بررسی مگاپیکسل بالاتر و معرفی عوامل مهم در کیفیت دوربین گوشی‌های امروزی

[IM@N]

در چند ماه اخیر گوشی‌های رده اول مختلفی معرفی شدند، دوربین هم یکی از بخش‌های مهم و رو به رشد دنیای گوشی‌ها بوده و هست. یکی از پیشرفت‌هایی که در عرصه‌ی دوربین شاهد هستیم، مگاپیکسل بالاتر یا به عبارتی عکس‌هایی با رزولوشن بالاتر است. اما وقتی عکس‌هایی که توسط گوشی‌های مختلف گرفته شده‌اند را در کنار هم قرار می‌دهیم و مقایسه می‌کنیم، این سوال پیش می‌آید که چرا دوربین‌هایی با مگاپیکسل بالاتر، کیفیت بهتری ندارند؟ در این مقاله به مسأله‌ی مگاپیکسل می‌پردازیم و عوامل مهم در ارزیابی کیفیت دوربین را معرفی می‌کنیم. با ما باشید.

در دنیای گوشی‌ها، رفته رفته دوربین‌های 8 مگاپیکسلی جای خود را به دوربین‌های 13 مگاپیکسلی و بالاتر داده‌اند. گلکسی اس 4 و آپتیموس جی پروی ال‌جی هم از این قاعده مستثنی نبوده و دوربین‌های 13 مگاپیکسلی دارند. کمپانی پنتچ در ماه ژانویه گوشی دیسکاور خود را با دوربین 12.6 مگاپیکسلی رونمایی کرده، ال‌جی در اکتوبر سال قبل آپتیموس جی را با دوربین 13 مگاپیکسلی روانه‌ی بازار کرد و از همه مهم‌تر نوکیاست که حدود یکسال پیش 808 پیورویو را با دوربین 41 مگاپیکسلی عرضه کرد.
تفاوت برندها در بخش دوربین هم واضح است به طوری که دوربین 8 مگاپیکسلی یک گوشی نسبت به گوشی دیگری با دوربین 13 مگاپیکسلی، از نظر کیفیت برتری دارد و حتی ممکن است قیمت گوشی اول پایین‌تر و به صرفه‌تر باشد.
اچ‌تی‌سی در زمینه‌ی کیفیت دوربین با مگاپیکسل پایین‌تر، حرف اول و آخر را زده است. اگر کمی به عقب برگردیم، همین کمپانی تایوانی بود که می‌خواست در پرچم‌داری به نام تایتان 2 از دوربین 16 مگاپیکسلی استفاده کند و حالا بعد از چند ماه می‌بینیم که در جدیدترین پرچم‌دار این کمپانی یعنی اچ‌تی‌سی وان، یک دوربین 4 مگاپیکسلی به کار رفته است. دوربینی با یک تکنولوژی جدید و خلاقانه به نام اولتراپیکسل که در کالبد زیبای این گوشی آلومینیومی، جای گرفته است. در اچ‌تی‌سی وان حسگری به مراتب بزرگتر از حد معمول به کار رفته و لذا پیکسل‌های آن بزرگ‌تر هستند. به همین علت است که در نور کم، عملکرد دوربین این گوشی فراتر از تمام رقباست.
گوشی‌هایی مثل اچ‌تی‌سی وان به عموم علاقه‌مندان گوشی و عکاسی ثابت می‌کنند که شاید عکس‌های یک گوشی 5 مگاپیکسلی بهتر از یک گوشی 12 مگاپیکسلی باشد. حالا دیگر مگاپیکسل بالاتر به معنای کیفیت بهتر عکس‌ها نیست.
امروزه فرمولی که برای تخمین کیفیت دوربین یک گوشی می‌توان استفاده کرد شامل جنس و اندازه‌ی لنز، حسگر نور، سخت‌افزار مورد استفاده برای پردازش تصویر و در نهایت نرم‌افزاری برای هماهنگی بین بخش‌های ذکر شده، می‌شود. در یک کلام تمام ماژول دوربین را باید بررسی کرد تا به کیفیت عکس‌ها پی برد.
در اینجا می‌خواهیم نگاه عمیق‌تری به موارد یاد شده در ارزیابی کیفیت دوربین گوشی‌های امروزی داشته باشیم.
اولین عامل کلیدی: سنسور یا حسگر
وقتی از کیفیت دوربین یک محصول صحبت به میان آید، نظر بیشتر کاربران معمولی و حرفه‌ای این است که حسگر نور مهم‌ترین عامل است چرا که مسئولیت دریافت و ثبت نور بر عهده‌ی این جزء دوربین می‌باشد. نقش حسگر در یک دوربین دیجیتال به مثابه‌ی نقش فیلم در دوربین‌های عکاسی قدیمی است. نوری نباشد، عکسی هم به دست نمی‌آید.
نور از لنز دوربین وارد شده و به سمت حسگر هدایت می‌شود. حسگر نور و تمام اطلاعات آن را می‌گیرد و به زبان سیگنال‌های الکتریکی ترجمه می‌کند. سیگنال‌های تولید شده توسط پردازنده‌ی تصویر، پردازش شده و عکس ایجاد می‌شود. پردازنده‌ی تصویر نقش بهینه کردن و تصحیح عکس نهایی را بر عهده دارد و برخی موارد مشکل‌زا مثل نویز را حذف یا کاهش می‌دهد.
اندازه‌ی حسگر اهمیت بسیار زیادی دارد. به طور کلی هر چه حسگر بزرگ‌تر باشد، پیکسل‌ها هم بزرگ‌تر می‌شوند و هر چه پیکسل‌ها بزرگ‌تر باشند، نوری که جمع می‌کنند هم بیشتر است. بنابراین در نهایت به این نتیجه می‌رسیم که حسگر بزرگ‌تر به جذب نور بیشتر و افزایش کیفیت عکس می‌انجامد.

