فناوری ترکیب پیکسلی (Pixel Binning) گوشی های موبایل چگونه کار می نماید؟ - وبلاگ تپلینک

به گزارش وبلاگ تپلینک، در این مطلب به آنالیز قابلیت ترکیب پیکسلی (Pixel Binning) در عکاسی با موبایل می پردازیم؛ اینکه این فناوری چیست و چگونه کار می نماید.

بسیاری از گوشی های هوشمند این روزها با سیستم دوربین پیشرفته ای راهی بازار می شوند. اما به هیچ عنوان این پیشرفته بودن فقط در میزان سنسور آن ها خلاصه نمی شود. بسیاری از فعالیت هایی که باعث می شوند یک گوشی عملکرد خوبی در زمینه عکاسی داشته باشد، در پشت صحنه صورت می گیرد. در واقع شما آن ها را نمی بینید ولی تأثیر به سزایی در بهبود کیفیت تصاویر دارند. یکی از این موارد، فناوری ترکیب پیکسلی است که در لاتین از آن به عنوان Pixel Binning یاد می شود.

اگر از علاقه مندان به محصولات سامسونگ باشید و خبرهای مربوط به این شرکت را طی چند وقت اخیر دنبال نموده اید، احتمالا با عبارت nona-binning یا Adaptive Pixel روبرو شده اید. عبارتی که در واقع به همان ترکیب پیکسلی اشاره دارد و باعث می شود عملکرد گوشی در شرایطی که نور محیط مساعد نیست به شکل محسوسی بهبود پیدا کند. اما آیا واقعا چنین اتفاقی رخ می دهد؟ در این مطلب تصمیم داریم به آنالیز این فناوری و تأثیر آن در عکاسی موبایل بپردازیم.

چرا دوربین گوشی های هوشمند از فناوری ترکیب پیکسلی بهره می برد؟

قبل از اینکه به شرح فناوری یادشده و چگونگی عملکرد آن بپردازیم، باید ببینیم اصلا چرا همچین قابلیتی وجود دارد. اگر دقت کنید، می بینید گوشی های هوشمند در بخش دوربین محدودیت های زیادی دارند. از جمله این موارد می توان به محدودیت در میزان سنسور اشاره نمود. سنسور دوربین دقیقا همان جایی است که میلیون ها پیکسل در آن قرار می گیرند. پیکسل هایی که وظیفه شان دریافت نور محیط است و اگر به میزان کافی پیکسل درون یک سنسور وجود نداشته باشد، یعنی عملکرد دوربین آن گوشی در جذب نور و در نتیجه عکاسی در نور شب هم با مشکل روبرو خواهد شد. البته جذب نور لزوما به معنای این نیست که می شود در شب تصاویر بهتری ثبت کرد؛ نه تنها این اتفاق می افتد بلکه به صورت کلی (در هر شرایط نوری) از اندازه نویز تصاویر هم کاسته شده و جزئیات آن ها بیشتر و بهتر دیده می شود.

اما یک مسئله ای وجود دارد. اگر بخواهیم پیکسل های زیادی را درون سنسور دوربین گوشی های هوشمند قرار دهیم، میزان یک سنسور هم باید افزایش پیدا کند. این موضوع فعلا برای گوشی های هوشمند خیلی کارساز نیست چرا که ماژول دوربین یک گوشی بخشی از طراحی آن است و نمی شود خیلی آن را بزرگ طراحی کرد چون باید فضای کافی برای تعبیه پردازنده، مادربرد، بلندگوها، سنسورهای مختلف و… وجود داشته باشد.

برای اینکه شرکت های فراورینماینده گوشی های هوشمند بتوانند با این محدودیت کنار بیایند، یک راه چاره خوب و هوشمندانه ابداع نموده اند که به آن ها یاری می نماید به جای افزایش میزان بیش از حد سنسور و در نتیجه خارج شدن طراحی گوشی از حالت متعارف، میزان پیکسل ها کاهش پیدا کند تا بدین ترتیب تعداد بیشتری از آن ها را بشود روی یک سنسور قرار داد. بدین ترتیب از لحاظ تئوری، رزولویشن سنسور افزایش پیدا می نماید بدون اینکه احتیاجی به افزایش میزان فیزیکی آن باشد.

برای مثال یک سنسور 12 مگاپیکسلی در گوشی آیفون 13 از پیکسل هایی با میزان 1.9 میکرومتر بهره می برد. اما میزان سنسورهای دوربین 48 مگاپیکسلی آیفون 14 پرو مکس 1.22 میکرومتری است. از طرفی میزان سنسورهای بکار رفته در دوربین 108 مگاپیکسلی گلکسی S22 اولترا هم به 0.8 میکرومتر می رسد که یکی از کوچک ترین پیکسل های بکار رفته در دوربین گوشی های هوشمند به شمار میرود.

