لماذا السباق على الميجابكسل في الهواتف الذكية أمر سخيف

كيف تعمل كاميرا الهاتف الذكي

تعد الكاميرا شيئًا معقدًا: فهي تجمع بين جهاز استشعار ونظام بصري ووحدة تحكم ومكونات مساعدة أخرى ، بالإضافة إلى برنامج لمعالجة الصور والفيديو. دعنا نفكر في كل عنصر بمزيد من التفصيل.

مصفوفة

المصفوفة عبارة عن دائرة كهربائية مستطيلة الشكل تتكون من عناصر حساسة للضوء - وحدات البكسل. يحتوي كل بكسل على ثلاث وحدات بكسل فرعية. ينقل بكسل فرعي واحد موجات بطول معين فقط: للأحمر أو الأخضر أو ​​الأزرق (الأحمر والأخضر والأزرق). يسمى هذا النموذج اللوني RGB.

أيضًا ، يمكن أن تكون المصفوفة أحادية اللون ، بدون مرشحات لونية. ثلاثة أضعاف عدد الفوتونات التي تسقط على كل بكسل. والنتيجة هي صور أكثر وضوحًا بالأسود والأبيض. يمكن استخدام هذه المصفوفات لتحسين الصورة الملونة من وحدة كاميرا أخرى.

واحدة من الخصائص الرئيسية للمصفوفة هي الدقة. إنه يعكس عدد وحدات البكسل التي تناسبه.

عدسة

عدسة الهاتف الذكي الصغيرة هي عبارة عن قطعة مجوهرات تقريبًا. يشتمل النظام النادر على 4-5 عناصر - عادة ما يكون هناك 7-8 أو أكثر.

في الهواتف الذكية ذات الكاميرات المتعددة ، سيكون لكل مصفوفة عدستها الخاصة. كل واحد منهم يحل مشكلته الخاصة:

• العدسة المقربة (المقربة) ضروري للتصوير من مسافة بعيدة.
• زاوية واسعة سيساعد (shirik) في احتواء المزيد من العناصر في الإطار - وهذا مفيد للصور الجماعية والتصوير المعماري.
• عالمي ستتيح لك العدسة تصوير أي هدف بشكل معتدل: من صورة إلى منظر طبيعي.
• عدسة متعددة البؤرة (تكبير) يمكن أن يجعل الهدف أقرب.

عدسات عدسات الهواتف الذكية مصنوعة من الزجاج أو البوليمرات الخاصة. إذا كانت شفافيتها بعيدة عن المثالية والعناصر غير مناسبة جيدًا ، فلا تتوقع صورًا جيدة. حتى لو تحركت العدسة بضعة ميكرونات ، فإن النظام البصري سوف يزيل التركيز.

الحجاب الحاجز

الحجاب الحاجز هو الفتحة التي يدخل الضوء من خلالها إلى الكاميرا. يحدد مقدار الضوء الذي يمكن أن يستقبله المستشعر. يتم إخراج قيمة الفتحة بتنسيق f / 1.7.

نظام الاستقرار

يعوض التثبيت الضبابية من اهتزاز الكاميرا ، كما هو الحال عند التصوير باليد بدلاً من استخدام حامل ثلاثي القوائم. يمكن أن يكون من نوعين:

• بصري. نظام كهروميكانيكي نزيه يحمل الكاميرا فعليًا في موضع واحد (على الأقل يحاول ذلك). يمنحك صورًا أكثر وضوحًا مع أقل ضوضاء ويسمح لك بالقيام بذلك تقريبًا بدون معالجة البرامج.
• إلكتروني. هذه خوارزميات برمجية. لا تزال الكاميرا تهتز ، ولكن من خلال تحليل عدة إطارات ، يتم إنشاء نتيجة لائقة إلى حد ما.