دوربین گوشی‌های معروف امروزی، از چپ به راست: اچ‌تی‌سی وان، آیفون 5، گلکسی اس 4 سامسونگ و بلک‌بری زد 10

وقتی با متخصصین صحبت می‌کنیم، عبارات جالبی برای توضیح رابطه‌ی بین حسگر و پیکسل به کار می‌برند. یکی از عبارات معروف سطل آب و چاه است که داستان را بیش از حد ساده می‌کند.
فرض کنید یک پیکسل به مثابه‌ی سطل آبی است که روی صفحه‌ی سیاه حسگر قرار گرفته است. اگر بخواهید آب یا نور بیشتری جمع کنید، باید حجم سطل‌ها افزایش یابد. بنابراین برای قرار دادن سطل‌های بزرگ‌تر به سطح بیشتری نیاز پیدا می‌کنید و به عبارت دیگر برای جذب نور بیشتر، به پیکسل‌های بزرگ‌تر و لذا به حسگر بزرگ‌تر نیاز دارید.
یکی از اساسی‌ترین تفاوت‌های بین یک دوربین تک لنز انعکاسی یا به اصطلاح حرفه‌ای که رزولوشن 5، 8 و یا 13 مگاپیکسل دارد با دوربین 13 مگاپیکسلی یک گوشی هوشمند، در اندازه‌ی حسگر است.
معمولاً حسگر بزرگتر نور بیشتری جذب کرده و نویز کمتری در عکس باقی می‌ماند، از طرفی محدوده‌ی دینامیکی یا Dynamic Range تصویر افزایش می‌یابد. منظور از محدوده‌ی دینامیکی نسبت روشنایی روشن‌ترین نقاط تصویر به تاریک‌ترین نقاط آن است.
مگاپیکسل واژه‌ای مبهم و گمراه‌کننده
حالا با توضیحاتی که دادیم، کم‌کم به این حقیقت پی می‌برید که افزایش پیکسل‌های یک حسگر، بهترین راه ممکن برای افزایش دقت پیکسل‌ها نیست ولیکن در سال‌های اخیر، صنعت گوشی‌های هوشمند به سمت افزایش تعداد پیکسل حرکت کرده، بدون اینکه حسگر بزرگ‌تر شود.
چند سال پیش وقتی روزلوشن دوربین‌ها از 1 مگاپیکسل به 2 مگاپیکسل افزایش یافت، جان ایرِنسِن که یکی از تحلیلگران گارتنر است و در مورد حسگر دوربین‌ها اطلاعات خوبی دارد، اینگونه اظهار کرده: "آنها اندازه‌ی پیکسل را کوچکتر کرده‌اند تا پیکسل‌های بیشتری جای گیرند" و نیز: "اما حسگر، همان حسگر قبلی است".
نتیجه‌گیری وی به این صورت است:

