دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

یادتون هست اولین گوشی‌های دوربین‌دار کی اومدن؟ سال ۲۰۰۲ بود! از اون موقع تا حالا، شرکت‌ها حسابی با هم رقابت می‌کنن که ببینن کی می‌تونه یه دوربین گوشی بهتر بسازه. سال ۲۰۰۸ که عصر گوشی‌های هوشمند شروع شد و شبکه‌های اجتماعی همه‌گیر شدن، داشتن یه دوربین خوب دیگه برای همه یه چیز ضروری شده بود.

اما قبل از اینکه دوربین‌ های گوشی همه جا رو پر کنن، عکس‌ها رو با دستگاه‌ های خیلی بزرگتری می‌گرفتن که اصلاً قابل مقایسه با گوشی‌ های امروزی نیستن. حالا می‌خوایم ببینیم تو این گوشی‌های کوچولو چی خبره که می‌تونن عکس‌های ۲۰۰ مگاپیکسلی بگیرن.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

♦لنز

قبل از اینکه نور به حسگر برسه، باید از یه سری لنز عبور کنه. اول از یه سوراخ خیلی کوچولو تو بدنه گوشی که بهش میگن “دیافراگم” رد می‌شه. اندازه این سوراخ مهمه چون تعیین می‌کنه چقدر نور می‌تونه وارد دوربین بشه. به طور کلی، هر چی دیافراگم بزرگتر باشه، نور بیشتری وارد میشه و این برای دوربین گوشی یه چیز خوبه.

نور که وارد میشه، لنزها نور صحنه رو جمع‌آوری می‌کنن و به یه حسگر می‌فرستن. لنزهای دوربین گوشی از یه سری پلاستیک‌های کوچولو به اسم “عناصر” ساخته شدن. نور که از این لنزها عبور می‌کنه، رنگ‌ها به خاطر خم شدن نور، یه جور پخش و پلا میشن. برای همین دوربین‌ها به چند تا لنز نیاز دارن تا تصویر رو واضح به حسگر برسونن.

♦فوکوس

یکی از مهم‌ترین کارهای لنزها که معمولاً خودمون متوجهش نمی‌شیم، فوکوسه. تو بعضی از برنامه‌های دوربین می‌تونید فوکوس رو دستی تنظیم کنید، ولی اکثرشون این کارو با استفاده از یه حسگر و یه سری سخت‌افزار دیگه (مثل فاصله‌یاب لیزری) و یه نرم‌افزار انجام میدن.

فوکوس خودکار

  • فوکوس خودکار مبتنی بر نرم‌افزار: این نوع فوکوس از اطلاعات حسگر تصویر برای تشخیص اینکه تصویر فوکوس شده یا نه استفاده می‌کنه و بعد لنزها رو تنظیم می‌کنه. یه روش رایج تو این نوع فوکوس، تشخیص کنتراست تصویره و بعد لنزها طوری تنظیم می‌شن که کنتراست به حداکثر برسه. این روش کاملن نرم‌افزاریه و ارزون‌تره، ولی سرعتش کمه و تو نور کم خوب کار نمی‌کنه.
  • فوکوس خودکار تشخیص فاز: این روش یه جور تضمین می‌کنه که یه مقدار نور مشخص به دو تا حسگر کوچولو که کنار حسگر اصلی هستن برسه. سیستم‌ های سنتی PDAF از یه سری فوتوسایت خاص روی حسگر (تقریباً ۵ درصد کل فوتوسایت‌ها) برای اندازه‌گیری نور سمت راست و چپ لنز استفاده می‌کنن. اگه نور سمت راست و چپ یکی باشه، یعنی تصویر فوکوسه. اگه یکی نباشه، میشه فهمید که چقدر باید لنزها رو تنظیم کرد. این سیستم‌ها از روش‌های تشخیص کنتراست سریع‌ترن.
  • فوکوس خودکار فعال: این نوع فوکوس از یه سخت‌افزار دیگه برای تشخیص فاصله گوشی تا سوژه استفاده می‌کنه. اولین سیستم‌های این نوع از سونار استفاده می‌کردن، مثل Soli تو گوگل پیکسل ۴. یه مدل جدیدتر از این نوع فوکوس از یه لیزر مادون قرمز کم‌مصرف برای تخمین فاصله استفاده می‌کنه، ولی ممکنه نور مادون قرمز چیزای دیگه مثل آتیش یا گوشی‌های دیگه باعث خطا بشه.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

