عکاسی محاسباتی چیست و چگونه کیفیت عکس ها را متحول می نماید؟

به گزارش شیوا مارکت، عکاسی محاسباتی (computational photography) یکی از قابلیت هایی است که کیفیت عکس های ثبت شده با گوشی های هوشمند را طی سال های گذشته متحول نموده است. اما دقیقا عکاسی محاسباتی چیست و چگونه می تواند کیفیت عکس ها را بهبود ببخشد؟

جادوی عکاسی محاسباتی

به زبان ساده، عکاسی محاسباتی با بهره گیری از نرم افزارها می تواند کیفیت عکس های ثبت شده با دوربین را بهبود ببخشد و عمدتا در گوشی های هوشمند استفاده می شود. در واقع، بخش بزرگی از فرایند خلق عکس های عالی موجود در گالری گوشی شما، توسط عکاسی محاسباتی صورت می گیرد.

پیشرفت سریع دوربین گوشی های هوشمند در طول چند سال گذشته را می توان تا حد زیادی به بهبود نرم افزار نسبت داد و پیشرفت سنسورها نسبت به نرم افزار کمتر بوده است. بعضی شرکت ها مانند گوگل و اپل بدون اینکه سنسور دوربین های خود را به طور گسترده ای تغییر دهند، عمدتا به وسیله بهبودهای نرم افزاری کیفیت عکس ها را بهتر می نمایند.

چرا عکاسی محاسباتی اهمیت زیادی دارد؟

در زمینه 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 می نمایند. در این رابطه اندازه سنسور، کیفیت لنز و فاصله کانونی اهمیت پیدا می نمایند و دوربین هایی مانند دوربین های DSLR در این زمینه حرف زیادی برای گفتن دارند.

بخش دوم مربوط به پردازش تصویر است. به طور خلاصه بعد از ثبت تصویر، نرم افزار وارد عمل می شود تا بتواند کیفیت عکس ها را بهبود ببخشد. لازم به ذکر است تکنیک های نرم افزاری استفاده شده در بین شرکت ها و گوشی های مختلف تفاوت زیادی دارند. با توجه به محدودیت های فیزیکی بدنه گوشی های هوشمند، حتی پرچم داران هم باید به سنسورهای کوچک و لنزهای نه چندان ایدئال بسنده نمایند. به همین خاطر پردازش تصویر برای گوشی ها اهمیت بسیار زیادی دارد زیرا این فرایند نرم افزاری باید بتواند بر محدودیت های سخت افزاری غلبه کند.

با این حال، کارهایی وجود دارند که یک دوربین سنتی می تواند انجام دهد ولی گوشی از پس از انجام آن ها برنمی آید. این موضوع عمدتا به اندازه بسیار بزرگتر دوربین های عکاسی نسبت به گوشی ها برمی شود که از سنسورهای بسیار بزرگتر و لنزهای بهتر بهره می برند. اما از طرف دیگر دوربین گوشی ها می توانند کارهای غیرممکن برای دوربین های سنتی را انجام دهند و این موضوع به لطف عکاسی محاسباتی محقق شده است.

تکنیک های نرم افزاری

دوربین گوشی های هوشمند برای ثبت تصاویر فوق العاده از چند تکنیک عکاسی محاسباتی استفاده می نمایند که مهم ترین تکنیک مورد استفاده انباشت (stacking) نام دارد. در این فرایند، چندین عکس ثبت شده در زمان های مختلف با نوردهی یا فواصل گوناگون با یکدیگر ترکیب می شوند و بهترین جزئیات مربوط به هرکدام از آن ها حفظ می شود.

تکنیک انباشت طی چند سال گذشته توانسته کیفیت عکس های گوشی های هوشمند را تا حد زیادی بهبود ببخشد و بیشتر گوشی های جدید از این قابلیت بهره می برند. همچنین باید خاطرنشان کنیم قابلیت HDR نیز مبتنی بر همین تکنولوژی است. در قابلیت HDR هم دوربین عکس های مختلف با نوردهی های گوناگونی را ثبت می نماید و سپس تاریک ترین بخش سایه ها و روشن ترین بخش های منظره را ترکیب می نماید تا یک عکس با محدوده دینامیکی وسیع تری ارائه شود.

گوشی هایی که از دوربین های مبتنی بر رزولوشن بالا بهره می برند، از قابلیت ترکیب پیکسل ها استفاده می نمایند. در این قابلیت، پیکسل های مجاور سنسور با یکدیگر ترکیب می شوند و در نهایت عکس های مبتنی بر رزولوشن پایین تر ولی با جزئیات بیشتر و نویز کمتر به دست کاربران می رسد.

امروزه شرکت ها برای بهبود پردازش نرم افزاری گوشی های رده بالای خود، از شبکه های عصبی استفاده می نمایند که به زبان ساده مجموعه ای از الگوریتم ها برای پردازش داده ها محسوب می شوند. این شبکه ها می توانند ویژگی های یک عکس خوب را تشخیص بدهند و بنابراین با تغییرات نرم افزاری جذابیت عکس های ثبت شده را افزایش می دهند.

قابلیت های مبتنی بر عکاسی محاسباتی

تقریبا تمام عکس های ثبت شده با دوربین گوشی تا حدی از عکاسی محاسباتی برای بهبود کیفیت استفاده می نمایند. با این حال در ادامه به چند قابلیت مبتنی بر این مشخصه می پردازیم که در گوشی های مختلف استفاده می شوند؛

حالت شب: در این فرایند از تکنیک های پردازش HDR برای ترکیب عکس های گرفته شده با نوردهی های مختلف استفاده می شود تا در نهایت محدوده دینامیکی عکس های مربوط به محیط های کم نور بهبود پیدا کند.
عکاسی از آسمان شب: یک نسخه از قابلیت حالت شب محسوب می شود که در گوشی های گوگل پیکسل وجود دارد. به لطف این قابلیت، کاربران می توانند با استفاده از دوربین گوشی خود از ستارگان عکاسی نمایند.
حالت پرتره: در این حالت، معمولا به طور نرم افزاری کم بودن عمق میدان شبیه سازی می شود تا پس زمینه سوژه دلخواه مات شود. روی هم رفته نرم افزار با تجزیه وتحلیل عمق سوژه نسبت به دیگر اشیاء اطراف او می تواند اجسامی که دورتر به نظر می رسند را مات کند.
پانوراما: این قابلیت در تقریبا تمام گوشی ها وجود دارد. با بهره گیری از این مشخصه می توانید با ثبت چندین عکس بخش بسیار بزرگتری از یک منظره را ثبت کنید.
Deep Fusion: این فناوری سال گذشته با سری آیفون 11 معرفی گردید و از شبکه های عصبی برای کاهش نویز و بهبود جزئیات تصویر استفاده می نماید.
تنظیم رنگ: در این فرایند، نرم افزار دوربین به طور اتوماتیک رنگ کلی تصاویر را تنظیم می نماید.

روی هم رفته کیفیت این قابلیت های نرم افزاری در شرکت های مختلف فرق دارد. به عنوان مثال می توانیم به تغییر قابل توجه رنگ کلی تصاویر در گوشی های مختلف اشاره کنیم. گوگل معمولا برای عکس ها رنگ ها را به طور طبیعی تری ثبت می نماید ولی گوشی های سامسونگ معمولا تصاویر با کنتراست بالا و رنگ های اشباع شده را تحویل کاربر می دهند.