آنچه در نهایت اتفاق می‌افتد این است که نور به چاه آب یا سطل که همان بخش حساس به نور حسگر است، برخورد می‌کند و جذب می‌شود. حال اگر شما چاه را کوچکتر کنید، رسیدن نور به بخش حساس مشکل‌تر می‌شود. در نهایت افزایش رزولوشن آنچنان که باید و شاید نتیجه نمی‌دهد و نویز افزایش می‌یابد.

رابطه‌ی بین تعداد پیکسل‌ها و اندازه‌ی فیزیکی حسگر پاسخ این سوال جالب است که چرا برخی دوربین‌های 8 مگاپیکسلی، رقبای 12، 13 و حتی 16 مگاپیکسلی خود را به راحتی مغلوب می‌کنند.
اما عوامل دیگری هم در کیفیت دوربین گوشی‌های هوشمند دخیل هستند. کوچکی و به عبارت دیگر باریکی گوشی‌ها، اندازه‌ی حسگر را محدود می‌کند. افزایش مگاپیکسل باعث کوچکتر شدن پیکسل‌ها و جذب نور کمتر شده و در نهایت کیفیت عکس را کاهش می‌دهد. البته همیشه اینطور نیست، به عنوان مثال وقتی نور محیط زیاد یا کافی باشد، روزولوشن بیشتر منجر به افزایش کیفیت تصویر می‌شود.
نکته‌ی دیگر این است که همیشه افزایش رزولوشن دوربین گوشی‌های هوشمند با کاهش اندازه‌ی پیکسل‌ها همراه نیست. به عنوان مثال پیکسل‌های گوشی تایتان 2 اچ‌تی‌سی 1.12 میکرونی بوده و پیکسل‌های دوربین اچ‌تی‌سی وان ایکس کمی بزرگ‌تر یعنی 1.4 میکرونی هستند. بنابراین اگر عکس‌های 16 مگاپیکسلی تایتان 2 را با اچ‌تی‌سی وان ایکس به صورت پیکسل به پیکسل مقایسه کنیم، اختلاف زیادی ندارند و این نتیجه‌ی استفاده از حسگر بزرگ‌تر برای افزایش رزولوشن است.

برخی سازندگان گوشی مثل اچ‌تی‌سی، حالات عکاسی جدید و جالبی به محصولات خود اضافه می‌کنند، مثل حالت عکاسی Sequence در گوشی اچ‌تی‌سی وان

متأسفانه بیشتر سازندگان گوشی اطلاعات دقیق در مورد اجزای دوربین و مخصوصاً اندازه‌ی حسگر آن منتشر نمی‌کنند، بنابراین تا زمانی که دوربین محصولات جدید را آزمایش نکنیم، کیفیت عکس تا حد زیادی نامعلوم باقی می‌ماند. حتی اگر سازنده‌ای به انتشار اطلاعات دقیق دوربین روی آورد هم این اطلاعات برای عموم مشتریان تا حدی مبهم و غیر قابل استفاده خواهند بود.
تکلیف گوشی 41 مگاپیکسلی نوکیا پیورویو چیست؟
داستانی که نوکیا در مورد گوشی 41 مگاپیکسلی پیورویو می‌گوید، واقعاً جالب است. یوها آلاکارهو رئیس بخش تکنولوژی‌های دوربین در کمپانی نوکیاست، جایی که او با تیم خود روی وسایل هوشمند کار می‌کند. آلاکارهو می‌گوید علی‌رغم اینکه 808 پیورویو به گونه‌ای مهندسی شده که توان عکس‌برداری با روزولوشن 41 مگاپیکسل را دارا باشد، بیشتر کاربران عکس‌ها را با همان رزولوشن 5 مگاپیکسلی حالت پیش‌فرض تماشا می‌کنند.
معمولاً وقتی از قابلیت بزرگ‌نمایی دیجیتال در یک گوشی استفاده می‌کنید، تصویر بریده می‌شود و پیکسل‌ها از نمای نزدیک‌تری نمایش داده می‌شوند. در این حالت همیشه نویز، مربع‌مربع شدن تصویر، کاهش دقت فوکوس، رنگ و وضوح لبه‌ها مشهود است و ممکن است به حدی کیفیت کاهش بیابد که به هیچ وجه مطلوب نباشد.

