دوربین یک اسمارتفون چگونه کار می‌کند؟!
این‌روزها که اسمارتفون‌ها جای دوربین‌های دیجیتال را گرفته‌اند، کمپانی‌های سازنده تمام تقلای خود را می‌کنند که دوربین‌های تعبیه شده روی دستگاه‌ها را به حد و اندازه‌های دوربین‌های دیجیتال برسانند. با نگاه به وب سایت‌هایی مثل فلیکر می‌توان میزان این موفقیت را به خوبی مشاهده کرد.
اما با این همه تنوع و بازی تبلیغاتی، شما به عنوان کاربر چگونه می‌توانید تشخیص دهید که دوربین کدام اسمارتفون خوب است؟ باید اعتراف کرد که کار سختی است، هر چند بهترین راه برای یافتن پاسخ کشف عملکرد یک دوربین است.
یک دوربین چطور کار می‌کند؟
روش کار در DSLRها و دوربین‌های موبایل یکی است:
- کاربر یا اسمارتفون لنز را روی سوژه فوکوس می‌کند.
۲. نور وارد لنز می‌شود.
۳. دیافراگم میزان نوری را که باید به سنسور برسد تعیین می‌کند.
۴. شاتر مدت زمانی را که سنسور باید در معرض نور قرار بگیرد تعیین می‌کند.
۵. سنسور عکس می‌اندازد.
۶. سخت‌افزار دوربین عکس را پردازش کرده و ذخیره می‌کند.
بیشتر موارد بالا توسط یک مکانیزم ساده انجام می‌گیرد و عملکردشان تحت تاثیر قوانین فیزیک است. اما در تلفن‌های هوشمند از بخش دوم تا چهارم مشکل اصلی پدیدار می‌شود. مشکلی که به دلیل کوچک بودن دیافراگم و سنسور به وجود می‌آید.
چه عواملی باعث ایجاد یک عکس خوب می‌شوند؟
وقتی می‌گوییم یک عکس خوب، منظورمان عکسی است که نوردهی مناسبی داشته است. پس در اینجا باید متوجه شده باشید که استفاده از مود خودکار در اسمارتفون می‌تواند نتیجه را کمتر از انتظار تحویل دهد. نتیجه‌ای که ممکن است همراه با نویز، نور کم، تاری یا هر مشکل دیگری ثبت شود.
یک دوربین چگونه فوکوس می‌کند؟
اولین چیزی که شما نیاز دارید، این است که بتوانید از لنز بخواهید فوکوس را روی موقعیت مناسب برای گرفتن عکس دلخواه حرکت دهد. این ویژگی در دوربین‌های موبایل اکثرا به صورت خودکار اتفاق می‌افتد. برای درک بهتر سه فن‌آوری فوکوس در دوربین تلفن‌های هوشمند را توضیح می‌دهیم:
- پیکسل دوتایی
فوکوس خودکار پیکسل دوتایی در واقع نوعی از فوکوس تشخیص فاز است که از نقاط فوکوس بیشتری نسبت به فوکوس خودکار تشخیص فاز در سنسور استفاده می‌کند. در این فن‌آوری به جای استفاده از پیکسل‌های مشخص برای فوکوس، تمام پیکسل‌ها شامل دو دیود نوری می‌شوند که قادر هستند اختلاف فاز جزیی (تفاوت نوری که به دو سوی مختلف سنسور وارد می‌شود) را تشخیص دهند تا از این طریق لنز را برای داشتن فوکوس لازم با سرعت بالا حرکت دهند. از آنجایی که قابلیت تشخیص فاز در این فن‌آوری به تمام پیکسل‌ها داده شده است، دوربین می‌تواند فوکوس را با سرعت بیشتری روی سوژه انجام دهد. تا به الان کاراترین فن‌آوری در این زمینه، فوکوس خودکار دو پیکسلی است.
۲.تشخیص فاز
تشخیص فاز نیز به مانند فوکوس خودکار دو پیکسلی، با دیودهای نوری کار می‌کند. اما در این فن‌آوری تنها چند پیکسل خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. سرعت این روش نسبت به فن‌آوری قبلی کمتر است، هر چند شاید برای ما چندان قابل تشخیص نباشد. البته تا زمانی که ثانیه‌ها برای گرفتن یک عکس خوب ارزش‌مند می‌شوند.
۳.تشخیص کنتراست
قدیمی‌ترین فن‌آوری فوکوس، تشخیص کنتراست است. در این فن‌آوری دوربین به دنبال بیشترین کنتراست می‌گردد و از آن برای فوکوس استفاده می‌کند و سرعت آن نسبت به باقی فن‌آوری‌ها کمتر است.
