نگاهی به سیر تکامل دوربین گوشی‌های هوشمند

مجله دیجی کالا : روزبه‌روز کیفیت دوربین گوشی‌های هوشمند بهتر از قبل می‌شود و بیش‌ازپیش به کیفیت دوربین‌های DSLR نزدیک‌تر می‌شوند. اما به لطف چه پیشرفت‌ها و نوآوری‌هایی کیفیت فوق‌العاده‌ی دوربین گوشی‌هایی مانند پیکسل ۲، آیفون ۱۰ و گلکسی اس ۹ محقق شده است؟

کاملا بدیهی است که بحث‌های فنی پیرامون دوربین‌ها، بحث‌های ساده و همه‌فهمی محسوب نمی‌شوند. به همین خاطر، در ادامه با زبانی ساده به سیر تکامل دوربین گوشی‌های هوشمند می‌پردازیم.

مگاپیکسل‌های بیشتر

معمولا اولین نکته‌ای که در مورد دوربین گوشی بیان می‌شود، تعداد مگاپیکسل‌های آن است؛ به زبانی ساده، تعداد مگاپیکسل‌های دوربین نشان‌دهنده‌ی مقدار رزولوشن تصاویر گرفته‌شده با آن است. به‌عنوان مثال می‌توانیم به اولین آیفون اشاره کنیم که از دوربین اصلی ۲ مگاپیکسلی مجهز به فوکوس ثابت بهره می‌برد. دوربین این گوشی، توانایی گرفتن عکس‌هایی در اندازه‌ی ۱۶۰۰ در ۱۲۰۰ پیکسل را داشت. اما حالا، گلکسی اس ۹ و آیفون ۱۰، مجهز به دوربین‌های ۱۲ مگاپیکسلی هستند.

روزی روزگاری، معیار کیفیت دوربین گوشی‌ها، مقدار مگاپیکسل آن بود. عموما، مگاپیکسل بیشتر مساوی با کیفیت بهتر دوربین بود. این که کیفیت دوربین را فقط با یک معیار بسنجیم، تا حد زیادی ساده‌انگارانه محسوب می‌شود، زیرا در این زمینه عوامل زیادی دخیل هستند که در ادامه به تعدادی از آن‌ها می‌پردازیم.

مشکل افزایش مگاپیکسل‌ها در سنسورهای هم‌اندازه این بود که با انجام چنین کاری، پیکسل‌ها کوچک‌تر می‌شدند و نور کمتری را دریافت می‌کردند. در این زمینه باید به گوشی اچ‌تی‌سی UltraPixels اشاره کنیم که در سال ۲۰۱۳ معرفی شد. این شرکت برای دوربین این گوشی تصمیم گرفت که به جای استفاده از مگاپیکسل‌های بیشتر، آن‌ها را کمتر کند ولی در عوض اندازه‌ی پیکسل‌ها را افزایش دهد تا سنسور دوربین نور بیشتری را جذب کند و در نتیجه‌ی عکس‌های نهایی جزییات بیشتری داشته باشند. اچ‌تی‌سی در این زمینه کاملا درست عمل کرد. زیرا حالا جنگ بر سر تعداد مگاپیکسل به پایان رسیده و سازندگان گوشی‌ها برای افزایش کیفیت دوربین‌های خود به دیگر نوآوری‌ها روی آورده‌اند.

سنسورهای بزرگ‌تر

این یک حقیقت جهانی پذیرفته‌شده است که هرچه سنسور دوربین بزرگ‌تر باشد، کیفیت نهایی عکس‌ها بهتر است (زیرا سنسور بزرگ‌تر نور و جزییات رنگ‌های بیشتری را ثبت می‌کند). کیفیت هر دوربینی به عوامل مختلفی بستگی دارد، اما سنسور دوربین یکی از مهم‌ترین آن‌ها است.

در گوشی‌های هوشمند، برای سنسورها فضای آزاد زیادی وجود ندارد و به همین خاطر سنسور دوربین گوشی‌ها عمدتا بین ۱.۲ تا ۱.۳ اینچ است که در مقایسه با دوربین‌های DSLR یا حتی دوربین‌های کامپکت رده‌بالا، چندان به چشم نمی‌آیند. در حقیقت، به خاطر همین محدودیت فضایی، اندازه‌ی سنسور دوربین گوشی‌ها در طی سال‌های اخیر تغییرات چندانی را تجربه نکرده و بهبودهای این دوربین‌ها، عمدتا از طریق دیگر نوآوری‌ها محقق شده است.

