زوم هیبریدی دوربین هواوی پی 20 پرو چگونه کار می‌کند؟

زوم هیبریدی 5 برابری، منحصربه‌فردترین ویژگی دوربین هواوی پی 20 پرو به شمار می‌رود، به همین دلیل در این مطلب به بررسی بزرگنمایی هیبریدی دوربین هواوی P20 پرو می‌پردازیم. یک دوربین موبایل چگونه می‌تواند تا پنج برابر بزرگنمایی داشته باشد؟

گوشی های هوشمند، امروز نه تنها قادر به ثبت تصاویر باکیفیت و دارای رزولوشن بالا هستند، بلکه دوربین‌های آن‌ها به مجموعه‌ای از ویژگی‌های منحصربه‌فرد نیز مجهز شده است. حالت عکاسی اچ دی آر پلاس گوگل، عکاسی از مناظر طبیعی به صورت زاویه باز با دوربین‌های موبایل ال جی و فیلم برداری سوپر اسلوموشن با دوربین‌های موبایل سونی و سامسونگ بخشی از آن‌ها هستند.

هواوی پی 20 پرو به یک دوربین سه گانه متشکل از سنسورهای عادی، سیاه و سفید و تله فوتو مجهز شده است. ترکیب این دسته از سنسورها را پیشتر نیز در دوربین‌های دوگانه شاهد بودیم. همچنین اگرچه دوربین پی 20 پرو قادر به ثبت تصاویر 40 مگاپیکسلی است، اما این نخستین گوشی دارای توانایی ثبت عکس با این رزولوشن به شمار نمی‌آید. پس ویژگی منحصربه‌فرد دوربین پرچمدار جدید هواوی چیست؟ تکنولوژی زوم هیبریدی در اینجا خودنمایی می‌کند.

به لطف وجود سنسور تله فوتو، همانند سایر گوشی های دارای دوربین‌های دوگانه مجهز به این سنسور، امکان بزرگنمایی اپتیکال و بدون کاهش کیفیت فراهم می‌شود. در سایر گوشی های دارای دوربین دوگانه، زوم اپتیکال دو برابر است، اما این میزان در هواوی پی 20 پرو به سه برابر رسیده است. با استفاده از زوم هیبریدی میزان بزرگنمایی تا پنج برابر نیز امکان‌پذیر خواهد بود که منحصربه‌فردترین ویژگی دوربین هواوی پی 20 پرو تلقی می‌شود.

البته تکنولوژی زوم هیبریدی هواوی کاملا جدید نیست و پیشتر در پرچمدارانی همچون میت 9، پی 10 و میت 10 پرو شاهد آن بودیم. هواوی همواره از ترکیب سنسور عادی و سیاه و سفید برای ساخت ماژول دوربین دوگانه استفاده می‌کند، اما این مرتبه با اضافه شدن سنسور تله فوتو توانست قابلیت زوم هیبریدی را بهبود بخشیده و آن را به پنج برابر برساند!

مقایسه زوم هیبریدی با اپتیکال و دیجیتالی

در زوم اپتیکال لنزهای شیشه‌ای مکانیکی تغییر موقعیت پیدا می‌کنند تا به وسیله تنظیم شدن فاصله کانونی، شی مورد نظر بزرگتر (نزدیکتر) دیده شود. در این حالت سنسور عکس، تصویر بزرگنمایی شده را حین ثبت آن مشاهده می‌کند. برای دست پیدا کردن به این زوم در بهترین حالت ممکن، دوربین موبایل باید دارای فاصله‌های کانونی متفاوت باشد که به خاطر محدودیت‌های فیزیکی و ابعاد کوچک آن‌ اغلب امکان‌پذیر نیست.

اما زوم دیجیتال، در دوربین‌های موبایل که درونشان خبری از عناصر لنز قابل حرکت نیست، استفاده می‌شود. در این زمان سنسور عکس صحنه را بدون توجه به میزان بزرگنمایی اعمال شده مشاهده می‌کند. تنها راه بزرگنمایی، کراپ کردن عکس است که به کاهش رزولوشن می‌انجامد. اگرچه با برخی دست‌کاری‌های نرم افزاری برای از بین بردن آثار مخرب زوم دیجیتال تلاش می‌شود، اما در هر صورت در تصویر نهایی دیگر خبری از نمایش جزییات و شفافیت قابل قبول نخواهد بود.

در ادامه، بر روی صحنه زیر سه برابر بزرگنمایی انجام می‌دهیم. تصویر سمت راست نمایانگر زوم اپتیکال و تصویر سمت چپ نشان‌دهنده صحنه بعد از زوم دیجیتال است. دوربین دستگاه در هر دو صحنه یکسان است.