درون لنز چیست؟
بیایید زیاد قضیه را پیچیده نکنیم و به سه مورد فاصله کانونی، دیافراگم و سرعت شاتر بپردازیم. البته از آنجایی که دوربین موبایل از شاتر الکترونیکی به جای شاتر مکانیکی استفاده می‌کند، با دو مورد اول آغاز می‌کنیم.
در عکاسی فاصله بین مرکز اپتیک لنز تا سنسور را فاصله کانونی می‌نامند. هر چه این فاصله بیشتر باشد، عکس شما زوم بیشتری خواهد داشت و با کمتر شدن فاصله تصویر عریض‌تر می‌شود. چشم بیشتر افراد دارای فاصله کانونی ۵۰ میلیمتری است و این بدین معنا است که اگر دوربینی با لنز ۵۰ میلیمتری داشته باشید می‌توانید تصاویر مشابهی با آنچه می‌بینید ثبت کنید.
می‌رسیم به دیافراگم، مکانیزمی که میزان نوری را که باید به لنز برسد تعیین می‌کند. هر چه دیافراگم بسته‌تر باشد، بخش بیشتری از عکس شما در فوکوس است. عکاسی با دیافراگم خیلی باز، عکس‌هایی با پس‌زمینه تار به شما می‌دهد و برای عکاسی ماکرو، منظره و از این قبیل باید دیافراگم را بسته‌تر نگه داشت.
اما اعدادی که می‌بینیم به چه معنا هستند؟ هر چه عدد f کمتر باشد دیافراگم شما بازتر است. این عدد در واقع عدد فاصله کانونی تقسیم بر میزان باز بودن دیافراگم است. مثلا اگر فاصله کانونی شما ۵۰ میلیمتر باشد و میزان باز بودن دیافراگم ۱۰ میلیمتر باشد، عدد دیافراگم f/5 خواهد بود. این عدد به ما می‌گوید که چه مقدار نور به سنسور خواهد رسید.
شاترهای الکترونیکی
پس از بحث دیافراگم، سرعت شاتر بخش مهم دیگری است که باید درباره آن بدانید. هر چه سرعت شاتر کمتر باشد، عکس‌های شما وضوح کمتری خواهد داشت و تاری در آنها اجتناب‌ناپذیر خواهد بود. در مقابل هر چه سرعت شاتر بیشتر شود، ریسک تاریک‌تر شدن عکس بالاتر می‌رود. با اینکه این ویژگی در بیشتر اسمارتفون‌ها به صورت خودکار تعبیه شده است، بهتر است کمی درباره آن و تاثیر سرعتش بر نتیجه بدانید.
مثلا اگر سرعت شاتر شما ۱/۳۰ ثانیه باشد، عکس گرفته شده یک درجه روشن‌تر از عکسی است که با سرعت ۱/۶۰ ثانیه گرفته می‌شود.
این مدل شاتر از دوربین‌های موبایل به خاطر اندازه کوچکشان حذف شده است و جای آن را بخشی به نام شاتر الکترونیکی گرفته است. در واقع اسمارتفون شما به سنسور دستور می‌دهد که عکس مد نظر را در یک فاصله زمانی تعیین شده بگیرد و این محدودیت، زمانی که مجبور هستید از یک شی در حال حرکت عکس بگیرید باعث تحریف سوژه خواهد شد.
سرعت شاتر اولین چیزی است که دوربین در نور کم آن را تنظیم می‌کند و متغیر بعدی حساسیت دوربین است. در برخی از اسمارتفون‌ها از فن‌آوری تثبیت کننده نوری تصویر استفاده می‌شود تا بتواند تاثیرات ایجاد شده از لرزش دست در هنگام عکاسی را کمتر کند.
اما حسایت دوربین چیست؟
وقتی حسایت یا ISO دوربین را تنظیم می‌کنید، در واقع به آن می‌گویید که برای داشتن یک عکس روشن و خوب بیشترین میزان سیگنال را دریافت کند. هر چند پیامد مستقیم این درخواست یک عکس نویزدار است.
چیزی که ما از آن به روشنی یک عکس یاد می‌کنیم در واقع میزان فوتون‌هایی است که به سوژه برخورد می‌کنند و توسط سنسور دریافت می‌شوند. هر چه مقدار این فوتون‌ها کمتر باشد سنسور باید بهره بیشتری را به کار بگیرد تا بتواند عکس روشن‌تری را ایجاد کند. در این حالت یک تغییر کوچک در پردازش و خواندن پیکسل‌ها می‌تواند بیشتر به چشم بیاید و موجب پدیدار شدن نویز شود. پس اگر می‌خواهید با اسمارتفون خود عکس‌های بیشتری بگیرید باید نوعی را انتخاب کنید که دوربینش دارای سنسور بزرگ‌تری باشد.
