نبرد بی‌حاصل مگاپیکسل‌ها

موبنا – سازندگان دوربین‌های دیجیتال ناگهان تصمیم گرفتند رزولوشن تصویر یا همان مگاپیکسل دستگاه‌های خود را به‌عنوان مهم‌ترین عامل تبلیغاتی انتخاب کنند و بدیهی است مصرف‌کننده نیز چاره‌ای جز همسویی با این رویه نداشت و تقاضا برای دوربین‌هایی با مگاپیکسل بالاتر روندی فزاینده را دنبال کرد.

در حالی که دوربین‌های دیجیتال اولیه رزولوشن‌هایی بین 0.5 تا 3 مگاپیکسل داشتند طی دو تا سه سال انواع 4، 5، 7، 8 و 10 مگاپیکسلی روانه بازار شد و حسگرهای 12 و 13 مگاپیکسلی تنها در مدل‌های گران‌قیمت دیده می‌شدند.

اکنون رزولوشن 8 و 12 مگاپیکسل استاندارد بازار است و اگر از انواع مدیوم فرمت بگذریم، دوربین‌های مصرفی فول فریم با رزولوشن 36 و 42 مگاپیکسل نیز ساخته می‌شود.

بنابراین می‌توان گفت نبرد مگاپیکسل‌ها اندکی متعادل شده و شدت پیشرفت گذشته را ندارد. با وجود این سازندگان موبایل هنوز اطراف این عامل مانور می‌دهند و بسیاری از کاربران هنوز نمی‌دانند رزولوشن بالاتر حسگر درد چندانی دوا نمی‌کند.

برای روشن‌تر شدن این موضوع بد نیست با ساختار حسگر دوربین‌ها آشنا شویم و با دانستن محدودیت‌های آن با دیدی متفاوت به مگاپیکسل‌های سردرگم‌کننده نگاه کنیم.

ساختار حسگرهای تصویربرداری

حسگر دوربین‌های دیجیتال یک دستگاه آنالوگ است و همان‌گونه که میکروفن، امواج صوتی را به تحریکات الکتریکی تبدیل می‌کند، برخورد پرتوهای نور به سطح حسگر موجب ایجاد سیگنال‌های الکتریکی می‌شود.

سطح حسگر از تعداد زیادی گیرنده نوری یا فتودیود تشکیل شده که به‌صورت انفرادی، سیگنال‌های الکتریکی مجزا تولید می‌کنند و به ازای هر پیکسل از تصویر خروجی، یک موزائیک چندتایی از گیرنده‌های حساس به نور سبز، آبی و قرمز کنار هم قرار گرفته است.

در نهایت اطلاعات این گیرنده‌ها با هم الحاق شده و از کنار هم قرار گرفتن پیکسل‌های ایجاد شده، اطلاعات مورد نیاز برای خلق تصویر دیجیتال در اختیار پردازنده دوربین قرار می‌گیرد.

پردازنده دوربین این حجم عظیم از سیگنال‌های الکتریکی را براساس شدت به اطلاعات رنگ ترجمه می‌کند و تصویر دیجیتال حاصل را برای ذخیره‌سازی به کارت حافظه می‌فرستد.

انجام این همه عملیات پردازشی در مدتی که کاربر دکمه شاتر را فشار می‌دهد مستلزم سرعتی بسیار بالاست و به همین دلیل سازندگان دوربین‌های دیجیتال و گوشی‌های هوشمند، علاوه بر رزولوشن برای پردازنده دستگاه‌های خود نیز تبلیغات فراوانی می‌کنند.

ضعف چشمان فناوری

پیشرفت فناوری نانو به سازندگان حسگرهای تصویربرداری امکان جای دادن تعداد بیشتری گیرنده نوری روی حسگرها را داده و به همین دلیل ساخت حسگرهای با رزولوشن بالاتر تا این حد بسرعت پیشرفت کرده است.