دیافراگم‌های عریض‌تر


دیافراگم (گشودگی لنز) میزان نور ورودی به سنسور دوربین را کنترل می‌کند. در دوربین‌های معمولی، با تغییر میزان دیافراگم می‌توان تغییراتی را در زمینه‌ی نور و عمق میدان عکس اعمال کرد. اما در دوربین گوشی‌ها، به دلیل انواع و اقسام محدودیت‌ها، معمولا نمی‌توان میزان دیافراگم را تغییر داد و به همین خاطر، سازندگان گوشی‌های هوشمند، برای دوربین گوشی‌های خود تا حد امکان از عریض‌ترین دیافراگم ممکن بهره می‌برند. چنین کاری منجر به ورود نور بیشتر به سنسور می‌شود و این یعنی دوربین گوشی حتی در محیط‌های تاریک هم می‌تواند سرعت شاتر بالایی داشته باشند و در نتیجه عکس‌های نهایی زیبا و شفاف خواهند بود. البته گشودگی‌های بسیار عریض هم معایب خود را دارند که فعلا به این موضوع نمی‌پردازیم.

اندازه‌ی دیافراگم با معیار f-stop سنجیده می‌شود و هرچه این عدد کوچک‌تر باشد، گشودگی لنز بزرگ‌تر (یا عریض‌تر) خواهد بود. سال گذشته، ال‌جی با معرفی گوشی V30 که دوربین آن از دیافراگم f/1.6 بهره می‌برد، توجهات زیادی را به خود جلب کرد. در همین زمینه البته باید به دوربین گلکسی اس ۹ اشاره کنیم که دوربین آن از دیافراگم متغیر بهره می‌برد و کاربران در موقعیت‌های مختلف می‌توانند از بین دیافراگم‌های f/1.5 و f/2.4 یکی را انتخاب کنند.

فلش بهتر

شاید این مورد اهمیت دیگر موارد ذکرشده را نداشته باشد، اما فلش دوربین گوشی‌های هوشمند در طی این سال‌ها تا حد زیادی پیشرفت کرده است. گوشی‌های قدیمی، به‌خصوص محصولات شرکت‌هایی مانند نوکیا و سونی، از فلش‌های زنون بهره می‌بردند؛ فلش‌هایی که بسیار روشن، حجیم و پرمصرف بودند.

گوشی‌های امروزی برای دستیابی به نتیجه‌ی یکدست‌تر، از فلش‌های LED استفاده می‌کنند. در این زمینه باید به فلش‌های دوگانه‌ی LED هم اشاره کنیم که معمولا از دو LED با «دمای رنگ» (color temperature) مختلف بهره می‌برند. چنین کاری از لحاظ تئوری نور یکدست‌تر و طبیعی‌تری را ایجاد می‌کند. اگر از گوشی‌های جدید استفاده می‌کنید، نگاهی به فلش تعبیه‌شده در پشت گوشی خود بیندازید و احتمالا دو فلش کوچک با دو رنگ مختلف را خواهید دید.

فوکوس سریع‌تر


سرعت و دقت فوکوس از جمله مشخصه‌هایی است که به چشم کاربران عادی نمی‌آید، اما این موضوع تأثیر زیادی در کیفیت نهایی عکس دارد. فرایند فوکوس از طریق کمک موتورهای کوچک اطراف لنز و دیگر عوامل نرم‌افزاری و سخت‌افزاری محقق می‌شود. در طی سال‌های اخیر، فرایند فوکوس خودکار همواره دقیق‌تر و سریع‌تر شده است.

تا پیش از سال ۲۰۱۵، فرایند فوکوس دوربین گوشی‌ها، بر مبنای تشخیص کنتراست بود. اما بعد از گلکسی اس ۵ و آیفون ۶، بهره‌گیری از فناوری «تشخیص فازی» (phase detection) آغاز شد. در این روش، اطلاعات دریافتی از دوربین مورد محاسبه قرار می‌گیرد تا دوربین مذکور بتواند بهترین موقعیت را برای فوکوس تشخیص دهد. این روش از فوکوس، هرچند سریع‌تر از روش تشخیص کنتراست بود اما همچنان در محیط‌های کم‌نور عملکرد مناسبی نداشت.

با پیشرفت دوربین گوشی‌ها، فناوری‌های مربوط به فوکوس هم پیشرفت بسزایی داشتند. در این زمینه می‌توانیم به حسگرهای Dual Pixel اشاره کنیم که جدیدترین گوشی‌های گلکسی از آن‌ها بهره می‌برند. در این حسگرها، تک‌تک پیکسل‌ها به سیستم تشخیص فازی تبدیل می‌شوند که این کار، موجب بهبود عملکرد سیستم فوکوس در محیط‌های کم‌نور می‌شود. همچنین گوگل در گوشی‌های پیکسل خود برای افزایش دقت سیستم فوکوس، از لیزر فروسرخ بهره می‌برد و با این کار مسافت سوژه‌ها را محاسبه می‌کند. این مثال‌ها حاکی از اقدامات نوآورانه‌ی شرکت‌ها برای افزایش کیفیت عکس‌ها است.

لرزش‌گیر اپتیکال


اهمیت لرزش‌گیر اپتیکال بیشتر از چیزی است که فکرش را می‌کنید. لرزش‌گیر اپتیکال تنها لرزش ویدیوها را کاهش نمی‌دهد، بلکه در هنگام عکس‌برداری، به شاتر اجازه می‌دهد که بدون مات کردن عکس، برای مدت بیشتری باز بماند و این موضوع برای دریافت نور بیشتر یک مساله‌ی حیاتی محسوب می‌شود. به عبارت دیگر، دوربین گوشی تنها در هنگام فیلم‌برداری از لرزش‌گیر استفاده نمی‌کند، بلکه در باقی موارد هم از آن بهره می‌برد.

