چرا گوشی‌های جدید دو یا چند دوربین دارند؟

حتما زمانی را به‌یاد می‌آورید که ملاک انتخاب تلفن‌همراه‌ با دوربین قدرتمند، عدد مگاپیسل دوربین بود؛ یعنی آن‌طور به‌نظر می‌رسید که هرچه عدد مگاپیکسل دوربین بیشتر باشد، حتما گوشی خریده شده دوربین بهتری دارد. اکنون نیز با پیشرفت فناوری و به‌بلوغ‌رسیدن صنعت ساخت گوشی‌های هوشمند، موضوعی مشابه به‌نام تعداد دوربین‌های موجود مطرح شده است.

حال آیا باید این‌طور فکر کرد که هرچه گوشی تلفن‌همراه دوربین بیشتری داشته باشد، توان عکس‌برداری بیشتری دارد یا خیر؟ آیا اصلا وجود چند دوربین در گوشی هوشمند ما الزامی است یا بهتر است بپرسیم وجود چند دوربین چه قابلیت‌هایی برای ما به ارمغان می‌آورد؟ درادامه، با زومیت همراه باشید تا این موضوع را به‌طورکامل بررسی کنیم.

اولین تلفن‌همراه‌با دوربین دوگانه کدام بود؟

شاید برای شما هم جالب باشد؛ اما اولین تلفن‌همراه که از دوربین دوگانه استفاده می‌کرد، HTC EVO 3D بود که می‌توانست با استفاده از ماژول دوربین دوگانه‌ی خود عکس و فیلم سه‌بعدی تهیه کند. بااین‌حال، استفاده از دوربین‌های دوگانه سال‌های زیادی فراموش شد تا باز شرکت HTC گوشی‌های M8 و +M9 را با دوربین‌های دوگانه معرفی کرد.

حسگر‌های ثانویه‌ی استفاده‌شده چه قابلیت‌هایی دارند؟

درابتدا، باید به این موضوع اشاره کنیم که در عکاسی با دوربین‌های حرفه‌ای، عکاس بسته به شرایط و خواسته‌هایش از لنز مخصوص (تله‌فوتو، واید و...) استفاده می‌کند تا عکس دلخواهش را ثبت کند. بااین‌حال، در گوشی‌های هوشمند دست شرکت‌های سازنده کمی بسته است؛ چون نمی‌توان گوشی‌های هوشمند را ضخیم ساخت تا از انواع لنز‌ها و حسگرهای مختلف در آن‌ها استفاده کرد.

در اینجا، بحث استفاده از چند دوربین مطرح می‌شود. استفاده از چند دوربین باعث می‌شود گوشی هوشمند بتواند عکس‌هایی با ویژگی‌های جدید ازجمله حالت پرتره، عکاسی سه‌بعدی، تصویربرداری با لنز عریض، بزرگ‌نمایی اپتیکال (بدون افت کیفیت) ثبت کند. همچنین، با دوربین اضافی می‌توان عکس‌هایی با دامنه‌ی دینامیک بهتر و گسترده‌تری ثبت کرد. نکته‌ی درخورتوجه این است که استفاده از حسگر ثانویه می‌تواند حتی به ارتقای تصویربرداری در نور کم یا شب منجر شود.

درادامه، انواع حسگر‌های ثانویه را معرفی خواهیم کرد تا با عملکرد آن‌ها بیشتر آشنا شوید.

تله‌فوتو

تا قبل از معرفی آیفون ۷ پلاس اپل در سال ۲۰۱۶، بزرگ‌نمایی در عکاسی با تلفن‌همراه فقط به بزرگ‌نمایی دیجیتال محدود بود؛ اما در ۷ پلاس، استفاده از دوربین دوم تله‌فوتو را شاهد بودیم که بزرگ‌نمایی دوبرابری اپتیکال را فراهم می‌کرد. در بزرگ‌نمایی دیجیتال به‌دلیل برشی (کراپ) پردازنده‌ی دوربین روی تصویر اصلی، کیفیت عکس کاهش می‌‌یابد؛ اما در بزرگ‌نمایی اپتیکال به‌دلیل استفاده از انواع عدسی‌ها و قواعد اپتیکی، با بزرگ‌‌نمایی‌کردن کیفیت عکس کاهش نمی‌یابد.

