نگاهی به سنسور دوربین های موبایل؛ چرا مگاپیکسل اهمیتی ندارد؟

اگر تا امروز موبایل یا دوربین خریده باشید، واژه ی «مگاپیکسل» را هم شنیده اید که یک عدد احتمالاً دو رقمی هم همراهش می آید. شرکت های سازنده در تبلیغ محصولاتشان روی این عدد خیلی مانور می دهند و در چنین شرایطی حتماً شما هم وسوسه می شوید دوربینی با رزولوشن بالاتر بخرید، اما آیا رزولوشن بیشتر به معنای کیفیت بهتر است؟

روزهای اولیه عکاسی دیجیتال اگر خیلی خوش شانس بودید یک دوربین 1.2 مگاپیکسلی به دستتان می رسید، چیزی در حد وبکم لپ تاپ های امروزی. الان دوربین های کامپکت حدود 15 تا 20 مگاپیکسلی و دوربین های DSLR سطح متوسط هم 20 تا 25 مگاپیکسلی هستند، اما از طرفی بعضی گوشی ها را می بینیم که رزولوشن خیلی بالایی دارند؛ مثل لومیا 1020 با حسگر 41 مگاپیکسلی، یا پرچمداران اخیر هواوی با حسگر 40 مگاپیکسلی. طبیعتاً انتظار ندارید که این گوشی ها بهتر از یک دوربین DSLR عکس بگیرند، بنابراین به سادگی می توان دریافت که رزولوشن به تنهایی کافی نیست. در ادامه این موضوع را بیشتر بررسی می کنیم.

سنسور دوربین چیست؟

سنسور دوربین یا همان حسگر تصویر، یک وسیله الکترونیکی است که اطلاعات نور را پس از عبور از میان دریچه لنز (که به روزنه یا اپرچر معروف است) جمع آوری می کند. این اطلاعات می تواند مواردی نظیر رنگ و شدت نور را در بر بگیرد. مدت زمان جذب نور توسط سنسور هم اهمیت زیادی دارد که از طریق سرعت شاتر تعیین می شود.

یکی دیگر از پارامترهای مهم سنسورهای دوربین، توانایی تقویت اطلاعات نور دریافتی در زمان انتقال به دنیای دیجیتال و ذخیره سازی به عنوان فایل است که با مقدار ISO تعریف می شود. البته این تقویت سیگنال همیشه به بهای افزایش نویز تصویر تمام می شود، در نتیجه بهتر است تا جای ممکن نور ورودی را افزایش دهیم.

حسگرهای تصویر به دو دسته اصلی تقسیم می شوند؛ حسگرهای CMOS (نیم رسانای اکسید فلزی مکمل) و حسگرهای CCD (دستگاه بار جفت شده). در این مطلب نیازی به بیان تفاوت های دو نوع حسگر نیست و فقط کافیست بدانید به دلیل عملکرد بهتر و هزینه کمتر، تقریباً تمام دوربین های دیجیتال کنونی (از جمله دوربین های موبایل) به حسگرهای CMOS مجهز هستند.

حسگرهای CMOS را می توان بر اساس ابعاد فیزیکی (سطح دریافت کننده اطلاعات نور که بر حسب اینچ بیان می شود) و تعداد پیکسل های موجود در سطح (همان مگاپیکسل) دسته بندی نمود.

پیکسل چیست؟

همان طور که گفتیم، سنسور دوربین یک صفحه مستطیلی است که از میلیون ها پیکسل مربعی کوچک تشکیل شده. پیکسل ها وظیفه جمع آوری اطلاعات نور را بر عهده دارند. هر پیکسل فقط یک بخش کوچک از تصویر، یعنی فقط یک رنگ را ثبت می کند و نه بیشتر از آن. نهایتاً ترکیب میلیون ها پیکسل، تصویری که می بینیم را تشکیل می دهد.

همان طور که می بینید با بزرگنمایی کافی مشخص می شود که هر پیکسل فقط یک رنگ خاص را به ثبت رسانده است و هیچ اطلاعات دیگری را ارائه نمی دهد. اگر تمام پارامترهای عکاسی مانند سرعت شاتر، ایزو و اپرچر به درستی تنظیم شده باشند، هر پیکسل دقیقاً همان رنگی را ثبت می کند که عکاس با چشمانش می بیند.

