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

در ادامه مقاله قبل درباره نحوه کارکرد دوربین گوشی های هوشمند ، بر آنیم تا موارد دیگری را در این زمینه با شما بررسی کنیم. پس اگر همچنان سوالاتی درباره نحوه کار دوربین گوشی های هوشمند دارید با ما همراه باشید.

در ادامه نوشتار پیشین درباره دوربین گوشی های هوشمند که در اینجا می‌توانید آن را مشاهده کنید، باید بگوییم که مبحث مربوط به این تکنولوژی کوچک اما پیچیده در گوشی های هوشمند به قدری گسترده است که شاید روزها بررسی آن به طول انجامد. درنتیجه ما در ادامه مطالب قبلی، موارد باقیمانده در زمینه چگونگی کار دوربین گوشی های هوشمند را مورد بررسی قرار می‌دهیم. بادآوری می‌کنیم مطلب تا بدین‌جا رسیده بود که ما تاثیر دیافراگم را در لنز دوربین بررسی کردیم و حالا کار را تعریف با شاترهای الکترونیکی ادامه می‌دهیم.

آنچه در این مقاله می‌خوانید:

نحوه کارکرد دوربین گوشی های هوشمند

شاترهای الکترونیکی

پس از دیافراگم، سرعت شاتر نیز موضوع مهم دیگری است. اگر سرعت شاتر خیلی کم باشد تصاویری تیره و تار و را ثبت خواهد کرد و اگر خیلی سریع باشد نیز باز هم در کیفیت تصویر تاثیرگذار خواهد بود. درواقع تنظیمات مربوط به شاتر در گوشی هوشمند شما به طور پیش‌‌فرض اعمال شده است که با این حال بد نیست که اندکی درباره آن بدانید.

به مانند دیافراگرام، شاتر نیز قابل تنظیم است و میزان جمع‌آوری نور را می‌توان از طریق تنظیماتی بر روی آن اعمال کرد. این تنظیمات را به میزان 2x می‌توان افزایش و یا کاهش داد. درواقع اگر تنظیمات یک شاتر بر روی 1/30 ثانیه باشد تصویر ثبت شده توسط آن از شاتری که تنظیمات آن بر روی 1/60 ثانیه است، روشن‌تر خواهد بود. از آنجایی‌که متغیر اصلی که شما در اینجا تغییر می‌دهید زمان ثبت تصویر است، پس خطاهایی که ممکن است رخ دهد به کوتاهی زمان ثبت تصویر و یا طولانی بودن آن مربوط خواهد بود. برای مثال یک شاتر آهسته ممکن است تصویری تار و یک شاتر پرسرعت و سریع نیز ممکن است تصویری را به ارمغان آورد که واضخ نیست.

با این حساب که گوشی‌های هوشمند دستگاه‌های کوچک هستند و امکانات بسیار زیادی را نیز در خود جای داده‌اند، پس نباید گله‌مند شد که چرا شاتر مکانیکی برای دوربین در این نوع از دستگاه‌ها به مانند دوربین‌های مخصوص عکاسی وجود ندارد. پس درنتیجه این دستگاه‌ها از شاتر الکتریکی استفاده می‌کنند اساساً زمانی که شما با گوشی خود سوژه‌ای را برای عکاسی انتخاب می‌کنید و بعد از اعمال تنظیمات شاتر الکتریکی را لمس می‌کنید، درواقع این حرکت به سنسور دوربین پیام می‌فرستد تا زمانی مشخص صحنه مورد نظر را ثبت نماید. بعد از لمس شاتر، عملیات ثبت از بالا به پایین انجام خواهد شد. به‌عنوان مثال به همین دلیل است که زمانی از جسمی در حال حرکت سریع عکس می‌گیرید تصویر آن کج و خراب خواهد شد. از طرف دیگر چنین مکانیزمی (شاتر الکتریکی) برای کمک کردن وزن گوشی نیز اقدامی مناسب خواهد بود.

جالب است بدانید که سرعت شاتر، اولین چیزی است که دوربین گوشی های هوشمند در نور کم تنظیم می‌نماید. اما با این حال متغیرهای دیگر با توجه به حساسیت‌های موجود تنظیم می‌شوند. به‌عنوان مثال اگر سرعت شاتر کم باشد حتی لرزش دست نیز می‌تواند اولین چیزی باشد که تصویر شما را تار کند. البته برخی از گوشی‌ها مکانیزم جبران‌کننده‌ای برای چنین مشکلاتی دارند. به‌عنوان مثال با حرکت دادن سنسور یا لنز به روشی خاص می‌توانید برخی از تاری‌های ناشی از حرکت و یا لرزش را از بین ببرید.

