گوگل در برابر اپل: چرا دوربین پیکسل انقدر خوب است؟

گوگل پیکسل یکی از بهترین گوشی‌های امسال است و بخشی از این موضوع را مدیون دوربین فوق‌العاده‌ای است که دارد. البته توانمندی گوگل پیکسل در زمینه‌ی عکاسی موبایل فراتر از مشخصات فنی است. همانند بسیاری از محصولات محبوب گوگل، جادوی دوربین پیکسل در الگوریتم‌ها قرار دارد. پیکسل از آن دست گوشی‌هایی است که ما را متقاعد می‌کند، نه تنها گوشی‌های هوشمند جایگزین دوربین‌های عکاسی کامپکت Point-and-Shoot شده‌اند، بلکه ایده‌ی ساخت چنین دوربین‌هایی را به کمال رسانده‌اند. دوربین موبایل باهوش‌تر و سریع‌تر شده و همواره در جیب شما است. از این بهتر، دوربین موبایل می‌تواند عکس‌های شما را حتی پس از این که آن‌ها را گرفتید بهبود دهد.

‌

عملکرد خودکار بهتر برای عموم مردم

بر اساس تجزیه و تحلیل سایت DxOMark دو گوشی پیکسل و پیکسل ایکس ال تا کنون بهترین دوربین‌ها را در بین تمام اسمارت‌فون‌ها دارند. این در حالی است که مشخصات فنی این دو گوشی، علی‌رغم رقابتی بودن، به هیچ وجه جمله‌ی «من بهترین دوربین تا به حال هستم» را فریاد نمی‌زند. چیزی که باعث می‌شود دوربین پیکسل تا این حد خوب باشد این است که شما نباید در مورد استفاده از آن فکر کنید، و سرعت بسیار بالایی دارد. شما تنها نشانه می‌روید، عکس می‌گیرید و اجازه می‌دهید پیکسل باقی کارها را انجام دهد.

حالت کلیدی دوربین پیکسل که لقب +HDR به آن داده شده، چند تصویر پی‌درپی را با سرعت بسیار بالا ثبت می‌کند، ویژگی‌های آن‌ها را می‌سنجد، پردازش نسبی تنالیته‌های رنگی مجاور (Tone-Mapping) را انجام می‌دهد و در نهایت یک تصویر منفرد بهینه شده تولید می‌کند. این همان حالت خودکار پیش‌فرض پیکسل است که DxOMark بر اساس آن دوربین را ارزیابی کرده. یک قابلیت جذاب دیگر که «عکاسی پی‌درپی هوشمند» (Smart Burst) نام دارد، تا ۳۰ عکس در ثانیه را هم‌زمان با عکاسی شما تجزیه و تحلیل، ۱۰ عکس بهتر را بر اساس چیزهایی نظیر تعادل رنگی، محو شدگی و حتی حالت چهره‌ی افراد در آن‌ها ثبت، و عکسی را که از نظر پیکسل بهترین است در گالری برای شما مشخص می‌کند. در اکثر موارد هم تشخیص پیکسل درست است.

نسل قبلی گوشی‌های گوگل یعنی نکسوس ۵X و نکسوس ۶P هم به قابلیت‌های HDR+ و Smart Burst مجهز بودند. بر اساس گفته‌های تیم ساخت پیکسل، تفاوت اصلی در این است که در پیکسل، گوگل می‌تواند «کل روند را کنترل کند». معاون مهندسی تیم اندروید، «دیو برک» (Dave Burke)، می‌گوید «این چیزی بوده که ما به لحاظ ایجاد تخصص و مالکیت معنوی برای چندین سال در حال کار کردن روی آن بوده‌ایم.» او همچنین اشاره می‌کند که تیم دوربین همکاری نزدیکی با تیم گوگل فتوز (Google Photos) روی روند ثبت و پردازش‌های بعدی عکس داشته است.

‌

سنسوری غافلگیرکننده

گوگل در زمینه‌ی قطعات هم مضایقه نکرده است. سنسور ۱۲ مگاپیکسلی دوربین گوگل پیکسل ساخت شرکت سونی است که در زمینه‌ی تولید سنسورهای CMOS در بازارهای جهانی پیشرو است. از آیفون، پهپادها، و دوربین‌های DSLR نیکون گرفته تا صد البته دوربین‌های عالی خود سونی از سنسورهای سونی استفاده می‌کنند. دوربین گوگل پیکسل به یکی از جدیدترین سنسورهای سونی یعنی IMX378 مجهز شده است. تنها گوشی دیگری که از این سنسور استفاده می‌کند، گوشی Xiaomi Mi 5S است.