♦سنسور

فرض کن سنسور دوربین گوشی یه تیکه پارچه نازک سیلیکونی باشه. کارش اینه که نور (فوتون) رو به یه سیگنال الکتریکی (ذره) تبدیل کنه. این اتفاق توی میلیون‌ها نقطه ریز روی سطح سنسور که بهشون فتوسایت می‌گن، رخ میده.

اگه نوری به فتوسایت نرسه، اون نقطه توی عکس سیاه میشه.
هر چی نور بیشتر به فتوسایت برسه، اون نقطه توی عکس سفیدتر میشه.
تعداد سایه‌های خاکستری که سنسور می‌تونه تشخیص بده، به عمق بیتش مربوط میشه.

حالا می‌پرسی که گوشی چطور عکس رنگی می‌گیره؟

روی هر فتوسایت یه فیلتر رنگی هست که فقط یه رنگ خاص از نور رو از خودش عبور می‌ده. یه مدل فیلتر رنگی که خیلی رایجه، مدل Bayer هست که توی هر مربع ۲ در ۲ فتوسایت، یه فیلتر قرمز، یه آبی و دو تا سبز می‌ذاره (RGGB).

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

اما یه شرکت به اسم هواوی یه مدل دیگه سنسور داره که به جای فیلتر سبز، از فیلتر زرد (RYYB) استفاده می‌کنه. اینجوری نور بیشتری می‌تونه از فیلتر عبور کنه و کیفیت عکس توی نور کم بهتر میشه.

بعد از اینکه نور از فیلترها عبور کرد، یه سری محاسبات پیچیده روی اطلاعات رنگی و نوری که جمع شده انجام می‌شه تا یه عکس رنگی واقعی بهمون بده.

دو تا نکته مهم که باید موقع خرید گوشی بهشون توجه کنی:
  • اندازه سنسور: هر چی سنسور بزرگتر باشه (مثلا ۱/۱.۳۱ اینچی که توی پیکسل ۷ پرو گوگل هست)، به طور کلی عکس‌های باکیفیت‌تری می‌تونی بگیری. چون سنسورهای بزرگتر، فتوسایت‌های بیشتر و بزرگتری دارن.
  • اندازه فتوسایت: فتوسایت‌ها با میکرومتر (μm) اندازه گیری می‌شن. هر چی فتوسایت بزرگتر باشه، نور بیشتری می‌تونه جمع کنه و برای عکس گرفتن توی نور کم عالیه.

البته فتوسایت‌ های کوچیکتر هم می‌تونن عکس‌ های خوبی بگیرن، به شرطی که از یه تکنیکی به اسم “بینینگ” استفاده بشه. توی این روش، چند تا فتوسایت کوچیک با هم ترکیب می‌شن و یه “پیکسل” بزرگتر رو تشکیل میدن. اینجوری می‌تونن نور بیشتری جمع کنن.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

♦لرزشگیر تصویر

یه چیز دیگه که موقع عکس گرفتن خیلی مهمه، لرزش دستمونه. خوشبختانه خیلی از گوشی‌ها یه سری تکنولوژی دارن که لرزش دوربین رو کم می‌کنن و عکس‌های بی‌لرزش‌تری بهمون میدن.