حساسیت دوربین چیست؟

درواقع موضوعی که در اینجا مطرح است حساسیت ایزو (ISO) نام دارد. حساسیت ایزو بیانگر خوبی برای میزان حساسیت به نور است. به طور کلی با تنظیم حساسیت ایزو به دوربین خود می‌گویید که به چقدر نور نیاز دارید تا تصویر نهایی شما به اندازه کافی روشن باشد. هر چقدر عددی که اندازه حساسیت ایزو را نشان می‌دهد کمتر باشد، نور کمتر می‌شود و هر چقدر این عدد بیشتر باشد دوربین برای عکاسی در محیط‌های تاریک عملکرد بهتری از خود نشان خواهد داد.

اگر به تصاویری که تاکنون توسط دوربین گوشی های هوشمند خود ثبت کرده‌اید نگاه کرده باشید، ممکن است متوجه شوید که برخی از آن‌ها دارای نقطه‌های قرمز یا نقاط رنگارنگ نویز مانند هستند که در این صورت می‌توان بیان کرد، چنین تصاویری از نور کافی برخوردار نبودند. اساساً چیزی که ما از میزان نور یک عکس دریافت می‌کنیم مربوط به سیگنال‌های نوری است که از سوژه به سنسور دوربین برخورد می‌کند و تصویر را شکل می‌دهند. حال اگر این میزان نور در محیط به اندازه کافی نباشد، باعث ایجاد نویز خواهد شد.

از طرف دیگر علاوه بر تاثیر نور در به وجود آمدن چنین تصاویر پر از نویزی، عواملی مانند گرما، رابط الکترومغناطیس و دیگر منابع نیز ممکن است باعث چنین اختلالی شود. به‌عنوان مثال جالب است بدانید که اگر تلفن شما بیش از حد گرم شده باشد، می‌تواند کیفیت تصاویر ثبت شده را کم کند و یا اینکه تصاویری دارای نویز را ثبت نماید. درنتیجه اگر می‌خواهید از این دست مشکلات در امان بمانید و بتوانید حتی در محیطی با نور کم، تصاویری با کیفیت ثبت کنید باید به سراغ دوربین گوشی های هوشمندی بروید که سنسورهای بزرگ‌تری دارند؛ چراکه در این حالت می‌توانند نور بیشتری را جذب نمایند. نور بیشتر به این معنی خواهد بود که نقاط کمتری برای تشکیل تصویر استفاده خواهد شد و درنتیجه می‌توان بیان کرد که در نور کم، همه عناصر تشخیص داده نمی‌شوند و این امر باعث می‌شود تعداد این نقاط بیشتر شده و از کیفیت تصویر کاسته می‎شود و در نتیجه با تصویری پر از نویز و دانه‌های کوچک مواجه خواهیم بود.

پس در دوربین گوشی های هوشمند ، سنسور کوچک‌تر نقاط بیشتری را برای تشکیل تصویر استفاده خواهد کرد و احتمال وجود نویزهای بیشتر در آن زیادتر خواهد بود. در مورد دوربین گوشی‌های هوشمند نیز باید بگوییم که دستیابی به تصاویر با کیفیتی با لنزهایی کوچک و در عین حال در نور محدود، کاری بسیار سخت است. چراکه سنسورهای کوچک، نویزهای بیشتری را تولید خواهند کرد و برقراری تعادلی در این بین یعنی بین اندازه سنسور دوربین و نور دریافتی محیط موضوعی چالش‌برانگیز خواهد بود.

همان‌طور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید در تصویر سمت چپ می‌توانیم جزئیات بیشتری را ببینیم اما در تصویر سما راست، نویزها باعث می‌شوند تا برخی از جزئیات نشان داده نشود.