مگاپیکسل که به یک واحد سنجش استاندارد در دنیای تکنولوژی تبدیل شده، به معنای یک میلیون پیکسل است. به عنوان مثال دوربین اصلی گلکسی اس 9 پلاس که حسگر 12 مگاپیکسلی دارد، عکس هایی با رزولوشن 3024×4032 پیکسل ثبت می کند. با ضرب این دو عدد به رقم 12,192,768 یا همان 12 مگاپیکسل می رسیم. برای اندازه گیری و نمایش ابعاد پیکسل ها از واحد میکرومتر یا همان میکرون استفاده می کنند. اندازه پیکسل ها از حدود 1 میکرون در گوشی های موبایل تا حدود 8.4 میکرون در حسگرهای فول فریم متغیر است.

چرا رزولوشن دیگر اهمیتی ندارد؟

واقعیت این است که تمام دوربین های موبایل، رزولوشن کافی و حتی بیش از اندازه دارند. شما تصاویر و ویدیوهای ضبط شده را روی مانیتورهای فول اچ دی یا نهایتاً تلویزیون های 4K تماشا می کنید، که به ترتیب رزولوشن 2.1 و 8.3 مگاپیکسل دارند، یعنی به مراتب کمتر از رزولوشن دورقمی دوربین موبایل. بنابراین در حالت عادی نمی توان تفاوت رزولوشن یک عکس 12 مگاپیکسلی و یک عکس 40 مگاپیکسلی را تشخیص داد.

رزولوشن بالاتر از 8 مگاپیکسل فقط به درد کراپ کردن و بزرگنمایی می خورد. اگر یک گوشی با دوربین 12 مگاپیکسلی داشته باشید، می توانید تصویر خروجی را تا 50 درصد بزرگ کنید و باز هم افت کیفیت محسوسی را روی تلویزیون ها یا نمایشگرهای 4K احساس نکنید.

پس چه چیزی اهمیت دارد؟

همان طور که گفتیم، رزولوشن بالا به تنهایی دلیلی بر افزایش کیفیت تصویر نیست و حتی می تواند تأثیر منفی داشته باشد. دو پارامتر مهمی که باید به آنها توجه کنیم، اندازه حسگر و اندازه پیکسل ها هستند. البته هر سه ویژگی فوق یعنی اندازه حسگر، اندازه پیکسل و رزولوشن با یکدیگر ارتباط دارند و هنر سازندگان موبایل (و دوربین) این است که بتوانند ترکیب ایده آلی از این سه را در محصولشان به کار بگیرند.

هدف اصلی این است که پیکسل ها را بزرگ تر کنیم، چون پیکسل بزرگ تر به معنای توانایی بیشتر برای جذب اطلاعات نور است و نویز کمتر و کارآیی بهتری را در نور کم به همراه خواهد داشت. البته نمی توانیم پیکسل ها را بیش از حد بزرگ کنیم، چون در این صورت رزولوشن نهایی عکس ها خیلی پایین می آید. از طرفی اگر رزولوشن را بیش از حد افزایش دهیم، اندازه پیکسل ها کوچک و کوچک تر خواهد شد و توانایی جذب نور آنها تا حدی کاهش خواهد یافت که فقط زیر نور آفتاب می توان عکس مناسبی را ثبت کرد.

اگر بخواهیم هم رزولوشن و هم اندازه پیکسل ها را افزایش دهیم، تنها یک راه پیش رو داریم: حسگر بزرگ تری را به کار بگیریم، یعنی همان کاری که نوکیا در مدل های 808 PureView و لومیا 1020 انجام داد.

هواوی هم در پرچمداران جدیدش یعنی پی 20 پرو و میت 20 پرو از همین راهکار استفاده کرده و حسگر 1/1.7 اینچی با رزولوشن 40 مگاپیکسل را به کار گرفته تا بتواند در صدر جدول DxOMark جا خوش کند.

آیا افزایش اندازه حسگر ضرورت دارد؟

طراحی و ساخت موبایل همین حالا هم با مشکلات و چالش های متعدد فنی و مهندسی روبروست؛ حالا اگر بخواهیم سنسور دوربین ها را هم بزرگ تر کنیم، اوضاع سخت تر خواهد شد. ظاهراً سازندگان برتر دنیای موبایل یعنی سامسونگ، اپل و گوگل هنوز چنین نیازی را احساس نکرده اند، چون اگر نگاهی به مشخصات دوربین جدیدترین محصولات آنها یعنی گلکسی اس 9 و اس 9 پلاس، گلکسی نوت 9، آیفون XS و پیکسل 3 بیندازیم، می بینیم همگی به حسگر 1/2.5 اینچی 12 مگاپیکسلی مجهزند.

منبع: دیجیاتو