برای بهتر شدن کیفیت، فن‌آوری با نام الگوریتم کاهش نویز در دوربین موبایل‌ها به کار گرفته می‌شود که کارش پاک کردن نویزها از روی تصاویر گرفته شده است. این الگوریتم کارش را نسبتا خوب انجام می‌دهد، هر چند در برخی از مواقع باعث کاهش تصادفی وضوح تصویر می‌شود.
هر چه مگاپیکسل بیشتر باشد، مشکلات هم بیشتر است
وقتی بحث مقایسه دوربین‌ها می‌شود، همیشه یک عدد بیشتر از باقی موارد تعیین‌کننده است. آن هم عددی است که برای مگاپیکسل ارائه می‌شود. خیلی‌ها بر این باورند که هر چه مقدار مگاپیکسل‌ها بیشتر باشد، رزولوشن بیشتر می‌شود و محصول ارائه شده به طور کل بهتر است.
سنسوردوربین‌های دیجیتال مدرن، آرایه‌ای از سنسورهای بسیار کوچک هستند. از این رو یک رابطه معکوس بین تعداد پیکسل‌ها و اندازه آنها وجود دارد. هر چه تعداد بیشتر باشد مسلما اندازه پیکسل‌ها کمتر شده و توانایی آنها برای جمع آوری نور کمتر می شود. یک سنسور فول فریم با سطحی برابر با ۸۶۰ میلیمتر مربع می‌تواند نور بیشتری از یک سنسور تقریبا ۱۷ میلیمتر مربعی در آی‌فون 6S با رزولوشن یکسان جمع کند، زیرا پیکسل‌هایش بزرگ‌ترهستند.
از سوی دیگر اگر بشود هر پیکسل را بزرگ‌تر کرد، می‌توان نور بیشتری را با وجود سایز کم سنسور جمع‌آوری کرد. حالا با این تفاصیل چند مگاپیکسل کافی است؟ مسلما خیلی کمتر از آنچه فکرش را می‌کنید.
با این وجود گفته می‌شود که افزایش رزولوشن آنقدرها هم نمی‌تواند بی فایده باشد. اگر بخواهیم یک عکس ۱۳ در ۱۸ سانتی‌متری را با کیفیت پرینت ۳۰۰ DPI چاپ کنیم، باید عکسی با رزولوشن ۴۲۰۰ در ۳۰۰۰ پیکسلی یا همان ۱۲ مگاپیکسل داشته باشیم. حالا فهمیدید چرا دوربین‌های ۱۲ مگاپیکسلی اینقدر رایج هستند. زیرا این همان اندازه‌ای است که برای پرینت بیشتر عکس‌ها جواب می‌دهد.
بعد از انداختن عکس
وقتی عکسی گرفته می‌شود، تلفن هوشمند وارد عمل می‌شود. اینجاست که پردازشگر باید تمام اطلاعات بدست آمده از دوربین را در یک جا جمع کند و از آن نتیجه‌ای تحت عنوان عکس بسازد. همه چیز البته به این سادگی‌ها نیست. پردازشگر دوربین باید هر نقطه‌ای را که ثبت کرده است در منطقه درست خود قرار دهد. البته پس از گرفتن عکس متوجه خواهیم شد که همه چیز به آن زیبایی که انتظار داشتیم و می‌دیدیم نشده است، اینجاست که دوربین گزینه‌های دیگری چون اشباع رنگ، افزایش کنتراست و دیگر تنظیمات را به کار می‌گیرد تا نتیجه را به آنچه ما می‌خواستیم نزدیک‌تر کند.
آیا دوربین‌های دو گانه بهتر هستند؟
باید گفت بعضی اوقات بله. دوربین‌های دوگانه آمدند تا توانایی دوربین‌های موبایل را ارتقا بخشند. درست است که فن‌آوری استفاده از این دوربین‌ها در اسمارتفون‌های هر برند متفاوت از دیگری است، ولی در کل این دوربین‌ها توانسته‌اند مزیت‌هایی چون دادن عمق بیشتر به تصویر، زوم بهتر بدون افت کیفیت، ثبت جزئیات بیشتر در نور کم و چند ویژگی دیگر را به دوربین‌های موبایل بیافزایند.