اگر بخواهیم به زبان بسیار ساده توضیح بدهیم، لرزش‌گیر اپتیکال با استفاده از موتورهای الکترومغناطیسی، لنز شناور دوربین را حرکت می‌دهد. با پیشرفت تکنولوژی، گوشی‌ها موفق شدند از دیگر داده‌ها (مانند داده‌های دریافتی از ژیروسکوپ) هم برای کاهش تکان‌های دوربین استفاده کنند. در حقیقت، شرکت‌ها برای لرزش‌گیر اپتیکال خود، از انواع و اقسام تکنیک‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری استفاده می‌کنند. هرچند این تکنولوژی پیشرفت انقلابی‌ای را از سر نگذرانده، اما روزبه‌روز بهتر از گذشته است.

دوربین‌های دوگانه

وقتی که دست سازندگان برای افزایش اندازه‌ی لنز یا سنسور دوربین‌ها بسته است، چه کاری انجام می‌دهند؟ سازندگان در این مواقع به استفاده از دوربین‌های دوگانه روی می‌آورند. چنین رویکردی در حال حاضر محبوبیت بسیار زیادی دارد و خیل عظیمی از گوشی‌ها از دوربین دوگانه بهره می‌برند. البته پیش از این در گوشی‌هایی مانند اچ‌تی‌سی M8 شاهد دوربین دوگانه بوده‌ایم، اما نحوه‌ی استفاده‌ی این گوشی‌ها از سیستم دوربین دوگانه، تفاوت‌های زیادی با دوربین‌های دوگانه‌ی امروزی داشت.

تمام محدودیت‌هایی که در این نوشته از آن‌ها یاد کرده‌ایم، با استفاده از سنسور و لنز جداگانه، می‌توان تا حدی بر آن‌ها غلبه کرد. البته نباید افزایش روزافزون قدرت گوشی‌ها را از قلم بیندازیم که قادر به پردازش بهتر اطلاعات دریافتی از دو دوربین جداگانه هستند.

برای مزایای دوربین دوگانه می‌توانیم لنز تله‌فوتو را مثال بزنیم. کاربر موردنظر با بهره‌گیری از این لنز می‌تواند از زوم ۲ برابری اپتیکال بهره ببرد. از دیگر گوشی‌ها هم می‌توانیم به هوآوی مویت ۱۰ پرو اشاره کنیم که دوربین ثانویه‌ی آن مجهز به سنسور مونوکروم است و با بهره‌گیری از این سنسور، گوشی اطلاعات بیشتری در زمینه‌ی نور و کنتراست محیط دریافت می‌کند. همچنین دوربین‌های دوگانه به دلیل فاصله‌ی کمی که از یکدیگر دارند، می‌توانند عمق منظره را تشخیص بدهند که از بین مزیت‌های این مشخصه می‌توانیم به بهره‌گیری از حالت بوکه (مات کردن پس‌زمینه) اشاره کنیم.

بهبود پردازش

در نهایت باید به یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های محقق شده در زمینه‌ی دوربین گوشی‌های هوشمند بپردازیم: پردازش تصاویر. به‌عنوان مثال، گوشی پیکسل ۲ از یک تراشه‌ی اختصاصی برای پردازش تصاویر بهره می‌برد که تأثیر بسزایی در بهبود کیفیت عکس‌های گرفته‌شده با دوربین این گوشی دارد.

یکی از مزیت‌های دوربین پیکسل ۲ این است که کاربر می‌تواند تأثیر حالت HDR بر تصاویر را به‌صورت زنده مشاهده کند. این در صورتی است که بیشتر گوشی‌ها برای گرفتن عکس‌های HDR، مدت کوتاهی را صرف محاسبه و پردازش می‌کنند. اما حالا به لطف پیشرفت تراشه‌ها و الگوریتم‌ها، محدودیت‌های فیزیکی دوربین گوشی‌های هوشمند کمتر از گذشته احساس می‌شود.

یکی دیگر از مزیت‌های بهبود پردازش تصاویر، در زمینه‌ی کاهش نویز است. دوربین گوشی‌ها از لحاظ دریافت نور نمی‌توانند با سنسور دوربین‌های DSLR رقابت کنند و این ضعف در محیط‌های کم‌نور با توجه به افزایش حجم نویزها نمود پیدا می‌کند. یکی دیگر از قابلیت‌هایی که به لطف بهبود پردازش ممکن شده، نورپردازی پرتره است که جدیدترین آیفون‌ها از آن بهره می‌برند. این آیفون‌ها به لطف بهره‌گیری از تراشه‌ی قدرتمند A11، می‌توانند عکس‌های پرتره‌ی زیبایی را ثبت کنند.