چرا اندازه سنسور دوربین مهمتر از مگاپیکسل بیشتر است؟

با تقاضای همگان برای بهترین دوربین گوشی‌های هوشمند، کیفیت تصویر به جدیدترین رقابت تسلیحاتی بین اسمارت‌فون‌ها تبدیل شده است. و حسگر دوربین جایی است که تولیدکنندگان در حال رقابت بر سر آن هستند. در حالی که تعداد مگاپیکسل بالا همانطور که در گوشی‌هایی مانند گلکسی اس ۲۴ الترا شاهد بوده‌ایم، به یک روند محبوب تبدیل می‌شود، در واقع اندازه حسگر تصویر دوربین است که اهمیت بسیار بیشتری دارد. هواوی، سامسونگ و سایر شرکت‌ها نیز در نسل‌های اخیر گوشی‌های هوشمند خود، حسگرهای تصویر بزرگ‌تر را به عنوان یک ویژگی برجسته‌تر نشان می‌دهند. اما چرا به نظر می‌رسد اندازه حسگر دوربین برای گرفتن بهترین عکس‌ها بسیار حیاتی است؟

برای درک این موضوع، باید به اصل اساسی عکاسی یعنی ثبت نور بازگردیم. یک حسگر بزرگتر نور بیشتری نسبت به حسگر کوچک‌تر جذب می‌کند و نور بیشتر، تصاویر زیباتری را تولید می‌کند. اما در عصر عکاسی محاسباتی، موضوع فراتر از این حرف‌هاست.

چرا اندازه سنسور دوربین مهم است؟

اندازه سنسور تعیین می کند که دوربین چقدر نور برای ایجاد یک تصویر در دسترس دارد. در حالی که وضوح در جزئیات نقش دارد، میزان نور گرفته شده است که تعادل نوردهی، محدوده دینامیکی و حتی وضوح دوربین را تعیین می کند. به همین دلیل است که دوربین‌های 16 مگاپیکسلی و 20 مگاپیکسلی DSLR هنوز بهتر از گوشی‌های هوشمند 200 مگاپیکسلی امروزی به نظر می‌رسند.

اکثر حسگرهای گوشی‌های هوشمند معمولا تنها ۱/۲.۵۵ اینچ یا حدود ۱ سانتی‌متر عرض دارند، اگرچه گوشی‌های هوشمند رده بالا به طور فزاینده‌ای از حسگرهای ۱/۱.۳۱ اینچی و بزرگتر استفاده می‌کنند. در مقایسه، حسگرهای دوربین‌های DSLR بیش از یک اینچ عرض دارند که به راحتی آن‌ها را ۴ یا ۵ برابر بزرگ‌تر می‌کند. حسگرهای گوشی‌های هوشمند در مقایسه بسیار کوچک هستند، اگرچه برخی از برندها در حال نزدیک شدن به اندازه حسگر دوربین‌های کامپکت قدیمی هستند. سونی اکسپریا پرو-آی، شیائومی 14 اولترا و سایرین با حسگر ۱ اینچی از بزرگ‌ترین حسگرهای صنعت موبایل هستند.

هرچه حسگر بزرگتر باشد، نور بیشتری را برای سرعت شاتر، ISO حساسیت نوردهی و دیافراگم ثابت جذب می‌کند. در حالی که می‌توانید با استفاده از نوردهی طولانی‌تر برای نور بیشتر، نواقص حسگرهای کوچک را جبران کنید، این کار باعث می‌شود تصاویر بیشتر در معرض تاری ناشی از لرزش دست و حرکت صحنه قرار بگیرند. تاری، صرف نظر از رزولوشن حسگر، باعث کاهش شارپنس تصویر می‌شود. به طور مشابه، ساخت لنزهایی با دیافراگم بازتر بدون ایجاد lens distortion artifacts   دشوارتر است، و به غیر از آن میدان دید را نیز تغییر می‌دهد. همانطور که احتمالا حدس زده‌اید، نور بیشتر باعث می‌شود حسگرهای بزرگتر در عکاسی با نور کم نسبت به حسگرهای کوچکتر بسیار بهتر عمل کنند.

