عکاسی محاسباتی چیست و چگونه کیفیت عکس‌ها را متحول می‌کند؟
عکاسی محاسباتی (computational photography) یکی از قابلیت‌هایی است که کیفیت عکس‌های ثبت شده با گوشی‌های هوشمند را طی سال‌های گذشته متحول کرده است. اما دقیقا عکاسی محاسباتی چیست و چگونه می‌تواند کیفیت عکس‌ها را بهبود ببخشد؟
جادوی عکاسی محاسباتی
به زبان ساده، عکاسی محاسباتی با بهره‌گیری از نرم‌افزارها می‌تواند کیفیت عکس‌های ثبت شده با دوربین را بهبود ببخشد و عمدتا در گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود. در واقع، بخش بزرگی از فرایند خلق عکس‌های عالی موجود در گالری گوشی شما، توسط عکاسی محاسباتی صورت می‌گیرد.
پیشرفت سریع دوربین گوشی‌های هوشمند در طول چند سال گذشته را می‌توان تا حد زیادی به بهبود نرم‌افزار نسبت داد و پیشرفت سنسورها نسبت به نرم‌افزار کمتر بوده است. برخی شرکت‌ها مانند گوگل و اپل بدون اینکه سنسور دوربین‌های خود را به طور گسترده‌ای تغییر دهند، عمدتا از طریق بهبودهای نرم‌افزاری کیفیت عکس‌ها را بهتر می‌کنند.
چرا عکاسی محاسباتی اهمیت زیادی دارد؟
در زمینه‌ی ثبت عکس با دوربین گوشی باید به دو بخش مهم اشاره کنیم؛ قطعات فیزیکی و پردازش تصویر. قطعات فیزیکی همان سنسور و لنز دوربین هستند که عکس را ثبت می‌کنند. در این رابطه اندازه‌ی سنسور، کیفیت لنز و فاصله کانونی اهمیت پیدا می‌کنند و دوربین‌هایی مانند دوربین‌های DSLR در این زمینه حرف زیادی برای گفتن دارند.
بخش دوم مربوط به پردازش تصویر است. به طور خلاصه بعد از ثبت تصویر، نرم‌افزار وارد عمل می‌شود تا بتواند کیفیت عکس‌ها را بهبود ببخشد. گفتنی است تکنیک‌های نرم‌افزاری استفاده شده در بین شرکت‌ها و گوشی‌های مختلف تفاوت زیادی دارند. با توجه به محدودیت‌های فیزیکی بدنه‌ی گوشی‌های هوشمند، حتی پرچم‌داران هم باید به سنسورهای کوچک و لنزهای نه‌چندان ایدئال بسنده کنند. به همین خاطر پردازش تصویر برای گوشی‌ها اهمیت بسیار زیادی دارد زیرا این فرایند نرم‌افزاری باید بتواند بر محدودیت‌های سخت‌افزاری غلبه کند.
با این حال، کارهایی وجود دارند که یک دوربین سنتی می‌تواند انجام دهد ولی گوشی از پس از انجام آن‌ها برنمی‌آید. این موضوع عمدتا به اندازه‌ی بسیار بزرگتر دوربین‌های عکاسی نسبت به گوشی‌ها برمی‌گردد که از سنسورهای بسیار بزرگتر و لنزهای بهتر بهره می‌برند. اما از طرف دیگر دوربین گوشی‌ها می‌توانند کارهای غیرممکن برای دوربین‌های سنتی را انجام دهند و این موضوع به لطف عکاسی محاسباتی محقق شده است.
تکنیک‌های نرم‌افزاری
دوربین گوشی‌های هوشمند برای ثبت تصاویر فوق‌العاده از چند تکنیک عکاسی محاسباتی استفاده می‌کنند که مهم‌ترین تکنیک مورد استفاده «انباشت» (stacking) نام دارد. در این فرایند، چندین عکس ثبت شده در زمان‌های مختلف با نوردهی یا فواصل گوناگون با یکدیگر ترکیب می‌شوند و بهترین جزئیات مربوط به هرکدام از آن‌ها حفظ می‌شود.