با بهبود محدودیت اندازه در فناوری نانو، این امر شدت کمتری یافته و این روزها سازندگان در پی روش‌هایی برای اصلاح فناوری موجود جهت بهبود تصویر هستند.

هر قدر تراکم گیرنده‌های نوری موجود روی حسگر بیشتر باشد، سهم کمتری از پرتوهای برخورد یافته به هر گیرنده می‌رسد، چون سطح موثر هر گیرنده نوری با افزایش تراکم گیرنده‌ها کاهش می‌یابد و با ثابت در نظر گرفتن ابعاد دو حسگر فرضی، حسگری که گیرنده‌های نوری بیشتری دارد، از هر گیرنده سیگنال ضعیف‌تری دریافت می‌کند.

این سیگنال ضعیف برای ایجاد تصویر باید تقویت شود و حسگرهای کوچک‌تر با تراکم بالاتر یا همان مگاپیکسل بیشتر نیازمند تقویت بیشتر سیگنال‌های خود هستند.

شاید در تئوری این امر بدون اشکال تحقق یابد و هر کسی که دانشی بنیادین از علم الکترونیک داشته باشد می‌داند مدار آمپلی‌فایر یا تقویت‌کننده‌ها دستگاه‌هایی بسیار معمول در این صنعت هستند.

اما اشکال کار زمانی مشخص می‌شود که بدانیم حسگر در ذات، یک وسیله آنالوگ است و مانند هر دستگاه آنالوگ دیگر، نویز در خروجی آن پدیده‌ای اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

این امر را می‌توان با تشبیه حسگر به یک رادیوی رومیزی روشن کرد و همان‌طور که با تقویت صدای رادیو، علاوه بر صدای ایستگاه صدای خش خش نیز تقویت می‌شود، تقویت سیگنال‌های ضعیف خروجی حسگر نیز افزایش میزان اغتشاش را در پی دارد و این اغتشاشات به‌صورت خطاهای رنگی بروز می‌یابد.

یعنی حسگر به جای دریافت سیگنالی قوی از شدت واقعی پرتوهای نوری یک بخش از تصویر، سیگنالی ضعیف دریافت می‌کند که تقویت آن همراه نویز، معرفی واقعی از آن بخش تصویر نیست.

در دنیای ما این پدیده به شکل برفک رنگی بخصوص در سایه‌های تصویر که روشنایی کمتری دارد ، دیده می‌شود و همین نویز آزاردهنده است که تصاویر ثبت شده در نور کم را هنگام بزرگنمایی از کاربردی بودن سلب می‌کند.

حال که می‌دانیم افزایش تراکم گیرنده‌های نوری و مگاپیکسل‌ها هنگام ثابت ماندن ابعاد حسگر، پدیده‌ای شوم و نامطبوع است، این پرسش پیش می‌آید که چرا سازندگان ابعاد حسگرهای به کار رفته در موبایل را افزایش نمی‌دهند؟

برای پاسخ به این پرسش باید نخست بدانیم تجهیزات اپتیکی همراه حسگر، با افزایش ابعاد آن به‌طور نمایی بزرگ می‌شوند و کافی است حسگر یک دوربین اندکی بزرگ شود تا لنز همراه آن نیز گوشی باریک و خوش دست شما را به یک کتلت تبدیل کند.

بنابراین به دلیل تقاضا برای گوشی‌های کوچک‌تر و نازک‌تر، دست طراحان و سازندگان برای کاربرد حسگرهای بزرگ‌تر بسته است، در حالی که در دنیای دوربین‌های دیجیتال کاربر ضخامت دستگاه را به مراتب ساده‌تر خواهد پذیرفت.

در دوربین‌های حرفه‌ای بخصوص انواع فول فریم سطح حسگر هنوز قابلیت خوبی برای پذیرش گیرنده‌های نوری دارد و به همین دلیل دوربین‌های APS-C با رزلوشن 24 مگاپیکسل و انواع فول فریم با حسگرهای 36 مگاپیکسلی هنوز با کارایی بالایی تصاویر کم نویز تولید می‌کنند.