نظام ضبط تلقائي للصورة

يحدد التركيز التلقائي نفسه المسافة إلى الكائن ويضبط معلمات بصريات الكاميرا وفقًا لذلك. تستخدم الهواتف الذكية الحديثة ثلاثة أنواع من الأنظمة:

• مرحلة. تجمع المستشعرات الخاصة أشعة الضوء في نقاط مختلفة في الإطار. يتم بعد ذلك تقسيم الضوء إلى تيارين وإرسالهما إلى مستشعر الضوء لتحديد المسافة إلى الجسم. المزايا: دقة عالية وسرعة عمل. العيوب: سعر مرتفع ، وتعقيد التصميم وإعداداته.
• متناقضة. يتم تحليل تباين المشهد. من خلال تغيير العدسات ، تحاول الكاميرا زيادة تباين الموضوع مع الخلفية. المزايا: الحجم الصغير والتكلفة المنخفضة. العيوب: النظام أبطأ وغير مناسب للمشاهد الديناميكية.
• هجين. يجمع بين التركيز المرحلي والتباين للحصول على أفضل النتائج.

البرمجيات

يمكن أيضًا اعتبار البرنامج جزءًا من الكاميرا ، لأنه يشارك بشكل مباشر في الحصول على نتيجة التصوير. اليوم ، لا يمنحك هاتف ذكي واحد إطارات كما هي ، بدون معالجة البرامج. تقوم الخوارزميات المتطورة ، التي تستخدم غالبًا قاعدة بيانات ضخمة أو تقنية ذكاء اصطناعي ، بتحرير كل لقطة "لتجعلك جميلة".

لن تكون الصور الأولية ساطعة أو واضحة بدرجة كافية. يقوم البرنامج بإزالة التعريض الزائد ، واستخراج المناطق المظلمة ، وتحسين الألوان ، وزيادة الحدة. ويقوم بكل هذا تلقائيًا وبسرعة كبيرة.

ولكن هناك أيضًا جانب سلبي للعملة. يمكن أن يؤدي تقليل الضوضاء الشديد إلى جعل الصورة التي تم التقاطها عند الغسق تبدو محببة - كما لو كانت تتكون من عدة نقاط صغيرة. هذا يحط من التفاصيل ويجعل الألوان غير طبيعية.

ماذا يؤثر عدد البكسل؟

تشير الخصائص التفصيلية للهاتف الذكي عادةً إلى الحجم المادي لمصفوفة الكاميرا - مثل 1 / 2.6. على موقع الشركة المصنعة على الويب ، يمكنك العثور على بيانات عن حجم البكسل في المصفوفة. تؤثر هذه المعلمة على عدد النقاط في الإطار. كلما زادت الدقة ، كلما تمت إعادة إنتاج التفاصيل بشكل أفضل.

ولكن إذا كانت وحدات البكسل صغيرة ، فإن كل منها يتلقى القليل من الضوء ولا يمكنه تحديد لون نقطة في الصورة الحقيقية بدقة. نتيجة لذلك ، يظهر تشويش في الصورة.

الضوضاء عبارة عن نقاط عشوائية اللون والسطوع منتشرة في جميع أنحاء الإطار. كلما كانت الإضاءة أسوأ وكلما انخفضت جودة مصفوفة الكاميرا ، زاد التشويش في الصورة.

يتناسب رقمها في الإطار مع حجم البكسل أو مربع قطري المصفوفة. إذا قارنا مصفوفتين بنقطتين 1.55 ميكرومتر و 1.1 ميكرومتر ، فإن الإطار مع الأول سيحتوي على نصف الضوضاء.

النطاق الديناميكي للمصفوفة مهم أيضًا - قدرته على التقاط مجموعة كاملة من الألوان وسطوع العالم المحيط. تلك الرخيصة لها نطاق صغير ، والصور باهتة ، غائمة.

لماذا يطارد مصنعو الهواتف الذكية البكسل

لأن المشترين يريدون دائما أكثر. حتى لو كنت في سيارة تتسع لـ 300 حصان ، عليك الوقوف في ازدحام مروري أو لعب لعبة سوليتير على كمبيوتر ألعاب رائع.

