کاروتک

تکنولوژی و علمی

تلویزیون و سینما

تلویزیون کاروتک

دوربین‌های گوشی‌های هوشمند در پنج سال پیش کمی متفاوت بودند. در سال 2017، گوشی‌های پیکسل 2، گلکسی نوت 8 و آیفون 8 یک دوربین 12 مگاپیکسلی را در پشت خود به عنوان دوربین اصلی داشتند.

اما اگر به گوشی‌هایی که امروزه به بازار عرضه می‌شوند، مانند پیکسل 6 یا گلکسی S22 یا S22 پلاس در پشت خود یک دوربین 50 مگاپیکسلی دارند و حتی این تعداد پیکسل‌ها در دوربین گوشی مانند گلکسی S22 اولترا به 108 هم می‌رسد. در کنار تمام این موارد، شایعاتی وجود دارد که موتورولا قصد دارد تا گوشی پرچم‌دار جدید خود را همراه با سنسور 200 مگاپیکسلی شرکت سامسونگ به بازار بفرستد.

تعداد مگاپیکسل‌ها روی گوشی‌های اندرویدی در حال حاضر به صدها افزایش یافته است، اما اگر با هر یک از آن‌ها استفاده کرده باشید، حتما این را می‌دانید که در واقع تصاویر 50 یا 108 مگاپیکسلی را به‌صورت پیش‌فرض ثبت نمی‌کنند. این موضوع حتی روی گوشی پیکسل 6 هم بدتر می‌شود، چرا که هیچ گزینه‌ای برای ذخیره عکس‌های با وضوح کامل ندارد. پس یک سوال، این همه پیکسل از کجا می‌آیند و اصلا این دوربین‌ها چگونه کار می‌کنند؟

در پاسخ به این سوال باید به‌سراغ یک فناوری نوینی که در حال حاضر روی گوشی‌های هوشمند قرار می‌گیرد برویم: bining. در علم پردازش داده‌ها، bining فرایندی است که اگر بخواهیم به‌صورتی خلاصه بیان کنیم، نقاط مربوط به داده‌ها را در گروه‌ها یا همان binها مرتب می‌کند. به‌طور خاص در عکاسی دیجیتالی، نقاط داده‌ای که در آن‌ها وجود دارد، به پیکسل‌هایی می‌گویند که جدا از هم هستند. بسته‌به وضوح کامل سنسور در دوربین گوشی هوشمند شما، پیکسل‌ها در گروه‌های 4 یا 9تایی قرار می‌گیرد که به ترتیب tetra-bining و nona-bining نامیده  می‌شوند. گوشی گلکسی S22 اولترا، مانند گوشی‌های پرچم‌دار قبلی سامسونگ، گروه‌های 9 پیکسلی را با استفاده از سنسور 108 مگاپیکسلی خود برای ثبت تصاویر 12 مگاپیکسلی، به کار می‌برند (108 ÷ 9 = 12). در همین بین، گوشی‌های پیکسل 6 و 6 پرو از چهار پیکسل برای ایجاد عکس‌های 12.5 مگاپیکسلی استفاده می‌کنند (50 ÷ 4 = 12.5)

 

 

اما سوال اصلی این است که چرا اصلا این کار را انجام می‌دهند؟ خب، این سوال از جاد هیپ، معاومن مدیریت محصولات در کوالکام در بخش دوربین و بینایی کامپیوتر پرسیده شد و او هم جواب داد که تا حد زیادی به دو عامل حساسیت به نور و محدودیت فضا بستگی دارد.

حسگرهای دوربین روی سطوح خود هزاران و هزاران پیکسل دارند که به‌صورت واحد‌هایی جدا از هم نور رو دریافت می‌کنند. با افزایش وضوح دوربین گوشی‌های هوشمند، تعداد پیکسل‌های روی سطوح آن سنسورها نیز افزایش می‌یابد. اما درحالی‌که قرار دادن پیکسل‌های بیشتر در همان ناحیه فیزیک باعث می‌شود تا دوربین گوشی هوشمند شما توانایی بیشتری برای دیدن جزئیات دقیق داشته باشد، به‌طور هم‌زمان میزان عملکرد دوربین در زمان‌هایی که نور کم و محدود است را کاهش می‌دهد.

