فناوری ترکیب پیکسلی (Pixel Binning) گوشی‌های موبایل چگونه کار می‌کند؟
در این مطلب به بررسی قابلیت ترکیب پیکسلی (Pixel Binning) در عکاسی با موبایل می‌پردازیم؛ اینکه این فناوری چیست و چگونه کار می‌کند.
بسیاری از گوشی‌های هوشمند این روزها با سیستم دوربین پیشرفته‌ای راهی بازار می‌شوند. اما به هیچ عنوان این پیشرفته بودن فقط در اندازه‌ی سنسور آن‌ها خلاصه نمی‌شود. بسیاری از فعالیت‌هایی که باعث می‌شوند یک گوشی عملکرد خوبی در زمینه‌ی عکاسی داشته باشد، در پشت صحنه صورت می‌گیرد. در واقع شما آن‌ها را نمی‌بینید ولی تأثیر به‌سزایی در بهبود کیفیت تصاویر دارند. یکی از این موارد، فناوری ترکیب پیکسلی است که در لاتین از آن به عنوان Pixel Binning یاد می‌شود.
اگر از علاقه‌مندان به محصولات سامسونگ باشید و خبرهای مربوط به این شرکت را طی چند وقت اخیر دنبال کرده‌اید، احتمالا با عبارت nona-binning یا Adaptive Pixel مواجه شده‌اید. عبارتی که در واقع به همان ترکیب پیکسلی اشاره دارد و باعث می‌شود عملکرد گوشی در شرایطی که نور محیط مساعد نیست به شکل محسوسی بهبود پیدا کند. اما آیا واقعا چنین اتفاقی رخ می‌دهد؟ در این مطلب تصمیم داریم به بررسی این فناوری و تأثیر آن در عکاسی موبایل بپردازیم.
چرا دوربین گوشی‌های هوشمند از فناوری ترکیب پیکسلی بهره می‌برد؟
قبل از اینکه به توضیح فناوری یادشده و چگونگی عملکرد آن بپردازیم، باید ببینیم اصلا چرا همچین قابلیتی وجود دارد. اگر دقت کنید، می‌بینید گوشی‌های هوشمند در بخش دوربین محدودیت‌های زیادی دارند. از جمله این موارد می‌توان به محدودیت در اندازه‌ی سنسور اشاره کرد. سنسور دوربین دقیقا همان جایی است که میلیون‌ها پیکسل در آن قرار می‌گیرند. پیکسل‌هایی که وظیفه‌شان دریافت نور محیط است و اگر به اندازه‌ی کافی پیکسل درون یک سنسور وجود نداشته باشد، یعنی عملکرد دوربین آن گوشی در جذب نور و در نتیجه عکاسی در نور شب هم با مشکل مواجه خواهد شد. البته جذب نور لزوما به معنای این نیست که می‌شود در شب تصاویر بهتری ثبت کرد؛ نه تنها این اتفاق می‌افتد بلکه به صورت کلی (در هر شرایط نوری) از میزان نویز تصاویر هم کاسته شده و جزئیات آن‌ها بیشتر و بهتر دیده می‌شود.
اما یک مشکلی وجود دارد. اگر بخواهیم پیکسل‌های زیادی را درون سنسور دوربین گوشی‌های هوشمند قرار دهیم، اندازه‌ی یک سنسور هم باید افزایش پیدا کند. این موضوع فعلا برای گوشی‌های هوشمند خیلی کارساز نیست چرا که ماژول دوربین یک گوشی بخشی از طراحی آن است و نمی‌شود خیلی آن را بزرگ طراحی کرد چون باید فضای کافی برای تعبیه‌ی پردازنده، مادربرد، بلندگوها، سنسورهای مختلف و… وجود داشته باشد.