حسگرهای دوربین، نقاط حساسی هستند که وظیفه‌ی تبدیل صحنه به سیگنال‌های الکتریکی را برعهده دارند و نور را دوست دارند. این نقاط حساس می‌توانند بسته به حسگر، به روش‌های مختلفی چیده شوند. گوشی‌های هوشمند جدیدتر از حسگرهای بایِر سنتی استفاده می‌کنند که معادل یک پیکسل به ازای هر نقطه حساس است. با وجود این، دوربین‌های گوشی‌های هوشمند با رزولوشن بالا به حسگرهای چهار-بایِر روی آورده‌اند که بیشتر شبیه چهار یا حتی نه پیکسل به ازای هر نقطه حساس هستند. به عبارت دیگر، چهار پیکسل یک فیلتر رنگی واحد را به اشتراک می‌گذارند که با تکنیکی به نام ترکیب پیکسلی، ویژگی‌های نقاط حساس بزرگ‌تر را تقلید می‌کند. در ادامه بیشتر در این مورد صحبت خواهیم کرد.

به هر حال، هرچه نقاط حساس نور بیشتری دریافت کنند، دامنه دینامیکی بهتری درجه‌های قابل درک بین روشنایی و تاریکی می‌توانند تولید کنند. این را مانند “قطعیت” روشن‌تر یا تیره‌تر بودن یک پیکسل نسبت به پیکسل همسایه در نظر بگیرید. قضاوت در این مورد با برخورد نور زیاد به حسگر و نویز کم بسیار آسان‌تر است.

اندازه‌ی نقاط حساس بسته به رزولوشن دوربین و اندازه‌ی حسگر متفاوت است. ثابت نگه داشتن اندازه‌ی حسگر به این معنی است که با افزایش رزولوشن، اندازه‌ی نقاط حساس کوچک می‌شود. از طرف دیگر، برای یک رزولوشن ثابت، هرچه نقاط حساس بزرگ‌تر شوند، حسگر نیز بزرگ‌تر می‌شود.

این نکته‌ی مهمی است، زیرا نقاط حساس در حسگرهای کوچک روی هم انباشته شده‌اند. نزدیکی آن‌ها به این معنی است که گاهی اوقات نور یک پیکسل به پیکسل مجاور نشت می‌کند. این همان نویز حسگر است و اغلب در عکس‌های کم‌نور و در رنگ‌های یکدست مانند آسمان آبی به طور واضح ظاهر می‌شود. حسگرهای کوچک‌تر و نقاط حساس کوچک‌تر، باعث افزایش نویز و کاهش دامنه دینامیکی می‌شوند. سامسونگ با فناوری حسگر دوربین ISOCELL سعی در حل این مشکل دارد.

آیا حسگرهای بزرگتر دوربین بهتر هستند؟

با حرکت به سمت رزولوشن‌های بالاتر و بالاتر (اکنون بالای ۱۰۰ مگاپیکسل)، حسگرهای دوربین بزرگتر اهمیت بیشتری پیدا کرده‌اند. حفظ اندازه مناسب پیکسل برای به حداکثر رساندن پتانسیل رزولوشن دوربین‌های ۴۸، ۶۴ و ۱۰۸ مگاپیکسلی ضروری است. با اینکه هنوز هیچ دوربین گوشی هوشمندی را ندیده‌ایم که بتواند تمام جزئیاتی را که از این اعداد انتظار دارید، استخراج کند. با این حال، این حسگرها حتی در نور خوب، جزئیات بیشتری را نسبت به گذشته ثبت می‌کنند.

یکی از روندهای اخیر در دنیای موبایل، فناوری ترکیب پیکسلی است که به این حسگرهای با رزولوشن بالا اجازه می‌دهد تا پیکسل‌ها را برای جذب نور بهتر ترکیب کنند. این حسگرهای بزرگتر و در نتیجه پیکسل‌های بزرگتر، کیفیت عکاسی در نور کم را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشند. این امر منجر به نویز کمتر و رنگ‌های بسیار بهتر حتی در محیط‌های کم نور می‌شود. دوربین‌های ترکیب پیکسلی چهار-بایِر همچنین می‌توانند تصاویر HDR [ High Dynamic Range] خیره کننده‌ای تولید کنند.

حسگرهای بزرگتر فراتر از رزولوشن، تأثیری بر ظاهر و کیفیت عکس‌های شما می‌گذارند. همانطور که قبلاً اشاره کردیم، سرعت شاتر سریع‌تر و ISO پایین‌تر تضمین می‌کند که تصاویر شما شفاف و واضح به نظر برسند. همچنین برای ثبت نور زیاد به دیافراگم خیلی باز نیازی ندارید و در نتیجه احتمال اعوجاج لنز، مانند هاله‌ی بنفش ناشی از انحراف رنگی، کاهش می‌یابد.