هیپ در مورد این موضوع می‌گوید که بر اساس پایه‌ای‌ترین مبانی فیزیک، ما این را می‌دانیم که پیکسل‌های کوچک توانایی جذب نور ندارند و با نگاهی به گوشی‌های هوشمند مدرن متوجه می‌شویم که در آن‌ها پیکسل‌های کوچکی به کار رفته است. شما به‌راحتی نمی‌توانید پیکسل‌های 1 میکرومتر در 1 میکرومتری یا در اصلاح یک میکرونی این دوربین‌ها را به‌راحتی ببینید. برای درک بهتر این موضوع باید به شما بگوییم که یک موی انسان ضخامتی برابر با 80 میکرومتر دارد. در حالت کلی، هرچه پیکسل‌های به کار رفته در یک دوربین کوچک‌تر باشند، سطح کمتری هم برای جمع‌آوری نور ورودی دارند. با توجه به این موضوع، برای مثال سنسور با پیکسل‌های 0.8 میکرومت درمقایسه‌با حسگرهایی با پیکسل‌های 1.2 میکرومتر عکس‌هایی با وضوح پایین‌تر ثبت می‌کنند.

به‌صورتی کلی چند راهکار وجود دارد که سازندگان گوشی‌های هوشمند می‌توانند با استفاده از آن‌ها با این موضوع مقابله کنند. بسیاری از دوربین‌های گوشی‌های هوشمند اطلاعات را از چندین فریم دریافت و با یکدیگر ترکیب می‌کنند و با استفاده از نرم‌افزارهایی که در اختیار دارند، یک تصویر واحد را می‌سازند که در واقع حاوی داده‌هایی از چند عکس است. همچنین گزینه‌ای برای استفاده از حسگرهای فیزیکی بزرگ‌تر وجود دارد که به هر پیکسل اجازه می‌دهد تا سطح بیشتری را برای جمع‌آوری نور داشته باشند. گوگل در حال حاضر از یک سنسور نسبتا بزرگ 1.31/1 اینچی برای دوربین اصلی گوشی‌های سری پیکسل 6 استفاده کرده که پیکسل‌های نسبتا بزرگ و با تعداد مگاپیکسل بالایی را برای آن به ارمغان می‌آورند. اما در این بین یک چالش بزرگ وجود دارد، اگر شرکتی بخواهد که این کار را انجام دهد، باید فضای داخلی زیادی را در اختیار دوربین گوشی قرار دهد. این فضای بیشتر در نهایت به این موضوع منجر خواهد شد که فضا برای قرار دادن قطعات دیگر مانند باتری کاهش پیدا خواهد کرد یا روی گوشی شاهد یک بیرون‌زدگی بزرگ، مانند سری پیکسل 6 خواهیم بود.

از سویی دیگر، فناوری bining pixel، پیکسل‌های مجاور را با یکدیگر ترکیب می‌کند تا سوپرپیکسل‌های مصنوعی بزرگی را ایجاد کند که درمقایسه‌با پیکسل‌هایی که از آن‌ها ساخته شده‌اند، حساسیت بیشتری را به نور دارند. در اکثر دوربین‌های دیجیتالی، هر پیکسل روی سنسور تصویر خود، نور را فیلتر می‌کند تا تنها داده‌های طول موج‌های خاصی را جمع‌آوری نماید. به‌صورت کلی، 25 درصد از پیکسل‌ها روی نور قرمز، 25 درصد از پیکسل‌ها روی نور آبی و 50 درصد از پیکسل‌ها روی نور سبز تنظیم شده‌اند. شرکت‌های سازنده به دلیل آن‌که چشم انسان نسبت‌به رنگ سبز درمقایسه‌با رنگ‌های دیگر حساسیت بیشتری دارند، تعداد پیکسل‌های بیشتری را هم به آن اختصاص داده‌اند. در زمانیکه یک گوشی داده‌های مربوط به پیکسل‌ها را ذخیره می‌کند، پردازنده سیگنال‌های تصویر یا همان ISP ورودی مجموعه‌ای از 4 یا 9 پیکسل‌های هم‌رنگ همسایه را برای تولید داده‌های تصویر، ترکیب کرده و میانگینی از آن‌ها را ارائه می‌دهند. هیپ در مورد این فرایند می‌گوید که ما در واقع شاهد یک معامله در دوربین‌ها هستیم: وضوح پایین می‌آید، اما از طرفی دیگر حساسیت به نور بالاتر می‌رود.