برای اینکه شرکت‌های تولیدکننده‌ی گوشی‌های هوشمند بتوانند با این محدودیت کنار بیایند، یک راه حل خوب و هوشمندانه ابداع کرده‌اند که به آن‌ها کمک می‌کند به‌جای افزایش اندازه‌ی بیش از حد سنسور و در نتیجه خارج شدن طراحی گوشی از حالت متعارف، اندازه‌ی پیکسل‌ها کاهش پیدا کند تا بدین ترتیب تعداد بیشتری از آن‌ها را بشود روی یک سنسور قرار داد. بدین ترتیب از لحاظ تئوری، رزولویشن سنسور افزایش پیدا می‌کند بدون اینکه نیازی به افزایش اندازه‌ی فیزیکی آن باشد.
برای مثال یک سنسور ۱۲ مگاپیکسلی در گوشی آیفون ۱۳ از پیکسل‌هایی با اندازه‌ی ۱٫۹ میکرومتر بهره می‌برد. اما اندازه‌ی سنسورهای دوربین ۴۸ مگاپیکسلی آیفون ۱۴ پرو مکس ۱٫۲۲ میکرومتری است. از طرفی اندازه‌ی سنسورهای بکار رفته در دوربین ۱۰۸ مگاپیکسلی گلکسی S22 اولترا هم به ۰٫۸ میکرومتر می‌رسد که یکی از کوچک‌ترین پیکسل‌های بکار رفته در دوربین گوشی‌های هوشمند به حساب می‌آید.
ترکیب پیکسلی چیست و چگونه کار می‌کند؟
حالا که به درک درستی از این رسیدیم که چرا اصلا از فناوری ترکیب پیکسلی در دوربین گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود، وقت آن رسیده که ببینیم این قابلیت اصلا چیست و چگونه کار می‌کند. فناوری ترکیب پیکسل یک تکنیک پردازش تصویر به حساب می‌آید که طی آن، ۴ یا تعداد بیشتری پیکسل مجاور در سنسور یک دوربین با یکدیگر ترکیب شده و سنسور بزرگ‌تری را به وجود می‌آورند. سامسونگ سنسورهای بزرگ را تتراپیکسل یا نانو پیکسل می‌نامد که در واقع از مجموع متوسط عملکرد تمام پیکسل‌هایی که درون آن قرار گرفته‌اند تشکیل می‌شود.
توجه داشته باشید که وقتی می‌گوییم ترکیب، منظور این نیست که یک پیکسل به صورت فیزیکی حرکت می‌کند تا با پیکسل مجاور خود ترکیب شود. به عبارتی دیگر این ترکیب در سطح سخت‌افزار صورت نمی‌گیرد، بلکه یک تکنیک نرم‌افزاری است؛ به این صورت که داده‌ی بدست آمده توسط یک پیکسل با داده‌ی پیکسل مجاور توسط نرم‌افزار با یکدیگر ترکیب می‌شوند تا یک ابرداده به وجود بیاید.
اگر نتوانستیم منظور خود را با این توضیحات برسانیم، به این مثال توجه کنید. آیفون ۱۴ پرو مکس و گلکسی S22 اولترا دو محصولی هستند که از فناوری ترکیب پیکسلی در سطوح مختلف بهره می‌برند. نماینده‌ی شرکت آمریکایی دوربینی ۴۸ مگاپیکسلی با فناوری ترکیب پیکسلی ۴ در ۱ (۲ در ۲) بهره می‌برد و نماینده‌ی سامسونگ هم به فناوری ۹ در ۱ (با آرایه‌ی ۳ در ۳) مجهز شده است. بدین ترتیب وضوح تصاویری که آیفون ۱۴ پرو مکس و گلکسی S22 اولترا در نهایت تولید می‌کنند ۱۲ مگاپیکسل است (۱۲ × ۴ = ۴۸ و ۱۲ × ۹ = ۱۰۸).
کاهش رزولیشن به این شکل به دوربین گوشی این امکان را می‌دهد تا تصاویر را با سرعت به مراتب بیشتری پردازش کند در نتیجه شما بلافاصله بعد از ثبت یک تصویر می‌توانید آن را مشاهده کنید. در طرف مقابل، عکاسی با رزولویشن کامل باعث می‌شود پردازنده تحت فشار زیادی قرار بگیرد و اندکی طول بکشد تا پردازش تصویر به سرانجام برسد.