عکسی که توسط نوکیا 808 پیورویو گرفته شده است

نوکیا در 808 پیورویو از فرآیندی به نام Oversampling استفاده کرده، با استفاده از اُوِرسَمپِلینگ، 7 پیکسل از تصویر ذخیره شده در یک پیکسل خلاصه می‌شوند. پیکسلی که نوکیا عنوان سوپرپیکسل را برای آن انتخاب کرده است. حال اگر شما روی سوژه‌ای زوم کنید، به جای بریده شدن و کاهش کیفیت تصویر، بخش مورد نظر با پیکسل‌های بیشتری که قبلاً هنگام عکاسی ثبت شده، نمایش داده می‌شود. به همین علت است که دقت نمایش دیجیتال و بزرگ‌نمایی عکس‌ها در 808 پیورویو از آنچه انتظار داریم، بیشتر است.
آلاکارهو می‌گوید تکنولوژی به کار رفته در 808 پیورویو نتیجه‌ی 5 سال کار این کمپانی بوده است. در 808 تنها با حسگر بسیار بزرگ 1.2/1 اینچی روبرو نیستیم بلکه الگوریتم‌های خاصی در کنار این حسگر بزرگ استفاده شده تا نواقصی مثل نویز را برطرف کند. به خاطر همین فرآیندهای پردازش تصویر جالب است که نوکیا نام عکاس حرفه‌ای خود را "پیور ویو" به معنی "نمایش خالص" انتخاب کرده است.
دومین عامل کلیدی: پردازش تصویر
علاوه بر اندازه و کیفیت حسگر، پردازنده‌ی تصویر هم اهمیت بسزایی دارد. در بیشتر گوشی‌های رده اول، از تراشه‌های مجتمعی استفاده شده که در آن علاوه بر پردازنده‌ی اصلی، پردازنده‌ی گرافیکی هم به چشم می‌خورد. با استفاده از شتاب‌دهی سخت‌افزاری که به کمک پردازنده‌ی گرافیکی امکان‌پذیر شده، می‌توان پردازش تصاویری مثل عکس، فیلم و بازی‌ها را مستقل از نرم‌افزار انجام داد، بدین ترتیب بار پردازشی سنگین از دوش پردازنده‌ی اصلی برداشته می‌شود.
اچ‌تی‌سی و سامسونگ با استفاده از پردازنده‌ی تصویری که از شتاب‌دهی سخت‌افزاری بهره می‌برد، سرعت عکاسی دوربین گوشی‌های خود را افزایش داده‌اند به طوری که در حالت عکاسی سریع و پشت‌سرهم یا Continuous-Burst Mode می‌توان هر عکس را در زمانی کمتر از یک دهم ثانیه ذخیره کرد. البته توجه داشته باشید که در حالت بِرست فرصت کافی برای فوکوس وجود ندارد و لذا عکس‌ها کمی مات می‌شوند.
بین سخت‌افزار و عکسی که در نهایت تهیه می‌شود، همیشه یک پل نرم‌افزاری وجود دارد. الگوریتم‌ها و اعمال منطقی خاصی برای نمایش عکس نهایی روی صفحه‌ی گوشی به کار گرفته می‌شوند. اینجاست که مهم‌ترین جزء در عکاسی مطرح می‌شود و آن اینکه چشم شما چطور به تفسیر کیفیت رنگ‌ها، وضوح تصویر و غیره می‌پردازد.
پردازنده‌ی تصویر نقش دیگری هم دارد و آن رسیدن به تأخیر صفر ثانیه‌ای شاتر است. وقتی شاتر دوربین گوشی خود را فشار می‌دهید تا عکس ذخیره شود، هر چه تأخیر دوربین کمتر باشد، بهتر است و این مهم به کمک پردازش تصویر و البته سخت‌افزار بهتر قابل دستیابی است.
چه مسائل مهم دیگری در مورد دوربین مطرح است؟
اگر بخواهیم تکنولوژی‌های روز در عرصه‌ی حسگر را بررسی کنیم، ماجرا بسیار طولانی و پیچیده می‌شود. امروزه در بیشتر گوشی‌ها از حسگرهای BSI یا Back-Side Illuminated استفاده می‌شود. این نوع حسگر معمولاً در نور کم عملکرد بهتری دارد چرا که حساسیت آن نسبت به نور بیشتر است. ولیکن اگر در نور زیاد از این نوع حسگر استفاده کنید شاید عکس شما را خراب کند.