ما هو الهاتف الذكي الذي ستشتريه بنفس السعر: بكاميرا بدقة 12 ميجابكسل أم بدقة 48 ميجابكسل؟ باختيار الثانية ، ستحصل على أربعة أضعاف الميجابكسل مقابل نفس المال. لكن صورك لن تتضاعف أربع مرات.

يعد المستشعر الذي يحتوي على عدد كبير من وحدات البكسل الصغيرة أرخص من المستشعر ذي البكسلات الكبيرة وسيباع بشكل أفضل.

تشغل المصفوفات الكبيرة مساحة أكبر داخل الهاتف الذكي. يجب أن يكون النظام البصري لهم أكبر أيضًا. وفقًا لذلك ، سيكون هناك مساحة أقل للأجزاء المتبقية في الجسم. سيصبح الهاتف الذكي أكثر سمكًا أو ستظهر الكاميرا. يجب أن تكون محمية بالزجاج المقسى أو الياقوت. وهذا أيضًا مال.

من الصعب بيع هاتف ذكي سمين وباهظ الثمن. من الأسهل طلب المصفوفات بعدد كبير من البكسلات الصغيرة وإجراء حملة تسويقية عالية: في الصورة باستخدام تضيف الكاميرات طابعًا آليًا "تم التقاطه باستخدام supermegaflagman بدقة 48 ميجابكسل" حتى يعرف الجميع أن شخصًا ما قد اشترى واحدة جديدة هاتف ذكي. ودع المعجبين والمحترفين يستخدمون كاميرات DSLR.

على الرغم من أن نوكيا ، على سبيل المثال ، انتهزت الفرصة وحصلت على الهواتف الذكية الأسطورية Lumia 1020 بكاميرا 41 ميجابكسل. وهذا في عام 2013!

ما الذي يحدد جودة الصورة في الواقع

حجم المصفوفة والبكسل

إذا التقطت مصفوفتين بنفس الدقة ، فمن المحتمل أن يتم الحصول على الصورة ذات الجودة الأفضل بالصورة الأكبر. هناك ، تكون وحدات البكسل أكبر ، مما يعني سقوط المزيد من الفوتونات على كل منها عند التصوير. نتيجة لذلك ، يمكن أن تحدد وحدات البكسل الفرعية لون نقطة معينة بدقة أكبر.

يبدو أنه إذا كان حجم البكسل في إحدى المصفوفات 1.4 ميكرون ، وفي الآخر - 1.2 ميكرون ، فإنهما متماثلان تقريبًا. لكن 17٪ فرق ملموس سيظهر بالتأكيد في جودة الصور ومقاطع الفيديو ، خاصة إذا قمت بالتصوير في الإضاءة المنخفضة.

نقطة أخرى مهمة هي المسافة بين وحدات البكسل المتجاورة. في المصفوفات الصغيرة ، يدخر المصنعون عليها بصراحة. في وحدات أكبر ، يمكنهم السماح لك بالفصل النوعي بين وحدات البكسل المجاورة بحيث لا تؤثر على بعضها البعض.

تكنولوجيا الإنتاج

تتيح الطرق الجديدة إمكانية التحديد الدقيق لشدة تدفق الضوء من عدد أقل من الفوتونات ، و يعني توفير ضوضاء منخفضة واستنساخ جيد للألوان ، حتى لو قمت بالتصوير عند الغسق بدون فلاش.

لكن عليك أن تقرأ وتحلل. على سبيل المثال ، قدم الهاتف الذكي HTC One (M7) تقنية UltraPixel. وعدت الشركة المصنعة بزيادة كبيرة في جودة الصور ومقاطع الفيديو.