با این حساب دوربین‌ها با استفاده از الگوریتم‌های کاهش نویز می‌تواند تا اندازه‌ای نیز نویزها را کاهش دهند. درواقع این الگوریتم‌ها نویزها را شناسایی کرده و در مرحله پردازش نسبت به پاک کردن آن‌ها اقدام می‌کنند. اما باز هم هیچ الگوریتیمی در دوربین گوشی های هوشمند کامل نبوده و این وظیفه به نرم‌افزارهایی محول می‌شود که برای این منظور طراحی شده‌اند. این نرم‌افزارها با دستورالعمل‌هایی که به کار می‌گیرند می‌توانند عملکرد موفقی در این زمینه داشته باشند. از طرفی کابران باید در این موارد دقت کافی را داشته باشند چراکه برخی از الگوریتم‌ها در نرم‌افزارها چنان در پاک کردن نویز قوی هستند که ممکن است وضوح تصویر را کم کنند. همچنین حالت دیگری هم وجود دارد که نویز در تصویر شما به اندازه کافی باشد؛ اما تصویر غیرشفاف جلوه کند. در اینجا است که الگوریتم‌ها وظیفه سختی خواهند داشت، چراکه باید نویزهای ناخواسته را پیدا کرده و جزئیات اضافه را پاک کنند تا بتوانند تصویر خیره‌کننده‌ای ایجاد نمایند.

مگاپیکسل بیشتر، مشکلات بیشتر

یکی از مواردی که مردم در زمان مقایسه دوربین گوشی‌های موبایل در نظر می‌گیرند، اندازه مگاپیکسلی است که آن محصول از آن بهره می‌برد. در این راستا بسیاری از افراد بر این باورند که مگاپیکسل بیشتر وضوح تصویر بیشتر و همچنین نتیجه بهتری را به ارمغان می‌آورد. اما با همه این‌ها باید بگوییم که موضوع مگاپیکسل ممکن است اندکی گمراه‌کننده باشد؛ چراکه اندازه پیکسل موضوعی چالش‌برانگیز است.

سنسور دوربین‌های دیجیتال مدرن توسط میلیون‌ها پیکسل کوچک آراسته شده‌اند. بنابراین رابطه معکوسی بین تعداد پیکسل‌ها و انداه آن‌ها برای یک محدوده سنسور معین وجود دارد: پیکسل‌های بیشتر به معنی این است که اندازه آن‌ها کوچک‌تر بوده و نور کمتری را می‌توانند دریافت نمایند. یک سنسور فول فریم را با یک سطح جمع‌آوری نور 860 میلی‌متر مربعی درنظر بگیرد، این سنسور همیشه توانایی این را دارد که نور بیشتری را با رزولوشن یکسان در اندازه‌ای کوچکتر مانند 17 میلی‌متر مربع نیز جمع نماید. موردی که ما نمونه آن را در آیفون 6S شاهد هستیم. چراکه در دوربین آیفون 6S اندازه پیکسل‌ها بزرگ‌تر است. (این اندازه‌ها تقریبا می‌توانند به اندازه 72 میکرومیلی‌متری در برابر اندازه 1.25 میلی‌متر در یک دوربین 12 مگاپیکسلی باشد که نتیجه تصویر تولید شده در هر دو اندازه سنسور از رزولوشن یکسانی برخوردار خواهد بود.)

در عکس‌ها پیکسل‌ها به کوچک‌ترین بخش عکس اشاره دارند. درواقع هر تصویر مستطیل شکلی طول و عرضی خاص دارد، حال اگر این طول و عرض در هم ضرب شوند، تعداد کل پیکسل‌ها بدست می‌آید. از طرف دیگر یک مگاپیکسل درواقع شامل یک میلیون پیکسل است.

از طرف دیگر اگر شما قادر باشید که پیکسل‌ها را به صورت شخصی و در اندازه بزرگ بسازید تا نور بیشتری گردآوری شود، فکر می‌کنید که به چند مگاپیکسل نیاز خواهید داشت؟ خب مسلما خیلی کمتر از آنچه که فکرش را بکنید. برای محاسبه مگاپیکسل در دوربین نیز می‌توان تعداد پیکسل‌هایی که روی سنسور وجود دارند را شمرد. به‌عنوان مثال اگر یک دوربینی از سنسور 1000× 1000 پیکسل تشکیل شده باشد، این سنسور اندازه‌ای معادل یک مگاپیکسل دارد. به‌‎عنوان مثالی دیگر تصویر یک ویدیوی 4K آلترا اچ دی 8 مگاپیکسل را در هر فریم خود جای داده است این در حالی است که تصویر یک ویدیوی اچ دی شامل 2 مگاپیکسل در هر فریم خواهد بود؛ یعنی سنسورش 1080 × 1920 است.