دوربین آیفون 5 امکانات کنترلی کمی دارد اما در عوض پردازش تصویر آن خوب است.

عملکرد در نور کم هم تدریجاً به یکی از جنبه‌های تبلیغاتی گوشی‌های هوشمند تبدیل شده است. نوکیا لومیا 920 و آیفون 5 اپل در حال حاضر در این بخش پیشتازند. اچ‌تی‌سی وان هم به کلی از پس گلکسی اس 4 برآمده و جالب است که گلکسی چهارم هیچ بهینه‌سازی خاصی برای عکاسی در نور کم ندارد و تنها به چند حالت مختلف عکاسی بسنده کرده است.
گذشته از عملکرد دوربین‌ها در نور کم، اندازه‌ی حسگر و پردازنده‌ی تصویر مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده‌ی کیفیت دوربین یک گوشی هستند اما ملاحظات دیگری هم وجود دارد. فی‌المثل اجزایی با کیفیت بالاتر در نمایش بهتر عکس‌های گرفته شده موثرند. استفاده از قطعات بهتر موجب افزایش هزینه‌ی تمام شده هم می‌شود.
ایرنسن بر این باور است که استفاده از قطعات بهتر در ماژول دوربین ممکن است هزینه‌ی آن را 2 برابر کند. با این وجود تنها بخشی از هزینه‌ی تمام شده به دوربین گوشی مربوط می‌شود که بر اساس تخمین ایرنسن، نهایتاً 15 دلار است. توجه کنید که هزینه‌ی تولید یک گوشی رده اول مثل گلکسی اس 4 در حدود 250 دلار است و 15 دلار رقم قابل توجهی نیست. متأسفانه سازندگان گوشی مثل سامسونگ و نوکیا در مورد هزینه و منابع خود اطلاعات دقیقی منتشر نمی‌کنند.
قابل استفاده بودن دوربین مهم‌ترین مسأله است
با پیشرفت دوربین گوشی‌های هوشمند و افزایش کارایی آن، تدریجاً این باور در ذهن عموم کاربران شکل گرفته که به جای استفاده از دوربین‌های معمولی، بهتر است از دوربین گوشی خود استفاده کنیم که همیشه و همه‌جا با ما همراه است. بنابراین این مثل رایج شده که بهترین دوربین، دوربینی است که همیشه با شما باشد.
مهندسی پیشرفته‌ای که در ساخت دوربین گوشی‌های هوشمند می‌شود و اهمیت قطعات فیزیکی دوربین عامل بسیار مهمی است اما تجربه‌ی استفاده از دوربین هم اهمیت بسیار زیادی دارد. اینکه بتوان نرم‌افزار دوربین را به راحتی و با سرعت زیاد باز کرد و آماده‌ی عکاسی شد، اینکه عکس سریع‌تر گرفته شود و افکت‌های خاص عکاسی مطلوب باشند، داشتن حالات مختلف عکاسی، همه و همه در راحتی استفاده و جلب رضایت کاربر موثرند.
برخی از سازندگان گوشی مثل سامسونگ، ال‌جی و اچ‌تی‌سی امکانات عکاسی خوبی در گوشی‌های رده اول خود اضافه کرده‌اند. به عنوان مثال تشخیص لبخند یا انتخاب بهترین عکس بین چندین عکس مختلف، حالات عکاسی جدیدی که در اندرویدی‌های رده اول این سازندگان گوشی می‌بینیم هم کاربردی هستند مثل گرفتن عکس و ویدیو از دوربین عقب و جلو به صورت هم‌زمان و یا ترکیب عکس‌های حرکتی در یک عکس.
فیلترهای جالب و افکت‌های عکاسی هم از جمله امکانات جالب گوشی‌های امروزیست. درو بلَکارد مدیر ارشد برنامه‌ریزی محصولات در کمپانی سامسونگ می‌گوید به اشتراک گذاری عکس‌ها به راحتی و در سریع‌ترین زمان ممکن، برای بیشتر کاربران مهم‌تر از تعداد پیکسل‌های عکس است. کافی است به موفقیت توییتر و اینستاگرام و اخیراً فیس‌بوک در به اشتراک گذاشتن عکس‌های کوچک توجه کنید تا اهمیت این موضوع برایتان روشن شود.