اندازه‌ی پیکسل‌های این سنسور برای یک دوربین موبایل کاملا بزرگ است. هر پیکسل سنسور در واقع نقش سطلی را برای جمع کردن فتون‌های نور عبور کرده از میان لنز بازی می‌کند. این سنسور با کمک دریچه‌ی دیافراگم باز f/2.0 لنز می‌تواند نور بیشتری را جذب کند و در نتیجه دوربین را در تاریکی تواناتر کند. ولی عکاسی در نور کم تنها یکی از جاهایی است که گوگل از پیکسل‌های بزرگ‌تر سنسور بیشترین بهره را می‌برد. بزرگتر بودن دریافت کننده‌های نور همچنین به تثبیت بهتر عکس‌ها هم کمک می‌کند. جذب بیشتر نور به دوربین موبایل اجازه می‌دهد از سرعت شاتر بالاتری استفاده کند.

سرپرست تیم مهندسی دوربین اندروید، «تیم نایت» (Tim Knight)، می‌گوید «ما زمان نوردهی را کوتاه نگه می‌داریم. تاکتیک ما این است که چندین عکس را با زمان نوردهی کوتاه ثبت و سپس آن‌ها را با تکنیک‌های نرم‌افزاری هوشمند با هم تلفیق کنیم. این روش به تصویر کیفیتی می‌دهد که کاملا شبیه عکسی با زمان نوردهی طولانی است. این روش تنها جلوی محو شدگی تصویر را نمی‌گیرد، بلکه کمک می‌کند سوژه‌های متحرک صحنه را هم بهتر ثبت کنید.»

‌

شیوه‌ی ثابت نگه داشتن تصویر

نرم‌افزار همچنین کمک می‌کند دوربین پیکسل بر یکی از کمبودهای خود غلبه کند: مجهز نبودن به لرزشگیر اپتیکال تصویر. لرزشگیر اپتیکال این روزها به یکی از عنوان‌های برجسته در فهرست امکانات دوربین گوشی‌های پرچم‌دار نظیر گلکسی S7 و آیفون ۷ تبدیل شده است. نایت می‌گوید: «با در اختیار داشتن پیکسل‌های بزرگتر به لرزشگیر اپتیکال نیاز چندانی نخواهید داشت.» او می‌گوید چند فاکتور در دوربین پیکسل به تثبیت تصویر بدون نیاز به لرزشگیر اپتیکال کمک می‌کند: اندازه‌ی پیکسل، سرعت بالاتر شاتر هنگام ثبت عکس و تجزیه و تحلیل الگوریتم‌وار تصاویری که به‌صورت پی‌درپی گرفته شده‌اند بر اساس یکی از اصول عکاسی نجومی به نام Lucky Imaging.

ولی تیم گوگل معتقد است در حالت ویدیو به گونه‌ی بهتری از تثبیت تصویر دست پیدا کرده. این روش از ژیروسکوپ گوشی استفاده می‌کند. می‌توانید گوشی را هنگام ضبط ویدیو تکان دهید تا حضور الگوریتم تثبیت تصویر را به وضوح روی صفحه‌نمایش ببینید. این سیستم ۲۰۰ بار در ثانیه اطلاعات ژیروسکوپ را بازخوانی و تکان‌ها را در لحظه تصحیح می‌کند. نایت این گونه توضیح می‌دهد: «ما اتصالی فیزیکی بین ماژول دوربین و هاب شتاب‌سنج، ژیروسکوپ و سنسورهای حرکتی برقرار کرده‌ایم. این موضوع رسیدن به هماهنگی زمانی بسیار دقیق بین دوربین و ژیروسکوپ را ممکن می‌کند.»

‌

لیزر و فراتر از آن

همکاری سخت‌افزار قوی و نرم‌افزار هوشمند به اینجا ختم نمی‌شود. برک می‌گوید «این فرض که شما باید برای همه‌چیز از مجموعه‌ای از عکس‌های پی‌درپی استفاده کنید یکی از اصولی است که ما به شدت به آن پایبند هستیم. در عکاسی مرحله‌ای به نام پس‌پردازش (Post-Processing) وجود دارد که روی عکس گرفته شده کار می‌کند. ما سرعت این مرحله را در گوشی‌های پیکسل با استفاده از پردازش سیگنال دیجیتال و پس‌پردازش تسریع شده بالا برده‌ایم.»