لنز تله‌فوتو در اکثر گوشی‌های تلفن‌همراه امروزی یافت می‌شوند. سامسونگ نیز در سال‌های پیش، نسخه‌هایی از گلکسی اس ۴ و اس ۵ را با نام‌های زوم معرفی و به بازار عرضه کرد که مانند دوربین‌های کامپکت دوربین از بدنه بیرون می‌زد؛ اما ضخامت این نسخه‌ها به‌دلیل نوع طراحی‌شان بسیار زیاد بود. به‌دلیل محدودیت‌هایی که در طراحی ابعاد تلفن‌همراه وجود دارد، جای دادن دوربینی با قابلیت بزرگ‌نمایی اپتیکال تقریبا غیرممکن است؛ به‌همین‌دلیل، امروزه اکثر شرکت‌های سازنده‌ی تلفن‌همراه به‌سمت استفاده از حسگرهای ثانویه برای اضافه‌کردن قابلیت بزرگ‌نمایی اپتیکال رفته‌اند.

اگر بخواهیم به برخی از این گوشی‌های هوشمند اشاره‌ای کنیم، باید به مدل‌های هواوی میت ۲۰ پرو با بزرگ‌نمایی اپتیکال سه‌برابری و سامسونگ گلکسی اس ۱۰ پلاس با بزرگ‌نمایی اپتیکال دوبرابری و آیفون XS Max با بزرگ‌نمایی اپتیکال دوبرابری اشاره کرد. البته، هواوی به‌تازگی استثنای بزرگی رونمایی کرده است که به‌ادعای این شرکت، آمده قوانین عکاسی با تلفن‌همراه را از نو بنویسد. بله، درباره هواوی P30 پرو حرف می‌زنیم.

کمی قبل‌تر گفتیم شرکت‌های سازنده‌ی تلفن‌همراه به‌دلیل ضخامت کم موبایل‌های امروزی نمی‌توانند بزرگ‌نمایی اپتیکال زیادی فراهم کنند و در بهترین حالت با کمک حسگر‌های تله‌فوتو، می‌توانند بزرگ‌نمایی اپتیکال دو تا سه‌برابری ایجاد کنند (در تصویر بالا و راست بزرگ‌نمایی سه‌برابری هواوی میت ۲۰ پرو را با تصویر حسگر عادی در سمت چپ مشاهده می‌کنید). هواوی با ابتکاری جالب دست‌به‌کار شده و حسگر را به حالت افقی در گوشی تعبیه کرده و نور را ازطریق سیستمی همانند پیروسکوپ به حسگر می‌رساند. بدین‌ترتیب، هواوی موفق شده به بزرگ‌نمایی پنج‌برابری اپتیکال و ۱۰ برابری هیبریدی (ترکیب دیجیتال و اپتیکال) و بزرگ‌نمایی ۵۰ برابری دیجیتال دست یابد. این ارقام تاکنون در صنعت تلفن‌های همراه بی‌سابقه و جالب اینجا است که عکس‌های ثبت‌شده‌ی P30 پرو بسیار رضایت‌بخش هستند.

لنز واید

گاهی اوقات لازم است از سوژه دورتر باشیم تا بتوانیم تصویر گسترده‌تری از آنچه ‌می‌بینیم، ثبت کنیم. در این حالت، لنز‌های واید به کمک ما‌ می‌آیند. ال‌جی در استفاده از لنز‌های واید در تلفن‌های همراه پیش‌گام است , اولین تلفن‌همراه آن با دوبین دوم واید الجی G5 بود. درادامه، ایسوس نیز ذنفون 5 را با لنز واید به بازار عرضه کرد. در پرچم‌داران و برخی میان‌رده‌ها نیز استفاده از سه حسگر را شاهد هستیم که یکی از این حسگر‌ها، دوربین اصلی و عادی و دوربین بعدی فوق‌عریض و دوربین سوم از نوع تله‌فوتو است.

تشخیص عمق و جلوه‌ی بوکه و پرتره

یکی از مزایای لنز تله‌فوتو درمقایسه‌با لنز‌های عریض در عکاسی، به‌ویژه عکاسی پرتره که در آن به‌طورمثال از چهره‌ی شخصی عکس می‌گیریم، ایجادنشدن اعوجاج در تصویر و هرچه طبیعی‌ترشدن چهره‌ی فرد است. دلیل بروز این ویژگی از فاصله‌ی کانونی زیاد لنزهای تله‌فوتو نشئت می‌گیرد.