تنظیمات و فیلترهایی نظیر آنچه در گلکسی اس 4 وجود دارد، جالب است اما اگر دوربین گوشی شما به درستی کار نکند، این امکانات بی‌فایده خواهند بود.

ایرنسن این پرسش را مطرح می‌کند که:"اگر بیش از آنچه نیاز دارید، در اختیار شما باشد، در عمل چه فایده‌ای خواهد داشت؟" و اینطور پاسخ می‌دهد که با توجه به اینکه بیشتر کاربران عکس‌های گوشی خود را در آلبوم‌های آنلاین آپلود می‌کنند و یا آن را از طریق ایمیل برای خانواده و دوستان خود ارسال می‌نمایند، به این نکته می‌رسیم که بهتر است عکس‌های یک دوربین، رزولوشنی کمتر از 8 مگاپیکسل و حتی 5 مگاپیکسل داشته باشند.
در مسافرت به نکته‌ای که آلاکارهو و دیگران در مورد مشخصات دوربین می‌گویند می‌رسیم، به جای حمل 10 کیلوگرم تجهیزات عکاسی و یک دوربین بزرگ حرفه‌ای می‌توان یک 808 پیورویوی نوکیا را در جیب خود قرار داد و از آن استفاده کرد. مسلماً کیفیت دوربین یک گوشی هوشمند پایین‌تر از دوربین‌های حرفه‌ای است اما برای عموم کاربران که می‌خواهند عکس‌های ساده‌ای بگیرند، استفاده از یک محصول کوچک کاربردی‌تر است.
نتیجه‌گیری
در نهایت می‌خواهیم مسأله‌ی مگاپیکسل بالاتر را بار دیگر مطرح کنیم. در مقایسه‌ی دوربین گوشی‌های هوشمند بهتر است به مگاپیکسل توجه نکنیم بلکه کیفیت عکس‌ها و امکانات و سهولت استفاده از نرم‌افزار دوربین را مورد توجه قرار دهیم. اهمیت سخت‌افزار و نرم‌افزاری که در تولید عکس مشارکت دارند به مراتب بیشتر از مگاپیکسل است و زمان آن رسیده که مگاپیکسل را نادیده بگیریم.
مسأله‌ی دیگر توجه به نیاز در عکاسی است. اگر دوربین ساده‌ای می‌خواهیم که از سوژه‌های معمولی عکس بگیریم، نیازی به استفاده از یک دوربین حرفه‌ای نیست. کاربران حرفه‌ای که می‌خواهند تصاویر با کیفیتی از مناظر طبیعت، مناظر تاریک، عکاسی از جانداران از فاصله‌ی زیاد و مانند آن بگیرند، مسلماً به دوربین‌های حرفه‌ای نیاز پیدا می‌کنند. دوربین‌هایی که برای تنظیم کردن آن باید حوصله کرد و با نحوه‌ی کار آن آشنا شد.
شما از دوربین گوشی خود چه قدر استفاده می‌کنید؟ در شرایط معمول و نیز در مسافرت، بیشتر از چه وسیله‌ای برای عکاسی استفاده می‌کنید؟