درمان برای دردی فرا‌گیر

مخمصه مگاپیکسل‌ها نه راه پیش دارد و نه راه پس. سازنده حسگر نه می‌تواند تعداد مگاپیکسل‌ها را بالاتر ببرد، چون نویز حتی از این هم بیشتر می‌شود و نه می‌تواند آن را بزرگ‌تر کند، چون آن‌گاه دست طراح را در کاهش ابعاد دستگاه خواهد بست.

بنابراین کارخانه‌های سازنده حسگر تصمیم گرفته‌اند با بهینه‌سازی فناوری ساخت حسگرهای خود، کیفیت فعلی را ارتقا دهند.

در نسل قبلی حسگرهای تصویربرداری سیم‌کشی گیرنده‌های نوری در سطح قرار داشت و فضای ارزشمندی که می‌توانست صرف دریافت پرتوهای نوری شود با سیم‌کشی اشغال می‌شد، اما در حسگرهای Backlit یا BSI این اتصالات به بخش پشتی حسگر منتقل شده‌اند و در تئوری، پرتوهای نوری با بازده بالاتری به گیرنده‌های نوری برخورد می‌کنند.

رویکرد دیگر، فراموش کردن مگاپیکسل‌های بالاتر، به جان خریدن اندکی ضرر و تبلیغ این نکته است که کاهش مگاپیکسل‌ها موجب بهبود کیفیت تصویر بخصوص در نور کم می‌شود.

این رویکرد را در میان برخی سازندگان گوشی دیده‌ایم ؛ در حالی‌که یک سازنده تبلیغ حسگرهای 20 مگاپیکسلی را می‌کند، سازنده دیگر حسگری با رزولوشن 12 مگاپیکسل اما با تراکم کمتر و حساسیت بیشتر را روی‌ گوشی خود به کار می‌برد که خروجی آن در نور کم، چیزی فراتر از تصاویر آبرنگی در‌هم و برهم است و نتایج آن ارزش انتشار را دارد.

عدد مهم نیست

در نهایت باید به این اندیشید که آیا مگاپیکسل بالاتر واقعا به درد کاربر می‌خورد یا نه؟ تنها مزیت مگاپیکسل و رزولوشن بالاتر باز شدن دست کاربر هنگام ویرایش تصاویر است و با توجه به این‌که 90 درصد کاربران به ویرایش تصاویر موبایل خود نیازی ندارند و حداکثر قرار است یکی دو افکت رنگی به تصاویر بدهند، نیازی به حسگری با رزولوشن بالا نیز نخواهند داشت.

تصاویر منتشر شده در شبکه‌های اجتماعی به‌ندرت رزولوشنی بالاتر از سه مگاپیکسل دارند و این همه فضای اشغال شده توسط تصاویر حجیم را می‌توان صرف اموری به مراتب مهم‌تر کرد.

کاربرانی که از دستورات ویرایشی مانند کراپ یا بریدن بخش کوچکی از تصویر استفاده می‌کنند، از حسگرهای با رزولوشن بالاتر بهره خواهند برد.

چون مگاپیکسل بالاتر به معنای تصویری بزرگ‌تر است که جدا کردن اجزای کوچک‌تر آن افت کیفیت کمتری در پی دارد، اما بیشتر این کاربران بخوبی می‌دانند یک دوربین دیجیتال همیشه بهتر از موبایل عکس می‌گیرد و آنها هم نیازی به گوشی 18 یا 20 مگاپیکسلی نخواهند داشت.

در نتیجه بد نیست دفعه بعدی که برای خرید گوشی هوشمند در حال برنامه‌ریزی و اولویت‌بندی هستیم به این نکته بیندیشیم که رزولوشن بالاتر حسگرهای کوچک به‌معنای تصاویر برفکی در نور کم و فایل‌های خروجی حجیم است و پارامتر مگاپیکسل را از میان اولویت‌ها بیرون بیاوریم.

 منبع: ضمیمه کلیک | نویسنده: محسن آرونی