گوشی‌های هوشمندی که در دست داریم، با استفاده از دو دوربین غیرهم‌راستایش می‌توانند عمق اشیائی را تخمین بزنند که در تصویر دیده می‌شوند. این فرایند از اندازه‌گیری تفاوت فاصله‌ی اشیاء با دو دوربین شروع می‌شود. اساس این اندازه‌گیری براساس پدیده‌ای به نام پارالاکس (اختلاف منظر) شکل می‌گیرد. به‌بیان‌دیگر، اشیائی که به دوربین‌ها نزدیک هستند، از یکدیگر دورتر دیده می‌شوند؛ اما اشیائی که از دوربین‌ها دور‌تر هستند، به‌هم نزدیک‌تر دیده می‌شوند. خود شما هم می‌توانید این پدیده را با چشم‌های خودتان حس کنید که به‌نوعی مثل گوشی هوشمند مجهز به دوربین دوگانه است. بدین‌ترتیب که انگشت خود را مقابل بینی بگیرید و با یک چشم خود به آن نگاه کنید. با بستن آن چشم و بازکردن چشم دیگر، حرکت‌کردن انگشت خود را شاهد خواهید بود. این در حالی است که اگر انگشت خود را دورتر از صورتتان بگیرد، چنین چیزی را مشاهده نمی‌کنید.

تخمین‌زدن فاصله‌ی اشیاء و سوژه‌ موجب شده حالت پرتره به گوشی‌های هوشمند اضافه شود؛ یعنی با شناسایی سوژه از پس‌زمینه‌ی عکس، پس‌زمینه را تار کند و سوژه به‌صورت واضح باقی بماند. در دوربین‌های حرفه‌ای، به‌دلیل قوانین اپتیک و نور می‌توان به‌وسیله‌ی لنزی با دریچه‌ی دیافراگم باز (ضریب f پایین) به تصاویر پرتره دست یافت؛ اما در گوشی‌های هوشمند با حسگر‌های کوچک این قابلیت با پردازش نرم‌افزاری پس از گرفتن عکس محقق می‌شود.

البته باید به این موضوع اشاره کرد که سازندگان تلفن‌های همراه‌با چند مشکل عمده در عکاسی پرتره و جلوه‌ی بوکه مواجه هستند: ۱. گوشی می‌تواند هنگام اندازه‌گیری عمق فریب بخورد و به‌اشتباه بخش‌هایی از تصویر را تار کند که نباید تار شود؛ ۲. جلوه‌ی بوکه همان‌طورکه گفته شده، به‌طورعادی باید با استفاده از دریچه‌ی دیافراگم باز و عریض به‌دست بیاید؛ اما ایجاد جلوه‌ی بوکه با استفاده از پردازش تصویر کاری بسیار دشوارتر است؛ ۳. مشکل سوم به استفاده از چند حسگر و دوربین مربوط‌ است. هرکدام از دوربین‌های متفاوت ویژگی‌های گوناگونی همانند سرعت شاتر و میدان دید و پرسپکتیو متفاوتی دارند؛ ازاین‌رو، این دوربین‌ها باید به‌خوبی باهم هماهنگ باشند تا مشکلی در ثبت تصویر پیش نیاید.

البته، باید گفت تنها راه برای اندازه‌گیری عمق اشیاء الزاما استفاده از حسگر دوربین عکاسی نیست؛ بلکه برای مثال در هواوی P30 پرو، استفاده از حسگر (ToF (Time of Flight را شاهد هستیم که وظیفه‌ی عمق‌سنجی را برعهده دارد.

افزودن دوربین برای بیشترکردن جزئیات تصویر (حسگر مونوکروم)

حسگرهای متداول دوربین‌ تلفن‌‌همراه به‌تنهایی نمی‌توانند رنگ‌ها را تشخیص دهند؛ به‌همین‌دلیل، آرایه‌ای از فیلتر رنگی به‌اندازه‌‌ی پیکسل برای آن‌ها نیاز است. هر پیکسل معمولا یکی از رنگ‌های RGB یا همان سبز و آبی و قرمز را ثبت می‌کند. خروجی آنچه حسگرها ثبت کرده‌اند، در فرایندی به‌نام Demosaicing به تصویر قابل‌خواندن رنگی تبدیل می‌شود.