دو مدل لرزشگیر تصویر وجود داره:
  • لرزشگیر اپتیکال (OIS): این مدل از یه ژیروسکوپ برای تشخیص حرکت گوشی و از موتورهای کوچیک یا آهنربای الکتریکی برای حرکت دادن لنزها و حسگر و جبران لرزش استفاده می‌کنه. OIS برای عکس گرفتن توی نور کم که سنسور به نور بیشتر و زمان نوردهی طولانی‌تری نیاز داره، خیلی خوبه.
  • لرزشگیر الکترونیکی (EIS): این مدل از یه شتاب‌سنج برای حس کردن لرزش گوشی استفاده می‌کنه. به جای اینکه قسمت‌های دوربین رو حرکت بده، فریم‌های تصویر یا نوردهی‌ها رو جابجا می‌کنه.

حالا یه مشکلی که EIS داره اینه که چون نوردهی‌ها بر اساس محتوای تصویر و نه کل قاب تنظیم می‌شن، ممکنه وضوح عکس یا ویدیو یه کم کم بشه.

خوشبختانه خیلی از گوشی‌های جدید از هر دو مدل لرزشگیر با هم استفاده می‌کنن که بهشون میگن لرزشگیر تصویر هیبریدی. اینجوری مزیت‌های هر دو مدل رو با هم داریم و عکس‌ها و ویدیوهای خیلی بهتری می‌تونیم بگیریم.

♦نرم افزار

مغز دوربین

حسگر نور مثل یه دریچه می‌مونه که نور رو به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنه.
بعد این سیگنال‌ها به یه پردازنده خاص به اسم ISP میرن. ISP مثل یه مترجم می‌مونه که این ۱ و ۰ ها رو به یه عکس واقعی تبدیل می‌کنه.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

عکس خام

عکسی که ISP می‌گیره سیاه و سفیده و بهش میگن عکس خام.
یه جور نقاشی ناتمامه که هنوز رنگ‌ها بهش اضافه نشده.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

رنگ‌ها رو پر می‌کنیم

ISP اول رنگ‌های عکس رو با توجه به یه الگوی خاص بهش اضافه می‌کنه.
یه جوریه که انگار یه سطل رنگ برمیداری و همه جا رو رنگ می‌کنی.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

جزئیات رو درست می‌کنیم

بعد ISP رنگ هر پیکسل رو با توجه به رنگ پیکسل‌های کنارش درست می‌کنه.
مثلا اگه یه نقطه یهو قرمز پررنگ باشه و دورش سبز باشه، ISP اون نقطه رو نارنجی می‌کنه.

دوربین گوشی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

عکس نهایی

حالا یه عکس رنگی کامل داریم!
ولی هنوز کار تموم نشده.
ISP یه ذره نویز عکس رو می‌گیره و وضوحش رو بیشتر می‌کنه.

راز های هر گوشی

هر شرکت یه جوری این مراحل رو انجام میده و یه سری رازهای خاص خودش رو داره.
مثلا گوگل از هوش مصنوعی استفاده می‌کنه که عکس‌هاش خیلی طبیعی‌تر و قشنگ‌تر باشن.

حالا برو عکس بگیر!

حالا که فهمیدی دوربین گوشی چطور کار می‌کنه، وقتشه که بری بیرون و یه عالمه عکس بگیری!
یه سری ترفند هم توی Google Photos هست که می‌تونی باهاشون عکس‌هات رو قشنگ‌تر کنی.
اگه هم دنبال یه گوشی با دوربین بهتر هستی، حالا که می‌دونی چطور کار می‌کنه، می‌تونی راحت‌تر انتخاب کنی.

__ تکنودات مرجع اخبار تکنولوژی __
منبع androidpolice
1 نظر
  1. مهیار میگه

    ۲۰ از ۲۰

نظرتون در مورد این مطلب چیه

آدرس ایمیل شما بصورت عمومی منتشر نخواهد شد.

لطفا از ارسال نظرات بی ربط با این مطلب خودداری نمایید.