عکاسی محاسباتی چیست و چه تاثیری بر دوربین گوشی‌های هوشمند دارد؟!

عکاسی محاسباتی چیست؟ عکاسی محاسباتی (Computational photography) مسئول پیشرفت‌های چشمگیر دوربین گوشی‌های هوشمند در یک دهه اخیر است. عکاسی محاسباتی چیست و چگونه کار می‌کند؟ در ادامه به پاسخ این پرسش‌ها می‌پردازیم.

معجزه عکاسی محاسباتی

عکاسی محاسباتی از نرم‌افزار دیجیتال استفاده کرده تا عکس‌های تهیه شده با استفاده از دوربین گوشی‌ها را تعدیل کند. این فناوری به‌طرز گسترده‌ای در دوربین گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود. در حقیقت، مسئولیت اصلی تهیه تصاویر عالی در اسمارتفون‌ها، برعهده همین عکاسی محاسباتی است.

می‌توان بهبودهای سریع دوربین گوشی‌ها در چند سال اخیر را بیشتر به بهبود نرم‌افزارها نسبت داد تا بهبود حسگر فیزیکی دوربین‌ها‌. برخی از شرکت‌های تولید کننده گوشی هوشمند همانند اپل و گوگل، به‌طور مرتب قابلیت‌های عکس‌برداری گجت‌های خود را ارتقا می‌دهند. جالب است که این کار بدون اعمال تغییری گسترده در حسگرهای فیزیکی دوربین رخ می‌دهد.

چرا عکاسی محاسباتی اهمیت دارد؟

پاسخ به پرسش “عکاسی محاسباتی چیست” را با بحث در مورد اهمیت آن ادامه می‌دهیم. عکس‌برداری یک دوربین دیجیتال را می‌توان به دو بخش تقسیم کرد: بخش فیزیکی و پردازش تصویر. منظور از بخش فیزیکی، همان فرایندی است که طی آن، لنز دوربین از سوژه موردنظر تصویری تهیه می‌کند. این همان جایی است که در آن، اندازه حسگر، سرعت لنز و فاصله کانونی، اهمیت خود را نشان می‌دهند. در همین فرایند است که یک دوربین سنتی همانند دوربین‌های DSLR، درخشش خوبی را از خود به نمایش می‌گذارد.

بخش دوم نیز مربوط به پردازش تصویر است. در این فرایند، نرم‌افزار دوربین جهت تعدیل تصویر، از تکنیک‌های پردازشی استفاده می‌کند. این نکنیک‌ها از یک گوشی به گوشی دیگر و از تولید کننده‌ای به تولید کننده دیگر، متفاوت است. در حالت عمومی، این تکنیک‌ها با یکدیگر کار کرده تا بتوانند تصویری مناسب را به کاربر تحویل دهند.

حتی گوشی‌های پرچمدار نیز تمایل دارند که حسگرها و لنزهایی کندتر داشته باشند. دلیل این موضوع نیز به محدودیت اندازه این دستگاه‌ها باز می‌گردد. به همین دلیل است که اسمارتفون‌ها جهت ارائه یک تصویر مناسب، به پردازش تصویر روی می‌آورند. عکاسی محاسباتی لزوما اهمیت کمتر و یا بیشتری از ویژگی‌های فیزیکی دوربین ندارد، فقط مقوله‌ای متفاوت است.

به هر حال، چیزهایی وجود دارند که یک دوربین سنتی می‌تواند انجام دهد، اما دوربین یک گوشی هوشمند، قادر به انجام آن‌ها نیست. دلیل عمده این موضوع نیز این است که اندازه اولی خیلی بیشتر از دومی بوده و همچنین حسگرهای غول‌پیکر و لنزهایی قابل تعویض نیز دارد.

البته مواردی هم وجود دارند که دوربین دیجیتال یک گوشی قادر به انجام آن‌ها بوده، اما یک دوربین سنتی از توانایی انجام آن‌ها بی‌بهره است. طبیعتا عکاسی محاسباتی دلیل برتری اسمارتفون‌ها در چنین زمینه‌هایی است.

این مطلب را نیز بخوانید: حالت شب در دوربین گوشی‌های هوشمند، چگونه کار می‌کند؟

تکنیک‌های تصویر‌برداری محاسباتی

چند تکنیک مربوط به عکاسی محاسباتی وجود داشته که گوشی‌ها جهت تهیه تصاویری مناسب، از آن‌ها استفاده می‌کنند. یکی از این موارد، انباشته کردن تصاویر (stacking) است. در این فرایند، در زمان‌های مختلف، با نوردهی‌ها و یا فواصل کانونی متفاوت، چندین تصویر از سوژه موردنظر تهیه می‌شود. در ادامه این تصاویر توسط نرم‌افزار با یکدیگر ترکیب شده و همچنین بهترین جزئیات هر تصویر، نگه داشته می‌شود.

تکنیک انباشت کردن، مسئول پیشرفت‌های چشمگیری است که نرم‌افزارهای عکاسی موبایلی در چند سال اخیر به خود دیده‌اند. این تکنیک در اکثر گوشی‌های مدرن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. انباشت کردن همچنین فناوری پایه مواردی همچون عکاسی HDR است.

از آنجایی که طیف پویای هر تصویر به دلیل نوردهی محدود همان یک تصویر، محدود بوده، پس در تکنیک HDR، یک تصویر در چندین سطح نوردهی ضبط می‌شود. در ادامه، برداشت‌های مختلف، تاریک‌ترین سایه‌ها و روشن‌ترین هایلایت‌ها را با یکدیگر ترکیب کرده تا یک تصویر با دامنه‌ای گسترده از رنگ‌ها، پدید آید. عکاسی HDR یکی از ارکان اصلی دوربین هر گوشی پرچمدار است.