این نوع طراحی حسگر موجب بروز نقص‌هایی ازجمله از‌دست‌رفتن رزولوشن تصویر به‌دلیل وجود لایه‌ی فیلتر رنگی و همچنین بخشی از نور ورودی می‌شود. به‌عبارت‌دیگر، پیکسل نمی‌تواند کل نور ورودی را به‌خوبی تشخیص دهد؛ حال‌اینکه بعضی از گوشی‌های هوشمند همچون هواوی میت ۱۰ پرو و P20 پرو از حسگر مونورکروم (سیاه‌وسفید) استفاده می‌کنند. حسگر‌های مونوکروم نقص‌های حسگر RGB را ندارد و می‌توانند نور را به‌صورت کامل دریافت کنند. درنهایت، ترکیب تصاویر حسگر مونوکروم با حسگر اصلی موجب می‌شود تصویر با جزئیات بالا حاصل شود (در تصویر بالا، تنها دوربین رنگی هواوی میت ۱۰ پرو تصویر را ثبت کرده و برشی از عکس را می‌بینید؛ اما در عکس پایین حسگرمونوکروم و رنگی باهم وارد عمل شده‌اند).

نوکیا ۹؛ بازیگری استثنایی

شرکت HMD Global که نام برند نوکیا را یدک می‌کشد، چندی پیش نوکیا ۹ را معرفی کرد. نوکیا ۹ اولین تلفن‌همراه جهان با دوربین پنج‌گانه است و این ماژول پنج‌گانه حاصل همکاری شرکت‌های بزرگ و مطرحی ازجمله Light ،FIH Mobile ،ZEISS ،Google و Qualcomm است. نوع طراحی و عملکرد دوبین‌های نوکیا ۹ بسیار خاص و انقلابی محسوب می‌شود.

ماژول دوربین نوکیا ۹ از پنج دوربین با رزولوشن ۱۲ مگاپیسکلی و ضریب اف ۱.۸ تشکیل شده و سه حسگر بالایی و چپی و راستی که مثلثی را تشکیل می‌دهند، از نوع مونوکروم هستند. همچنین، دو حسگر پایینی و وسطی نیز از نوع رنگی هستند. اطلاعات مربوط‌به لنزها نیز هنوز منتشر نشده‌اند.

یکی از ویژگی‌های ماژول دوربین نوکیا ۹، کارکرد هم‌زمان تمامی پنج حسگر است. در سایر گوشی‌های هوشمند، زمانی‌که کاربر در رابط کاربری دوربین حالت عکاسی را انتخاب می‌کند (سیاه‌وسفید و عکاسی با لنز عریض و بزرگ‌نمایی اپتیکال) حسگر مدنظر اطلاعات خود را به پردازنده تصویر می‌فرستد؛ اما در نوکیا ۹ با الگوریتم‌ها و اقدام‌های انجام‌شده، تمامی پنج دوربین اطلاعات خود را به پردازنده تصویر می‌فرستند.

سه حسگر مونوکروم برای دستیابی به عکس‌هایی که هم در نقاط تاریک و هم در نقاط روشن جزئیات خوبی داشته باشند، عکس‌های متفاوتی ثبت می‌کنند. همان‌طورکه قبلا بیان کردیم، استفاده از حسگرهای مونوکروم سبب می‌شود ۲.۹ برابر نور بیشتر در‌مقایسه‌با حسگرهای رنگی ثبت شود. درنهایت عکس‌های ثبت‌شده به‌وسیله‌ی الگوریتم‌های پیشرفته‌ای که تیم‌های HMD و ZEISS چیده‌اند، پردازش و تصویر نهایی ثبت می‌شود.

جمع‌بندی

یکی دیگر از موضوعاتی که استفاده از حسگرهای بیشتر در گوشی‌های هوشمند را محدود می‌کند، بحث پردازش عکس‌های گرفته شده است. هرچه تعداد حسگر‌ها بیشتر باشد؛ یعنی به توان پردازش بیشتر و بسیار دقیق‌تری نیاز است تا نتیجه‌ی کار بهتر باشد. استفاده از چند حسگر در دنیای امروزی تلفن‌های همراه، سبب شده محدودیت‌های قبلی برداشته شود و بتوانیم قابلیت‌های جدید‌تری در دنیای عکاسی با تلفن‌همراه را مشاهده کنیم. هرچند انتظار نداریم شرکت‌های تولیدکننده‌ی تلفن‌های هوشمند به همین حد بسنده کنند و روزبه‌روز بالغ‌ترشدن توانایی عکاسی تلفن‌های همراه را شاهد خواهیم بود.