كيف تؤثر دقة الكاميرا على جودة الصور

تعتبر سباق الميجابكسل في كاميرات الهواتف الذكية من أكثر القصص التسويقية استقراراً في عالم التكنولوجيا الاستهلاكية. كل موسم إطلاق يأتي مع موجة جديدة من الحملات التسويقية التي تعزز الأرقام الكبيرة.

وفي هذا العام، الرقم الذي يتصدر العناوين هو 200. حيث تأتي الهواتف الرائدة من علامات تجارية مثل سامسونج، وهونر، وفيفو، وموتورولا مزودة بكاميرات بدقة 200 ميجابكسل.

من السهل الافتراض أن الرقم الأكبر يعني جودة أفضل، وأن هذه القفزة ستجعل كاميرات الهواتف الذكية لا يمكن تمييزها عن المعدات الاحترافية.

لكن بعد سنوات من اختبار الهواتف عبر طيف الأسعار، تعلمت أن أنظر إلى ما هو أبعد من المواصفات الرئيسية. لم أعد ألاحق أعداد الميجابكسل.

الحساسات الصغيرة والحدود الحقيقية للكاميرات الهاتفية

يواجه سباق الميجابكسل حدوداً صارمة تتعلق بحجم حساسات الهواتف الذكية. فالحساسات المستخدمة في الهواتف أصغر بكثير من تلك المستخدمة في الكاميرات الاحترافية مثل DSLR أو المرآة.

بينما يقوم المصنعون بتعبئة 12 ميجابكسل، 48 ميجابكسل، 108 ميجابكسل، أو 200 ميجابكسل في حساس صغير، يجب أن تتقلص كل بكسل (نقطة ضوئية). هذه الازدحام من البكسلات يغير كيفية التقاط الحساس للضوء.

النقاط الضوئية الأكبر تجمع المزيد من الضوء وتولد إشارة أنظف. بينما تجمع النقاط الأصغر عدد أقل من الفوتونات وتولد إشارة أضعف.

يجب تضخيم هذه الإشارة الضعيفة إلكترونياً في ظروف الإضاءة المنخفضة لإنشاء صورة ذات تعريض مناسب.

التضخيم يضيف ضوضاء رقمية، تظهر على شكل حبيبات أو بقع، خاصة في الظلال والألوان المسطحة.

كلما زاد الضوء في الحساسات الأكبر، زادت نطاق الديناميكية، وهو القدرة على التقاط التفاصيل في النقاط الساطعة المشرقة والظلال الداكنة.

هذا هو السبب في أن كاميرا DSLR بحساس كبير بدقة 16 ميجابكسل يمكن أن تنتج صوراً أنظف وأكثر غنى من كاميرا هاتف بدقة 200 ميجابكسل.

البرمجيات، لا الحساسات، هي السر وراء الصور الرائعة من الهواتف

أكبر قفزة في تصوير الهواتف المحمولة كانت في البرمجيات. تستخدم كاميرات الهواتف حساسات صغيرة تعاني من الضوضاء ونطاق ديناميكي محدود، لذا اعتمد المهندسون على التصوير الحسابي لتعويض ذلك.

بدلاً من التعامل مع الصورة كتعريض واحد، عالج رواد مثل مارك ليفوي من جوجل الصورة كبيانات يجب التقاطها وتنقيحها.

تلتقط الهاتف عدة إطارات، وتقوم بمحاذاتهم، وتستخدم الخوارزميات لاستخراج التفاصيل، وتقليل الضوضاء، وتوازن النقاط الساطعة والظلال.

أصبحت سلسلة Google Pixel الدليل على ذلك. فقد تصدرت تصنيفات الكاميرا بحساس 12 ميجابكسل متواضع بينما كانت المنافسة تسعى وراء 48 ميجابكسل و108 ميجابكسل.

الدرس واضح. يمكن أن يتفوق حساس مضبوط جيدًا مع معالجة حسابية قوية على الأجهزة الأكبر ذات دقة أعلى دون برمجيات متوافقة بنفس القدر.

هواتف الـ 200 ميجابكسل تعطيك في الحقيقة صوراً بدقة 12 ميجابكسل

يعتبر تجميع البكسلات دليلاً آخر على أن سباق الميجابكسل مدفوع بالتسويق. يستخدم المهندسون هذه التقنية للتعويض عن عيوب الحساسات الصغيرة المكتظة.