با توجه به نیاز به سرعت بسیار بالا در دوربین پیکسل، احتمالا مهم‌ترین مزیت سنسور IMX378 چیزی است که در پشت آن قرار دارد. این سنسور از آخرین طراحی لایه‌ای سونی استفاده می‌کند که در آن یک چیپ حافظه‌ی DRAM به پشت سنسور چسبیده است. این چیپ کمک می‌کند تا اطلاعات تصویر با سرعت بالا از سنسور منتقل شود تا ترفندهای پس‌پردازش سریع گوگل بتوانند وارد عمل شوند. پردازنده‌ی چهار هسته‌ای چالاک کوالکام اسنپدراگون ۸۲۱، پردازنده‌ی گرافیکی قدرتمند و ۴ گیگابایت رم به پیکسل کمک می‌کنند تا با سرعت بالا کار کند.

گوگل پیکسل را برای مخاطب عام طراحی کرده است.

در حالت عادی به لطف فوکوس خودکار تشخیص فاز به کار فته در سنسور، تمام عکس‌هایی که در یک سری عکاسی پی‌درپی گرفته شده‌اند کاملا شارپ به نظر می‌رسند. در مقایسه با تکنولوژی تشخیص کنتراست که در بین دوربین‌های مستقل رایج است، فوکوس خودکار تشخیص فاز اغلب سرعت بیشتری دارد. این تکنولوژی در قفل کردن فوکوس روی سوژه‌هایی که به دوربین نزدیک یا از آن دور می‌شوند مؤثرتر است. در این شرایط سیستم‌هایی که بر پایه‌ی تکنولوژی فوکوس خودکار تشخیص کنتراست کار می‌کنند، برای یافتن نقطه‌ی صحیح فوکوس، باید به طور مدوام فوکوس را با لنز به عقب و جلو تغییر دهند.

ولی تکنولوژی فوکوس خودکار تشخیص فاز برای عملکرد سریع بر میزان زیاد نور اتکا دارد. در نتیجه این تکنولوژی برای قابلیت‌های دوربین پیکسل در نور کم شریک مناسبی نیست. بنابراین گوگل در کنار آن یک سیستم ثانویه قرار داده که از نور لیزر استفاده می‌کند. نایت می‌گوید «اگر به پشت پیکسل نگاه کنید دو حفره‌ی کوچک را در کنار میکروفون خواهید دید. یکی از آن‌ها ارسال کننده و دیگری دریافت کننده‌ی لیزر است. این سیستم دسته‌ی مخروطی شکلی از اشعه‌های مادون قرمز را از خود ساتع می‌کند که با برخورد به سطح اشیا بازتاب پیدا کرده و باز می‌گردد. این در واقع یک لیزر زمان پرواز (Time-of-Flight) است که از زمان رفت و برگشت شعاع نور برای تعیین بسیار دقیق مسافت سوژه بهره از دوربین بهره می‌برد.»

رویکرد گوگل به دوربین پیکسل، بر خلاف آیفون ۷ پلاس، به جای افزودن تعداد لنزها، شامل استفاده از عکاسی با سرعت بسیار بالا است. این موضوع ممکن است عکاسان حرفه‌ای را نا امید کند، چرا که شاید تمام شیوه‌های پردازشی به کار رفته در پیکسل برای بهتر کردن عکس‌ها را بتوان به جای دقیق با عبارت خوب توصیف کرد. ولی عکاسان حرفه‌ای جامعه‌ی مخاطب گوگل نیستند. گوگل گوشی‌های پیکسل را برای مخاطب عام طراحی کرده، در حالی که نکسوس‌ها شخصیتی کاملا متفاوت داشتند. تیم طراحی حتی تلاش کرده تا برآمدگی دوربین را که در نکسوس‌ها وجود داشت از بین ببرد تا گوشی را دوست‌داشتنی‌تر کند. در عوض گوشی‌های پیکسل شیبی مایل دارند که در نزدیکی ماژول دوربین ضخامت بیشتری دارد. برک می‌گوید «نکسوس ۶P ظاهری فنی‌تر داشت. ما قصد داشتیم توجه عده‌ی بیشتری را جلب کنیم.»

هر چند پیکسل در زمان ورود به بازار در بالای لیست گوشی‌های مناسب برای عکاسی قرار گرفت، ولی مشخص است که تیمی که پشت این دوربین قرار گرفته، نوآوری‌های بیشتری را در ذهن دارد. برک و نایت به کرات با عبارت «دوربین امسال» از پیکسل یاد کردند؛ با دیدی که مستقیما منتظر اتفاقات بعدی است. دوربین پیکسل چگونه بهترین‌ها را شکست خواهد داد؟ با تلاش فراوان، قطعات عالی و لیزرها؟ قطعا. ولی همچنین با الگوریتم‌های بهتر.

‌

منبع: Wired