تکنیک انباشت طی چند سال گذشته توانسته کیفیت عکس‌های گوشی‌های هوشمند را تا حد زیادی بهبود ببخشد و بیشتر گوشی‌های جدید از این قابلیت بهره می‌برند. همچنین باید خاطرنشان کنیم قابلیت HDR نیز مبتنی بر همین تکنولوژی است. در قابلیت HDR هم دوربین عکس‌های مختلف با نوردهی‌های گوناگونی را ثبت می‌کند و سپس تاریک‌ترین بخش سایه‌ها و روشن‌ترین بخش‌های منظره را ترکیب می‌کند تا یک عکس با محدوده دینامیکی وسیع‌تری ارائه شود.
گوشی‌هایی که از دوربین‌های مبتنی بر رزولوشن بالا بهره می‌برند، از قابلیت ترکیب پیکسل‌ها استفاده می‌کنند. در این قابلیت، پیکسل‌های مجاور سنسور با یکدیگر ترکیب می‌شوند و در نهایت عکس‌های مبتنی بر رزولوشن پایین‌تر ولی با جزئیات بیشتر و نویز کمتر به دست کاربران می‌رسد.
امروزه شرکت‌ها برای بهبود پردازش نرم‌افزاری گوشی‌های رده‌بالای خود، از شبکه‌های عصبی استفاده می‌کنند که به زبان ساده مجموعه‌ای از الگوریتم‌ها برای پردازش داده‌ها محسوب می‌شوند. این شبکه‌ها می‌توانند ویژگی‌های یک عکس خوب را تشخیص بدهند و بنابراین با تغییرات نرم‌افزاری جذابیت عکس‌های ثبت شده را افزایش می‌دهند.
قابلیت‌های مبتنی بر عکاسی محاسباتی
تقریبا تمام عکس‌های ثبت شده با دوربین گوشی تا حدی از عکاسی محاسباتی برای بهبود کیفیت استفاده می‌کنند. با این حال در ادامه به چند قابلیت مبتنی بر این مشخصه می‌پردازیم که در گوشی‌های مختلف استفاده می‌شوند؛
- حالت شب: در این فرایند از تکنیک‌های پردازش HDR برای ترکیب عکس‌های گرفته شده با نوردهی‌های مختلف استفاده می‌شود تا در نهایت محدوده‌ی دینامیکی عکس‌های مربوط به محیط‌های کم‌نور بهبود پیدا کند.
- عکاسی از آسمان شب: یک نسخه از قابلیت حالت شب محسوب می‌شود که در گوشی‌های گوگل پیکسل وجود دارد. به لطف این قابلیت، کاربران می‌توانند با استفاده از دوربین گوشی خود از ستارگان عکاسی کنند.
- حالت پرتره: در این حالت، معمولا به طور نرم‌افزاری کم بودن عمق میدان شبیه‌سازی می‌شود تا پس‌زمینه‌ی سوژه‌ی دلخواه مات شود. روی هم رفته نرم‌افزار با تجزیه‌وتحلیل عمق سوژه نسبت به دیگر اشیاء اطراف او می‌تواند اجسامی که دورتر به نظر می‌رسند را مات کند.
- پانوراما: این قابلیت در تقریبا تمام گوشی‌ها وجود دارد. با بهره‌گیری از این مشخصه می‌توانید با ثبت چندین عکس بخش بسیار بزرگتری از یک منظره را ثبت کنید.
- Deep Fusion: این فناوری سال گذشته با سری آیفون ۱۱ معرفی شد و از شبکه‌های عصبی برای کاهش نویز و بهبود جزئیات تصویر استفاده می‌کند.
- تنظیم رنگ: در این فرایند، نرم‌افزار دوربین به طور خودکار رنگ کلی تصاویر را تنظیم می‌کند.
روی هم رفته کیفیت این قابلیت‌های نرم‌افزاری در شرکت‌های مختلف فرق دارد. به‌عنوان مثال می‌توانیم به تغییر قابل توجه رنگ کلی تصاویر در گوشی‌های مختلف اشاره کنیم. گوگل معمولا برای عکس‌ها رنگ‌ها را به طور طبیعی‌تری ثبت می‌کند ولی گوشی‌های سامسونگ معمولا تصاویر با کنتراست بالا و رنگ‌های اشباع شده را تحویل کاربر می‌دهند.
منبع: How To Geek