يسمح تجميع البكسلات لوحدة معالجة الإشارة (ISP) بدمج بكسلات مجاورة في بكسل أكبر يسمى سوبر بكسل.
زهور الدم الحلقة 566

تشمل الأنماط الشائعة 2×2 (4→1، تيترا)، 3×3 (9→1، نونا)، و4×4 (16→1). على سبيل المثال، حساس بدقة 108 ميجابكسل مع تجميع 9 مقابل 1 ينتج 12 ميجابكسل كحد افتراضي (108/9=12).

وبالمثل، تستخدم العديد من حساسات 200 ميجابكسل تجميع 16 مقابل 1 لإنتاج صور بدقة 12.5 ميجابكسل تقريباً (200/16=12.5). يقلل التجميع من عدد البكسلات الأصغر ويعزز حساسية الإشارة ويحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء من خلال جمع أو متوسط البكسلات المجاورة.

الهدف ليس تقديم صور بدقة 200 ميجابكسل، ولكن استخدام حساسات 200 ميجابكسل لصنع صور أفضل بدقة 12 ميجابكسل.

تظهر هذه الدورة أن المزيد من البكسلات تشوش الهدف الحقيقي، الذي يجب أن يكون تحسين جودة البكسلات.

إنستغرام وتيك توك يشكلان تصورنا لجودة كاميرا الهاتف

تعتبر مواصفات الكاميرا جزءاً فقط من القصة. إن إدراك المستخدم لجودة الكاميرا يتشكل ليس فقط من خلال عتاد الهاتف، ولكن من خلال سلسلة البرمجيات الكاملة التي تمر بها الصورة.

يتشارك الناس معظم صور الهواتف الذكية عبر إنستغرام، تيك توك، وفيسبوك.

تتعامل هذه الخدمات مع تحميلات ضخمة يومياً ويجب أن تبقى سريعة عبر مليارات الأجهزة وسرعات الشبكة المختلطة.

تقوم بذلك عن طريق ضغط الصور بشكل مكثف. ويشكل التحدي أيضاً كيفية تحسين التطبيقات التابعة لجهات خارجية على iOS مقابل Android.

فالأجهزة التي تعمل بنظام Android متنوعة للغاية. الآلاف من النماذج من عشرات العلامات التجارية تمتزج بين حساسات مختلفة وعدسات ومعالجات صور.

بالنسبة للفرق مثل إنستغرام أو سناب شات، فإن تحسين كل تكوينات Android بشكل مثالي غير واقعي، لذا يتبنى الكثيرون خط أنابيب واحد يناسب الجميع.

على العكس من ذلك، تصدر آبل عدد قليل من طرازات آيفون كل عام. هذه الاتساق يسمح للمطورين بضبط التطبيقات للوصول إلى مجموعة الكاميرا بكفاءة.

نتيجة لذلك، غالباً ما تبدو الصور التي يتم تحميلها داخل التطبيقات الاجتماعية أفضل على آيفون مقارنة بجهاز Android، حتى عندما يكون جهاز Android مزوداً بنظام كاميرا أفضل.

القوة الحقيقية لكاميرتك لا تزال بين يديك

بعد كل الحديث عن الحساسات والبرمجيات والخوارزميات الاجتماعية، قد يبدو أن جودة الصورة خارجة عن إرادتك. لكن هذا أبعد ما يكون عن الحقيقة.

أقوى ميزة في أي كاميرا هي الشخص الذي يحملها. بدلاً من ملاحقة كل زيادة في الميجابكسل، ركز على الأساسيات.

أولاً، تعلم كيف ترى الضوء. الضوء هو المكون الأساسي لكل صورة، وحتى أفضل حساس في العالم لا يمكنه إنقاذ صورة تم التقاطها في إضاءة سيئة.

كلما كان ذلك ممكناً، استخدم الضوء الطبيعي. لا تزال حساسات الهواتف الذكية تعاني في الداخل رغم الحسابات.

ثانياً، اتقن التكوين. صورة جيدة التكوين لموضوع بسيط أفضل بكثير من صورة فوضوية من هاتف بقيمة 2000 دولار.