في الواقع ، تبين أن UltraPixels أكبر حجمًا بمقدار 2 ميكرون بكسل. هل يمكن اعتبار هذا تقنية جديدة؟ من غير المرجح. للمقارنة: Google Pixel ، الذي قامت HTC بتجميعه أيضًا والذي كان يعتبر في وقت ما أحد أفضل الهواتف المزودة بكاميرات في السوق ، كان به مصفوفة بكسل 1.55 ميكرون. لم يتم زيادة حجم الكاميرا حتي لا يزيد سمك الهاتف الذكي. كانت دقة المصفوفة البالغة 5 ميغا بكسل صغيرة حتى بالنسبة لعام 2014. نتيجة لذلك ، لم تكن هناك قوائم انتظار لـ HTC One (M7).

مثال آخر هو تقنيات مثل Super Pixel أو Quad Pixel. يتم دمج أربع وحدات بكسل مجاورة لمصفوفة كبيرة للحصول على صورة ذات دقة أقل ، ولكن بجودة أفضل. الحل هو برمجيات بحتة. إذا كانت المصفوفة كذلك ، فستكون الكفاءة منخفضة.

الاستقرار

التثبيت البصري دائمًا أفضل من الرقمي. ستظل خوارزميات ما بعد المعالجة مطبقة على الإطار ، ومن الأفضل أن تكون حادة في البداية.

تكبير

للاقتراب من الهدف في الإطار ، يغير الزوم البصري العدسات ، ولا تتأثر جودة الصورة عمليًا. يمتد الزوم الرقمي جزءًا من الصورة لملء الإطار بأكمله. هذه الوظيفة متاحة في أي معدل الصورغالبًا حتى في تطبيق الكاميرا القياسي. لذلك ، ليس من المنطقي الدفع مقابل التقريب الرقمي.

نظام ضبط تلقائي للصورة

التباين AF هو نظام غير مكلف للكاميرات المتواضعة. يعد التركيز البؤري التلقائي لاكتشاف الطور مناسبًا إذا كنت تقوم بالتصوير السريع للأطفال أو القطط أو الرياضيين. لكن الخيار المثالي هو نظام هجين يجمع بين مزايا الكشف عن الطور والتركيز التلقائي لاكتشاف التباين.

الحجاب الحاجز

نظرًا لاستخدام الهاتف الذكي للتصوير في مواقف متنوعة ، ستستفيد الكاميرا ذات الفتحة الأكبر: f / 1.7 أفضل من f / 2.0. كلما زادت القيمة (أو انخفض الرقم بعد الشرطة المائلة) ، زادت فتحة العدسة وزادت كفاءة عملها عند الغسق أو في الداخل.

اسم العلامة التجارية

نعم ، إنها ليست مجرد أداة إعلانية. يحدث أن يتم تثبيت نفس المصفوفة في الهاتف الذكي الصيني والرائد من العلامة التجارية A. لكن اللقطات الناتجة مختلفة جدًا.

إذا لم تستثمر الشركة المصنعة الجهود والموارد في تطوير المكونات والتقنيات والبرامج ، فلا يجب أن تتوقع إطارات واضحة جميلة. إذا قام بحفظ كل شيء ، على سبيل المثال ، وضع عدسات رخيصة ذات شفافية رديئة ، فسيؤثر ذلك على النتيجة.

ما يجب تذكره

• عشرات الميغابكسل تسويقية بشكل أساسي. جودة الصور ومقاطع الفيديو لا تعتمد عليها بشكل مباشر.
• حتى 5 أو 8 ميغا بكسل كافية لطباعة صورة ذات جودة عالية على ورقة أفقية. تبلغ دقة شاشة 4K للتلفزيون المتقدم حوالي 8-9 ميجابكسل. Full HD - 2 ميغا بكسل فقط.
• تجمع البكسلات الأكبر مزيدًا من الضوء. والنتيجة هي إطار واضح ومفصل جيدًا مع استنساخ طبيعي للألوان وخالية من الضوضاء.
• إذا كنت لا تريد أن تهتم بالنظرية ، فانتقل إلى التدريب. ستسمح المراجعات المقارنة للهواتف الذكية والصور من الكاميرات (بالحجم الكامل والاقتصاص - الأجزاء المقطوعة والمكبرة) بفهم الحالة الحقيقية للأمور.