهد بود. البته اگر عنصر مورد تمرکز متحرک باشد، سرعت رسیدن کنتراست به حد معین ممکن است به آرامی صورت پذیرد.

در لنز دوربین چه چیزی است؟

همیشه بررسی عناصر مختلف در فناوری به خاطر قابلیت‌های بالایی که دارند ممکن است اندکی دلهره‌آور باشند. اما خوشبختانه این مفاهیم درباره دوربین و لنز برخلاف آنچه که به نظر می‌رسد، خیلی پیچیده نخواهد بود. درواقع تمرکز اصلی ویژگی‌های لنز بر روی فاصله کانونی، دیافراگم و سرعت شاتر است. به این دلیل که گوشی‌های هوشمند شاتر مکانیکی ندارند و این کار به صورت نرم‌افزری با لمس دکمه دوربین صورت می‌پذیرد، پس به دو گزینه دیگر یعنی فاصله کانونی و سرعت شاتر می‌پردازیم.

در مورد فاصله کانونی باید بگوییم که عوامل مختلفی بر روی آن تاثیرگذار خواهند بود که تنها محدود به بازه‌ای از اعداد نخواهد شد. اما جالب است بدانید که در فاصله کانونی، اندازه فیزیکی لنز مد نظر نیست بلکه هدف، فاصله مرکز اپتیکی لنز تا سنسور دوربین در حالی که فوکوس بر روی بی‌نهایت تنظیم شده باشد، است که با واحد میلی‌متر بیان خواهد شد. استاندارد این اندازه در دوربین گوشی های هوشمند 35 میلی‌متر است که به آن‌ها لنزهای فول فریم استاندارد نیز گفته می‌شود و در دوربین‌هایی که فاصله کانونی لنز در آن‌ها کمتر از 35 میلی‌متر است لنزهای واید می‌گویند.

این در حالی است که دوربینی با یک سنسور کوچک ممکن نیست که دارای فاصله کانونی 28 میلی‌متری باشد. در نتیجه اگر چنین خصوصیاتی در برگه خصوصیات نیز ذکر شده باشد به این معنی خواهد بود که شما قادر نیستید به همان کیفیتی که تصاویر ثبت شده با لنزهای 28 میلی‌متری را زوم می‌کنید، تصاویر ثبت شده با این لنزها را نیز با همان کیفیت زوم کنید. چشم‌های بسیاری از انسان‌ها دارای فاصله کانونی 50 میلی‌متر هستند، بنابراین وقتی از یک لنز 50 میلی‌متری استفاده می‌کنید، همان بزرگنمایی را خواهید دید که با چشم معمولی می‌بینید. لنزهایی با فاصله کانونی کوتاه‌تر از 50 میلی‌متر زاویه دید بازتری را ارائه خواهند داد. از طرف دیگر لنزهایی با فاصله کانونی بیشتر از 50 میلی‌متر به دلیل اینکه زاویه دید کمتری دارند در عوض بزرگنمایی بیشتری را ایجاد خواهند کرد.

و حالا دیافراگم: اگر بخواهیم به زبان ساده بیان کنیم، دیافراگم به اندازه باز شدن لنزها در زمان عکاسی اشاره دارد. درواقع کار دیافراگم این است که دهانه لنز را باز می‌کند و اجازه می‌دهد تا نور موردنیاز به سنسور دوربین برخورد نماید. پس هرچه دریچه دیافراگم بزرگ‌تر باشد نوری که به سنسور دوربین وارد می‌شود بیشتر خواهد بود. از جنبه دیگر نیز گفتنی است که دیافراگم تاثیر بسزایی بر عمق میدان (فوکوس در نقاط تصویر) خواهد داشت و آن را کنترل می‌کند. این در حالی است که دیافراگم گسترده باعث کاهش عمق میدان خواهد شد و درواقع نقطه فوکوس تصویر را برجسته‌تر از پس زمینه نشان خواهد داد و دیافراگم باریک‌تر باعث افزایش عمق میدان می‌شود که برای استفاده در عکاسی ماکرو  (عکاسی از نمای نزدیک و به طور معمول سوژه‌های کوچک) و مناظر گزینه‌های مناسبی هستند.

در ƒ-stop کوچک حجم عظیمی از نور به لنز دوربین وارد خواهد شد و این اتفاق خیلی سریع رخ خواهد داد اما در ƒ-stop بزرگ‌تر که دیافراگم در کوچکترین وضعیت خود قرار دارد حجم نور کمتری وارد لنز می‌شود. پس می‌توانیم این گونه نیز بیان کنیم که دیافراگم گسترده درجه کمتر و دیافراگم کوچک‌تر اندازه بزرگ‌تر دارد.

خب اعدادی که برای سنجش دیافراگم بیان می‌شوند، به چه معنی هستند؟ درواقع دیافراگم براساس ƒ اندازه‌گیری می‌شود که درجه‌های در آن به میزان باز شدن لنز دوربین اشاره خواهد داشت. از نظر ریاضی نیز اندازه ƒ برابر نسبت فاصله کانونی به اندازه دریچه دیافراگم است. به‌عنوان مثال لنزی با فاصله کانونی 50 میلی‌متر و دریچه 10 میلی‌متری دارای ƒ/5 خواهد بود. درواقع اعداد در این اندازه‌گیری‌ها اطلاعات مهمی مانند اینکه چقدر نور به لنز خواهد رسید را در اختیار ما قرار می‌دهند. زمانی که اندازه دیافراگم تغییر کند میزان باز شدن لنز نیز دو برابر یا نصف خواهد شد.

با این حال نرخ دیافراگم مشابه در سنسورهای متفاوت به یک میزان نوردهی نخواهند داشت. درواقع اگر لنز دوربینی کوچک‌تر باشد و حتی اگر ضریب دیافراگم کمتری نیز داشته باشد لزوما، عملکرد آن نیز بهتر نخواهد بود. البته این حالتی است که می‌توانیم آن را در مقایسه دوربین گوشی با دوربین دیجیتال نیز بیان کنیم. با اینکه گوشی‌های هوشمند می‌توانند دیافراگم با کیفیت دوربین‌های دیجیتال را داشته باشند اما چون لنزهای کوچکتری دارند کیفیت تصویر در آن‌ها پایین‌تر خواهد بود.

در مثالی دیگر می‌توانیم بیان کنیم که در دوربین گوشی آیفون 6S با دریچه دیافراگم ƒ/2.2 عمق میدان برابر دریچه دیافراگم ƒ/14 یا ƒ/13 در دوربین دیجیتال است. پس همان‌طور که بیان کردیم کیفیت بالاتر دیافراگم در کیفیت تصویر تاثیری ندارد. درواقع این موضوع را اندازه لنز تعیین خواهد کرد. در بخش نظرات، دیدگاه خود را با ما به اشتراک بگذارید.