شما نمی‌توانید عملکرد پیکسل‌های بزرگ در نور کم را با ترکیب پیکسل‌های کوچک‌تر در اختیار داشته باشید. هیپ در مورد این موضوع می‌گوید که فاصله بین پیکسل‌ها بی‌نهایت کم نیست، بنابراین پیوند پیکسل‌های می‌تواند باعث ایجاد یک سری از مصنوعات اضافی در عکس‌ها شود. همان‌طور که گفتیم، ما در این‌جا با چیزی طرف هستیم که ضخامتی کمتر از یک مو دارد. در حال حاضر فاصله بین پیکسل‌های میکروسکوپی است و نرم‌افزارهای امروزی در پر کردن شکاف‌های کوچک داده‌ای که با تکنیک‌های مربوط به bining ایجاد شده‌اند، بسیار خوب عمل کرده‌اند.

 

 

فناوری Pixel Bining تا حد زیادی می‌تواند کمبودهای ذاتی حسگرهای با پیکسل‌های کوچک در نور کم را جبران کند. همچنین این فناوری به ما می‌گوید قابلیت‌هایی که به وضوح بالاتری نیاز دارند، منحصر به گوشی‌هایی با حسگرهای دوربین فیزیک بزرگ‌تر نیستند. به‌عنوان مثال، گوشی گلکسی S22 اولترا از فیلم‌برداری 8K پشتیبانی می‌کند که از نظر فیزیکی پیاده‌سازی آن در سنسور دوربین 12 مگاپیکسلی غیر ممکن است. همان‌طور که هیپ در مورد این موضوع توضیح می‌دهد، تمام این مگاپیکسل‌ها بدون استفاده از لنز تله‌فوتو اختصاصی نیز عملکرد خوبی را دارند و در شرایط نوری مناسب، می‌توان از قابلیت‌های مربوط به حسگرهایی با وضوح بالا برای دستیابی به زوم دیجیتالی با کیفیتی عالی استفاده کرد. اما از آنجایی که گلکسی S22 اولترا این توانایی را دارد تا گروه‌های 9 پیکسلی را در کنار هم قرار دهد تا عکس‌های 12 مگاپیکسلی را ثبت کند، عملکرد آن در نور کم به‌صورت قابل توجهی بهتر از آن‌چه که در یک دوربین با وضوح پایین‌تر با پیکسل‌های مشابه 0.8 میکرومتری می‌بینیم، است.

اگر بخواهیم که کل این فرایند‌هایی که انجام می‌شود را به‌صورتی خلاصه بیان کنیم، باید به شما بگوییم که Pixel Bining راه‌حلی خلاقانه برای محدودیت‌های فیزیکی ناشی از افزایش روزافزون تعداد مگاپیکسل در حسگرهای گوشی‌ها است. این فناوری در آینده‌ای نچندان دور تبدیل به یکی از استانداردهای صنعت تولید گوشی‌های هوشمند خواهند شد. البته فهمیدن این موضوع هم اصلا سخت نیست، چرا که این فناوری به ما کمک می‌کند تا عکس‌هایی بهتر را در شرایط نوری مختلف ثبت کنیم. این فناوری یک چیز جادویی نیست، اما راهکاری بسیار هوشمندانه برای این محدودیت به‌حساب می‌آید.