حسگرهای بزرگتر بر فاصله کانونی تصویر نیز تأثیر می‌گذارند که بخشی از آن، آن افکت فوکوس بوکه [bokeh blur]  را ایجاد می‌کند که ما آن را با دوربین‌های DSLR مرتبط می‌دانیم، جایی که سوژه به صورت جداگانه به نظر می‌رسد و بقیه‌ی تصویر مات می‌شود. برای یک دیافراگم ثابت، عمق میدان با افزایش اندازه حسگر کاهش می‌یابد و تاری واضح‌تری در پیش‌زمینه و پس‌زمینه ایجاد می‌کند. در حالی که حسگرهای کوچک موبایل نمی‌توانند با جلوه‌ای که در دوربین‌های DSLR در دسترس است رقابت کنند، حسگرهای بزرگتر به کم شدن این فاصله کمک می‌کنند.

مقایسه‌ی حسگرهای گوشی‌های هوشمند برای نمایش دادن طیف گسترده‌ای از حسگرهای تصویری که در حال حاضر در دنیای گوشی‌های هوشمند موجود است، اندازه‌های حسگر اصلی را در مجموعه‌ای از گوشی‌های رده بالا در دو سال گذشته ردیابی کرده‌ایم.

برای تعداد قابل توجهی از دوربین‌های گوشی‌های هوشمند تا سال‌های ۲۰۲۰/۲۰۲۱ طول کشید تا از اندازه سنسور ۱/۱.۵ اینچی که توسط نوکیا لومیا ۱۰۲۰، غول تاریخی عکاسی موبایل در سال ۲۰۱۳ ارائه شد، فراتر بروند. البته حسگرهای بزرگتر یک ایده‌ی جدید نیستند، اما شرکت‌ها اکنون آماده پذیرش مصالحه‌های زیبایی‌شناختی هستند که با حسگرهای بزرگ‌تر همراه است.

همچنین قابل توجه است که پرچمداران قدیمی‌تر مانند گوگل پیکسل ۵ و آیفون ۱۱ در انتهای لیست اندازه‌ی حسگر پرچمداران امروزی قرار دارند، با این حال آن‌ها به عنوان برخی از بهترین دوربین‌های گوشی‌های هوشمند نسل خود شناخته می‌شدند. به طور واضح، اندازه حسگر تنها عامل در گرفتن یک عکس عالی نیست. عکاسی محاسباتی و نرم‌افزار هوشمند نیز مطمئناً می‌توانند به بهبود کیفیت تصویر کمک کنند.

اهمیت اندازه حسگر دوربین گوشی‌های هوشمند چقدر است؟

اندازه سنسور تصویر بخش مهمی از پازل عکاسی با موبایل است، اما تنها قطعه آن نیست. یک دوربین باکیفیت عالی همچنین به لنزی درخشان، زنجیره‌ای قدرتمند برای پردازش تصویر و نرم‌افزاری نیاز دارد که به شما امکان دهد تا به سادگی و به بهترین نحو از سخت‌افزار آن بهره ببرید. بررسی کل بسته‌ی دوربین، نه فقط یک بخش یا اعداد بزرگ روی برگه مشخصات، ضروری است.

کیفیت دوربین گوشی‌های هوشمند نیز به طور فزاینده‌ای تحت تأثیر پیشرفت‌های عکاسی محاسباتی و یادگیری ماشین قرار گرفته است. به‌عنوان مثال، گوگل پیکسل 7a که با وجود داشتن یک سنسور قدیمی و کوچک، همچنان عملکردی فراتر از حد انتظار ارائه می‌دهد. نرم‌افزار هوشمند می‌تواند مگاپیکسل‌های خام را برای کیفیت تصویر شکست دهد. با این حال، حتی بهترین نرم‌افزار هم نمی‌تواند کارهای خارق‌العاده‌ای با سخت‌افزار ضعیف انجام دهد. دوربین‌های هوشمند برای عملکرد بهینه به یک پایه‌ی مستحکم نیاز دارند و اندازه حسگر تصویر، عنصر ضروری در رقابت برای دوربین‌های بهتر گوشی‌های هوشمند است.