ترکیب پیکسلی چیست و چگونه کار می نماید؟

حالا که به درک درستی از این رسیدیم که چرا اصلا از فناوری ترکیب پیکسلی در دوربین گوشی های هوشمند استفاده می شود، وقت آن رسیده که ببینیم این قابلیت اصلا چیست و چگونه کار می نماید. فناوری ترکیب پیکسل یک تکنیک پردازش تصویر به شمار میرود که طی آن، 4 یا تعداد بیشتری پیکسل مجاور در سنسور یک دوربین با یکدیگر ترکیب شده و سنسور بزرگ تری را به وجود می آورند. سامسونگ سنسورهای بزرگ را تتراپیکسل یا نانو پیکسل می نامد که در واقع از مجموع میانه عملکرد تمام پیکسل هایی که درون آن قرار گرفته اند تشکیل می شود.

توجه داشته باشید که وقتی می گوییم ترکیب، منظور این نیست که یک پیکسل به صورت فیزیکی حرکت می نماید تا با پیکسل مجاور خود ترکیب شود. به عبارتی دیگر این ترکیب در سطح سخت افزار صورت نمی گیرد، بلکه یک تکنیک نرم افزاری است؛ به این صورت که داده بدست آمده به وسیله یک پیکسل با داده پیکسل مجاور به وسیله نرم افزار با یکدیگر ترکیب می شوند تا یک ابرداده به وجود بیاید.

اگر نتوانستیم منظور خود را با این شرحات برسانیم، به این مثال توجه کنید. آیفون 14 پرو مکس و گلکسی S22 اولترا دو محصولی هستند که از فناوری ترکیب پیکسلی در سطوح مختلف بهره می برند. نماینده شرکت آمریکایی دوربینی 48 مگاپیکسلی با فناوری ترکیب پیکسلی 4 در 1 (2 در 2) بهره می برد و نماینده سامسونگ هم به فناوری 9 در 1 (با آرایه 3 در 3) مجهز شده است. بدین ترتیب وضوح تصاویری که آیفون 14 پرو مکس و گلکسی S22 اولترا در نهایت فراوری می نمایند 12 مگاپیکسل است (12 × 4 = 48 و 12 × 9 = 108).

کاهش رزولیشن به این شکل به دوربین گوشی این امکان را می دهد تا تصاویر را با سرعت به مراتب بیشتری پردازش کند در نتیجه شما بلافاصله بعد از ثبت یک تصویر می توانید آن را مشاهده کنید. در طرف مقابل، عکاسی با رزولویشن کامل باعث می شود پردازنده تحت فشار زیادی قرار بگیرد و اندکی طول بکشد تا پردازش تصویر به خاتمه برسد.

مگاپیکسل و مگابایت

توجه داشته باشید مگاپیکسل و مگابایت دو مفهوم کاملا متفاوت هستند. مگاپیکسل به تعداد پیکسل های موجود درون یک سنسور اشاره دارد در حالی که مگابایت به میزان تصاویر بر می شود. مورد نخست یک میزان ثابت است در حالی که مورد دوم، بسته به نوع تصویری که ثبت می کنید، تغییر می نماید.

برای مثال، گلکسی A53 از دوربین 64 مگاپیسکلی بهره می برد و از فناوری ترکیب پیکسل 4 در 1 هم پشتیبانی می نماید. بدین ترتیب خروجی تصاویر این سنسور به صورت پیش فرض 16 مگاپیکسلی هستند. این سنسور می تواند تصاویری با وضوح 4624 × 3468 پیکسل یا به عبارتی با 16.036.032 پیکسل ثبت کند. (هر مگاپیکسل یعنی 1 میلیون پیکسل و در نتیجه 16 مگاپیکسل یعنی 16 میلیون). اگر در حالت فول یا همان با وضوح کامل عکاسی کنید، آنوقت تصویری که دریافت می کنید وضوحی معادل 9248 × 6936 یا همان 64.144.128 پیکسل خواهد داشت.

حال این تصاویر در هر حالتی که ثبت شوند، تعداد پیکسل ثاتبی دارند اما میزان آن ها می تواند متفاوت باشد. گاهی اوقات شما در محیطی با نور کافی عکاسی می کنید و حجم تصاویر هم به علت وجود جزئیات بالا افزایش پیدا می نماید، گاهی اوقات هم می بینید که در محیطی با نور کم، تصویر شما با حجم بسیار کمی ثبت می شود. در هر دو حالت وضوح آن ها برابر است.

ترکیب پیکسلی لزوما به معنای تصاویر بهتر نیست

وقتی دوربین گوشی شما از فناوری ترکیب پیکسلی پشتیبانی می نماید، به این معنا نیست که می تواند تصویر بهتری ثبت کند. ترکیب پیکسلی در واقع راه چارهی برای یک مشکل جعلی است. شرکت ها چون نمی توانستند سنسور بزرگی روی گوشی تعبیه نمایند که بشود پیکسل های بیشتری روی آن تعبیه نمایند، تصمیم گرفتند پیکسل ها را کوچک تر طراحی نمایند. این در حالی است که پیکسل های بزرگتر حتی اگر در تعداد کمتری هم روی سنسور تعبیه شوند می توانند نور بیشتری را هم جذب نمایند.