مگاپیکسل و مگابایت
توجه داشته باشید مگاپیکسل و مگابایت دو مفهوم کاملا متفاوت هستند. مگاپیکسل به تعداد پیکسل‌های موجود درون یک سنسور اشاره دارد در حالی که مگابایت به اندازه‌ی تصاویر بر می‌گردد. مورد نخست یک مقدار ثابت است در حالی که مورد دوم، بسته به نوع تصویری که ثبت می‌کنید، تغییر می‌کند.
برای مثال، گلکسی A53 از دوربین ۶۴ مگاپیسکلی بهره می‌برد و از فناوری ترکیب پیکسل ۴ در ۱ هم پشتیبانی می‌کند. بدین ترتیب خروجی تصاویر این سنسور به صورت پیش‌فرض ۱۶ مگاپیکسلی هستند. این سنسور می‌تواند تصاویری با وضوح ۴۶۲۴ × ۳۴۶۸ پیکسل یا به عبارتی با ۱۶٫۰۳۶٫۰۳۲ پیکسل ثبت کند. (هر مگاپیکسل یعنی ۱ میلیون پیکسل و در نتیجه ۱۶ مگاپیکسل یعنی ۱۶ میلیون). اگر در حالت فول یا همان با وضوح کامل عکاسی کنید، آنوقت تصویری که دریافت می‌کنید وضوحی معادل ۹۲۴۸ × ۶۹۳۶ یا همان ۶۴٫۱۴۴٫۱۲۸ پیکسل خواهد داشت.
حال این تصاویر در هر حالتی که ثبت شوند، تعداد پیکسل ثاتبی دارند اما اندازه‌ی آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد. گاهی اوقات شما در محیطی با نور کافی عکاسی می‌کنید و حجم تصاویر هم به دلیل وجود جزئیات بالا افزایش پیدا می‌کند، گاهی اوقات هم می‌بینید که در محیطی با نور کم، تصویر شما با حجم بسیار کمی ثبت می‌شود. در هر دو حالت وضوح آن‌ها برابر است.
ترکیب پیکسلی لزوما به معنای تصاویر بهتر نیست
وقتی دوربین گوشی شما از فناوری ترکیب پیکسلی پشتیبانی می‌کند، به این معنا نیست که می‌تواند تصویر بهتری ثبت کند. ترکیب پیکسلی در واقع راه حلی برای یک مشکل جعلی است. شرکت‌ها چون نمی‌توانستند سنسور بزرگی روی گوشی تعبیه کنند که بشود پیکسل‌های بیشتری روی آن تعبیه کنند، تصمیم گرفتند پیکسل‌ها را کوچک‌تر طراحی کنند. این در حالی است که پیکسل‌های بزرگتر حتی اگر در تعداد کمتری هم روی سنسور تعبیه شوند می‌توانند نور بیشتری را هم جذب کنند.
در مقایسه، یک پیکسل بزرگ که از ترکیب پیکسلی به وجود می‌آید باید اطلاعات سایر پیکسل‌های مجاور را هم دریافت کند و سپس حدس بزند تصویر نهایی چگونه خواهد بود. این فرایند گاهی اوقات طول می‌کشد و گاهی اوقات هم اصلا به درستی کار نمی‌کند و تصویر نهایی هم به خوبی که انتظار داریم ثبت نمی‌شود. به همین خاطر هم هست که گاهی اوقات گوشی‌های سامسونگ تصاوی را بیش از حد پردازش می‌شوند ولی تصاویر ثبت شده توسط گوشی‌های آیفون معمولا طبیعی‌تر هستند و عملکرد پایداری هم دارند.