اما هنوز فوایدی در زمینه افزایش رزولوشن وجود دارد. اگر ما بتوانیم ابعاد یک تصویر را دو برابر اندازه مشخص کنیم، کیفیت بهتری از آن را شاهد خواهیم بود. با این حساب یک تصویر 7×5 اینچ در کیفیت چاپ باید رزولوشن 3000×4200 پیکسل برای دریافت بهترین نتیجه داشته باشد که حدود 12 مگاپیکسل است. خب حتما عدد آشنایی است. خوب است بگوییم که به همین دلیل است که شرکت‌هایی چون اپل و گوگل بر روی سنسورهای 12 مگاپیکسلی تمرکز دارند. درواقع این رزولوشن به اندازه کافی برای یک عکس باکیفیت کافی است.

بعد از اینکه تصویر توسط ثبت شد

هنگامی که تصویر توسط دوربین گوشی های هوشمند شما گرفته می‌شود، دستگاه نسبت به ذخیره کردن آن اقدام می‌نماید. این کار اساساً توسط پردازنده انجام می‌شود. پردازنده درواقع همه اطلاعات تصویر را دریافت می‌کند و آن را تبدیل به تصویری می‌کند که در گوشی شما ذخیره خواهد شد. در عین حال که بیان چنین چیزی ساده است اما در عمل بسیار پیچیده‌تر از صرفا ضبط مقادیر شدت نور برای هر پیکسل و تبدیل آن‎ها به یک فایل خواهد بود.

در این عملیات اولین حرکت mosaicing نامیده می‌شود. در اینجا همه بخش‌های تصویر ثبت شده مورد بررسی قرار می‌گیرند و براساس رنگ‌های اصلی یعنی قرمز، سبز و آبی تطبیق داده می‌شوند. بنابراین زمانی که پردازنده دوربین تلاش می‌کند که تا پیکسل‌ها در جای درست قرار بگیرند، می‌بایست این کار را طوری انجام دهد تا منظم بوده و دیدن آن را قابل فهم سازد.

البته در زمانی که پیکسلی جا افتاده باشد و یا به دلیل عدم کیفیت حذف شده باشد، پردازنده با استفاده از پیکسل‌های اطراف آن، ناحیه خالی را پوشش خواهد داد. از طرف دیگر این همه ماجرا نیست. درواقع تصویر ثبت شده حجم زیادی دارد که باید کم شود، رنگ‌های اشباع در آن وجود دارد که باید برطرف شوند و کنتراست تصویر که باید مورد ویرایش قرار بگیرد. درنتیجه همه کارها شما در نهایت تصویر ثبت شده را در حافظه گوشی خود مشاهده خواهید کرد که حالا مناسب برای استفاده‌هایی چون به اشتراگ‌گذاری آن است.

آیا دوربین‌های دوگانه عملکرد بهتری دارند؟

امروزه ما شاهد روی کار آمدن نسل جدیدی از دوربین گوشی های هوشمند موسوم به دوربین دوگانه هستیم. موردی که می‌توانیم نمونه آن را هم در هواوی P10 و هم در ال جی G6 و برخی دیگر از گوشی‌های هوشمند مشاهده نماییم. در دوربین دوگانه ال جی G6 هر دو دوربین دارای فاصله کانونی متفاوتی برای ثبت تصاویر گسترده و همچنین آن‌هایی که در فاصله دور قرار دارند، خواهند بود.

از طرف دیگر داستان در هواوی اندکی پیچیده‌تر است. دوربین اولیه این گوشی تصاویری را که در حالت عادی قرار دارند را ثبت می‌کند و دوربین ثانویه نیز برای قابلیت‌های دیگر عکاسی مانند زوم اپتیکال، عکاسی پرتره و … استفاده خواهد شد. درواقع دوربین ثانویه یک تصویر تک رنگ ایجاد می‌کند. پس از آن گوشی با استفاده از داده‌هایی که این دوربین‌ها جمع‌آوری کرده‌اند آن‌ها را مورد پردازش قرار خواهد دارد. البته این یک راه‌حل جالب برای زمان‌هایی خواهد بود که به دوربین بهتری نیاز باشد، با این حال دوربین ثانویه یک دوربین کامل نخواهد بود و تنها اطلاعات اندکی را می‌تواند برای بهبود تصویر به کار بگیرد.