در مقایسه، یک پیکسل بزرگ که از ترکیب پیکسلی به وجود می آید باید اطلاعات سایر پیکسل های مجاور را هم دریافت کند و سپس حدس بزند تصویر نهایی چگونه خواهد بود. این فرایند گاهی اوقات طول می کشد و گاهی اوقات هم اصلا به درستی کار نمی نماید و تصویر نهایی هم به خوبی که انتظار داریم ثبت نمی شود. به همین دلیل هم هست که گاهی اوقات گوشی های سامسونگ تصاوی را بیش از حد پردازش می شوند ولی تصاویر ثبت شده به وسیله گوشی های آیفون معمولا طبیعی تر هستند و عملکرد پایداری هم دارند.

شرکت های فراورینماینده گوشی هوشمند معمولا عادت دارند که درباره تعداد مگاپیکسل دوربین گوشی های خود اغراق آمیز صحبت نمایند و همین موضوع طی چندین سال باعث شده کاربران به این فکر نمایند که هرچه مگاپیکسل بیشتر باشد، کیفیت دوربین هم بیشتر خواهد بود. نه تنها این موضوع درست نیست بلکه حتی اگر یک سنسور از فناوری ترکیب پیکسلی بهره ببرد هم لزوما به معنای کیفیت بیشتر تصاویری که ثبت می نماید نیست.

تعداد مگاپیکسل ها فقط رزولیشن نهایی یک تصویر را که دوربین گوشی قادر به ثبت آن است را بیان می نماید. تنها فایده بهره مندی از یک سنسور بزرگ این است که می توانید هنگامی زوم دیجیتال، کیفیت بیشتری را دریافت کنید. مگاپیکسل بیشتر هیچ اطلاعاتی از بابت رنگ بندی، تعادل نور سفید، گستره دینامیکی یا به صورت کلی هیچ چیز دیگری غیر از چیزی که گفته شد به شما نمی دهد. بنابراین گول شرکت ها را نخورید.

فایده ای هم که فناوری ترکیب پیکسلی دارد، به خاطر خود تکنیک آن نیست. بلکه به خاطر عملکرد عالی الگوریتم های پردازش تصویر است که باعث می شود تصاویر به برترین شکل ممکن پردازش شوند. برای مثال می توانید عملکرد گوشی های پیکسل 6 گوگل را ببینید که چقدر به لطف همین الگوریتم ها در ثبت تصاویر فوق العاده هستند. این الگوریتم ها هستند که تمام زحمات باکیفیت شدن یک تصویر را به دوش می کشند و باید به درستی کار نمایند.

گاهی اوقات می بینید که یک تصویر با فناوری ترکیب پیکسلی، از تصویری در وضوح کامل باکیفیت تر ثبت می شود. این اصلا جای تعجب ندارد چرا که بکار بردن الگوریتم های پردازش تصویر روی نمونه ای که با وضوح کامل ثبت شده بسیار دشوارتر از تصویری است که با ترکیب پیکسل هایش ثبت می شود چرا که به توان پردازشی به مراتب بیشتری احتیاج دارد.

ترکیب پیکسلی دور زدن یک مشکل محسوب می شود، نه یک قابلیت!

هدف ترکیب پیکسلی این است که از لحاظ تئوری، وضوح یک تصویر افزایش پیدا کند. این فرایند هم به گونه ای صورت می گیرد که پیکسل ها برای تسریع فرایند پردازشی تا جایی که امکان دارد کوچک می شوند. در نتیجه شما می توانید بلافاصله تصویری را که ثبت کردید مشاهده کنید.

وضوح تصویر اهمیت دارد، نه اینکه بی اهمیت باشد چرا که خیلی برایمان پیش می آید که بخواهیم روی یک تصویر زوم کنیم اما کیفیت آن از دست نرود. ولی اعداد و ارقامی نظیر 108 مگاپیکسل و 200 مگاپیکسل چیزی جز بازی با اعداد نیستند و صرفا جنبه تبلیغاتی دارند.

برترین راه چاره برای اینکه متوجه شوید گوشی هوشمندی که قصد خرید آن را دارید دوربین خوبی دارد یا خیر این است که آنالیز ها را از سایت های بی طرف بخوانید و تصاویری که ثبت می نمایند را مشاهده کنید. خیلی سریع گول سنسور بزرگ یا تصاویری که به وسیله شرکت سازنده به عنوان نمونه های ثبت شده به وسیله یک گوشی ثبت می شوند را نخورید. اگر به دوربین گوشی اهمیت می دهید، سعی کنید چند هفته وقت بگذارید و خیلی دقیقت آنالیز ها را بخوانید تا بتوانید چیزی را که می خواهید بدست بیاورید.

منبع: MakeUseOf