ترکیب پیکسل‌ها (Pixel binning) نیز یکی دیگر از تکنیک‌هایی بوده که توسط دوربین‌هایی با مگاپیکسل بالا، مورد استفاده قرار می‌گیرد. به جای اینکه چندین تصویر بر روی یکدیگر قرار بگیرند، این تکنیک پیکسل‌های مجاور در یک تصویر با وضوح بالا را با یکدیگر ترکیب می‌کند. بدین ترتیب نتیجه نهایی نیز یک تصویر پرجزئیات‌تر، با نویز کمتر و البته رزولوشنی پایین‌تر خواهد بود.

امروزه دوربین گوشی‌های پرچمدار به سمت استفاده از فناوری شبکه‌ عصبی تمایل دارند. شبکه عصبی مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها بوده که به پردازش داده‌ها می‌پردازند. در واقع این فناوری سعی دارد که نحوه عملکرد مغز انسان را شبیه‌سازی کند. شبکه عصبی می‌تواند اجرای تشکیل دهنده یک تصویر عالی را تشخیص دهد. بنابراین نرم‌افزار دوربین نیز در ادامه تصویری را تحویل خواهد داد که برای کاربر، خوشایند باشد.

این مطلب را نیز بخوانید: مگاپیکسل چیست؟ آیا مگاپیکسل بالا برای دوربین گوشی نیاز است؟

عکاسی محاسباتی در عمل

در بالا سعی کردیم که به پاسخ پرسش “عکاسی محاسباتی چیست؟” بپردازیم. در عمل، جهت اعمال تغییرات خودکار بر روی هر تصویری که توسط دوربین گوشی‌ها ضبط می‌شود، از عکاسی محاسباتی استفاده می‌شود. در هر صورت، گوشی‌های هوشمند در چند سال اخیر، به ویژگی‌های زیر مجهز شده‌اند. این موارد به‌نوعی تجلی پیشرفت‌های نرم‌افزاری این دوربین‌ها هستند:

• حالت شب (یا night sight): این فرایند از تکنیک‌های پردازشی HDR جهت ترکیب کردن تصاویری که با نوردهی‌های مختلف ضبط شده‌اند، استفاده می‌کند. بدین ترتیب دامنه پویای تصاویر در نور کم، بهبود می‌یابد. تصویر نهایی، جزئیات بیشتری داشته و طبیعتا روشن‌تر از تصویری بوده که از طریق یک نوردهی واحد ضبط می‌شود.
• عکاسی نجومی: یکی از مشتقات حالت شب است. این قابلیت در دوربین گوشی‌های گوگل پیکسل موجود است. این قابلیت به دوربین گوشی‌ها این امکان را می‌دهد که تصاویری پرجزئیات از آسمان شب تهیه کرده و بدین ترتیب بتوانند ستارگان و سایر اجرام آسمانی را بهتر نمایش دهند.
• حالت پرتره: این حالت، نام‌های متفاوتی دارد. در حالت کلی، این ویژگی باعث ایجاد افکت عمق میدان دید می‌شود و بدین ترتیب پس‌زمینه پشت سوژه (معمولا یک انسان)، تار خواهد شد. این ویژگی با استفاده از قابلیت‌های نرم‌افزاری، نسبت عمق سوژه را به سایر اجزای موجود در تصویر، تحلیل کرده و سپس مواردی را که در فاصله‌ای دورتر قرار دارند، تار می‌کند.
• پانوراما: یک حالت عکاسی بوده که در اکثر اسمارتفون‌های مدرن، موجود است. این حالت به شما امکان می‌دهد که تصاویر ضبط شده را در کنار یکدیگر قرار داده و سپس آن‌ها در قالب یک تصویر بزرگ و با رزولوشن بالا، با یکدیگر ترکیب کنید.
• Deep Fusion: این ویژگی در گوشی‌های آیفون 11 معرفی شد. این فناوری با استفاده از تکنولوژی شبکه عصبی، به‌طرز چشمگیری نویز را کاهش داده و همچنین جزئیات موجود در تصاویر را نیز بهبود می‌بخشد. این حالت بیشتر برای عکاسی در شرایط نوری متوسط رو به پایین و در محیط‌های بسته، مناسب است.
• رنگمایه رنگ‌ها: با استفاده از این قابلیت، رنگمایه رنگ‌های موجود در تصاویر ضبط شده، به‌صورت خودکار بهینه می‌شود. این کار پیش از اینکه خودتان به ویرایش دستی تصاویر بپردازید، انجام می‌شود.

کیفیت قابلیت‌ها ذکر شده در بالا، به شرکت تولید کننده گوشی بستگی دارد. قابلیتی همانند تنظیم رنگمایه‌ها، از یک شرکت به شرکتی دیگر، می‌تواند بسیار متفاوت باشد. گوشی‌های شرکت گوگل، رویه‌ای طبیعی‌گرایانه را در پیش گرفته‌اند. این در حالی است که گوشی‌های سامسونگ معمولا تصاویری با کنتراست بالا و رنگ‌های اشباع شده را به کاربر تحویل می‎دهند.

اگر قصد خرید یک گوشی جدید داشته و دوربین آن نیز برای شما اهمیت بالایی دارد، آنگاه بهتر است که پیش از خرید، چند نمونه از عکس‌های ضبط شده با آن گوشی را مشاهده کنید. بدین ترتیب بهتر می‌توانید گزینه ایدئال خود را انتخاب کنید.