شرکت‌های تولیدکننده‌ی گوشی هوشمند معمولا عادت دارند که درباره‌ی تعداد مگاپیکسل دوربین گوشی‌های خود اغراق‌آمیز صحبت کنند و همین موضوع طی چندین سال باعث شده کاربران به این فکر کنند که هرچه مگاپیکسل بیشتر باشد، کیفیت دوربین هم بیشتر خواهد بود. نه تنها این موضوع درست نیست بلکه حتی اگر یک سنسور از فناوری ترکیب پیکسلی بهره ببرد هم لزوما به معنای کیفیت بیشتر تصاویری که ثبت می‌کند نیست.
تعداد مگاپیکسل‌ها فقط رزولیشن نهایی یک تصویر را که دوربین گوشی قادر به ثبت آن است را بیان می‌کند. تنها فایده‌ی بهره‌مندی از یک سنسور بزرگ این است که می‌توانید هنگامی زوم دیجیتال، کیفیت بیشتری را دریافت کنید. مگاپیکسل بیشتر هیچ اطلاعاتی از بابت رنگ‌بندی، تعادل نور سفید، گستره‌ی دینامیکی یا به صورت کلی هیچ چیز دیگری غیر از چیزی که گفته شد به شما نمی‌دهد. بنابراین گول شرکت‌ها را نخورید.
فایده‌ای هم که فناوری ترکیب پیکسلی دارد، به خاطر خود تکنیک آن نیست. بلکه به خاطر عملکرد عالی الگوریتم‌های پردازش تصویر است که باعث می‌شود تصاویر به بهترین شکل ممکن پردازش شوند. برای مثال می‌توانید عملکرد گوشی‌های پیکسل ۶ گوگل را ببینید که چقدر به لطف همین الگوریتم‌ها در ثبت تصاویر فوق‌العاده هستند. این الگوریتم‌ها هستند که تمام زحمات باکیفیت شدن یک تصویر را به دوش می‌کشند و باید به درستی کار کنند.
گاهی اوقات می‌بینید که یک تصویر با فناوری ترکیب پیکسلی، از تصویری در وضوح کامل باکیفیت‌تر ثبت می‌شود. این اصلا جای تعجب ندارد چرا که بکار بردن الگوریتم‌های پردازش تصویر روی نمونه‌ای که با وضوح کامل ثبت شده بسیار دشوارتر از تصویری است که با ترکیب پیکسل‌هایش ثبت می‌شود چرا که به توان پردازشی به مراتب بیشتری نیاز دارد.
ترکیب پیکسلی دور زدن یک مشکل محسوب می‌شود، نه یک قابلیت!
هدف ترکیب پیکسلی این است که از لحاظ تئوری، وضوح یک تصویر افزایش پیدا کند. این فرایند هم به گونه‌ای صورت می‌گیرد که پیکسل‌ها برای تسریع فرایند پردازشی تا جایی که امکان دارد کوچک می‌شوند. در نتیجه شما می‌توانید بلافاصله تصویری را که ثبت کردید مشاهده کنید.
وضوح تصویر اهمیت دارد، نه اینکه بی‌اهمیت باشد چرا که خیلی برایمان پیش می‌آید که بخواهیم روی یک تصویر زوم کنیم اما کیفیت آن از دست نرود. ولی اعداد و ارقامی نظیر ۱۰۸ مگاپیکسل و ۲۰۰ مگاپیکسل چیزی جز بازی با اعداد نیستند و صرفا جنبه‌ی تبلیغاتی دارند.
بهترین راه حل برای اینکه متوجه شوید گوشی هوشمندی که قصد خرید آن را دارید دوربین خوبی دارد یا خیر این است که بررسی‌ها را از سایت‌های بی‌طرف بخوانید و تصاویری که ثبت می‌کنند را مشاهده کنید. خیلی سریع گول سنسور بزرگ یا تصاویری که توسط شرکت سازنده به عنوان نمونه‌های ثبت شده توسط یک گوشی ثبت می‌شوند را نخورید. اگر به دوربین گوشی اهمیت می‌دهید، سعی کنید چند هفته وقت بگذارید و خیلی دقیقت بررسی‌ها را بخوانید تا بتوانید چیزی را که می‌خواهید بدست بیاورید.
منبع: MakeUseOf