در زوم هیبریدی هواوی از دوربین‌های دوگانه به شیوه‌ای هوشمندانه استفاده شده و با استفاده از نرم افزارهای قدرتمند، دیتاهای جمع‌آوری شده از لنزها در فاصله‌های کانونی متفاوت ترکیب می‌شوند. به این ترتیب با وجود اعمال بزرگنمایی، جزییات کافی به دست می‌آید. البته نتیجه به اندازه زوم اپتیکال خوب نیست، اما در مقایسه با بزرگنمایی دیجیتالی که جزییات تصاویر را نابود می‌کند، بسیار کاربردی تلقی می‌شود. به لطف تغییرات جدید، توانایی زوم هیبریدی هواوی پی 20 پرو وضعیت به مراتب بهتری پیدا کرده است.

زوم هیبریدی هواوی چگونه کار می‌کند؟

با استفاده از یک تکنیک پردازش تصویر قدرتمند با نام سوپر رزولوشن، می‌توان میزان جزییات ثبت شده درون تصاویر را افزایش داد. هواوی به طور صریح به استفاده از سوپر رزولوشن در تکنولوژی زوم هیبریدی خود اشاره نمی‌کند، اما چندین نکته درباره این موضوع وجود دارد.

درون اسناد پلتفرم پردازش شبکه عصبی موبایل هواوی با نام HiAI، جزییاتی شامل استفاده از چندین تکنیک پردازش تصویر دیده می‌شود که یکی از آن‌ها سوپر رزولوشن است. یعنی واحد پردازش شبکه عصبی تراشه پرچمدار جدید هواوی از این تکنیک برای عکاسی هوشمند بهره می‌برد. البته این نخستین استفاده هواوی از سوپر رزولوشن نبوده و به کار رفتن آن درون دوربین‌های موبایل این شرکت به سال 2013 و زمان عرضه گوشی Ascend P2 برمی‌گردد!

ایده اصلی همراه با سوپر رزولوشن، چیزی تحت عنوان محلی‌سازی زیر پیکسل محسوب می‌شود که به معنی تعیین دقت هر نقطه درون عکس به وسیله دیدن آن در چندین فریم و از زاویه‌های مختلف است. دوربین‌های دوگانه کنونی هواوی نیز در حال حاضر، دو زاویه دید متفاوت به ما ارائه می‌کنند، اما با اضافه شدن تعداد دوربین‌ها، به میزان داده‌های جمع‌آوری شده افزوده می‌شود. این تکنیک منحصر به دوربین‌های موبایل دوگانه نبوده و توسط دانشمندان به منظور از بین بردن نویز و افزایش وضوح تصاویر ثبت شده از سیاره‌ها و ستاره‌های دور استفاده می‌شود.

در دوربین گوشی اوپو فایند 7 نیز از همین تکنیک استفاده شده است. اگرچه دوربین این گوشی 13 مگاپیکسلی است، اما حین روشن بودن حالت سوپر زوم، بعد از لمس دکمه شاتر ده تصویر ثبت می‌شود که نتیجه ترکیب آن‌ها، ارائه یک عکس دارای رزولوشن 6120 در 8160 پیکسل است!

فراموش نکنید اطلاعات ذخیره شده در هر پیکسل عکس، تنها تقریبی از نور رسیده به سنسور است. دوربین‌ها با رزولوشن‌های آن‌ها محدود می‌شوند، به همین دلیل هر پیکسل در زمان‌هایی که قادر به تشخیص دقیق رنگ نیست، بر اساس اطلاعات موجود به یک میانگین تکیه می‌کند. پس وقتی از دو موقعیت متفاوت تصاویر مشابهی ثبت می‌کنید، هر پیکسل مقادیر متفاوتی دریافت خواهد کرد. با استفاده از الگوریتم‌ها و دیتابیس‌های مختلف، می‌توان بعد از نگاه کردن به فریم‌های مختلف، جزییات پیکسل‌های دارای اطلاعات ناکافی را افزایش داد.

به عبارتی دیگر، سوپر رزولوشن تکنیکی برای رسیدن به نتیجه‌‌ای خوب به وسیله جمع‌آوری نمونه‌های زیاد محسوب می‌شود، چرا که از چندین عکس دارای وضوح پایین، یک تصویر با رزولوشن بالا می‌سازد. وقتی بر روی عکس‌های این چنینی بزرگنمایی انجام می‌دهید، در مقایسه با زمان استفاده از زوم دیجیتالی عادی، جزییات بیشتری رویت خواهد شد. همانطور که به آن اشاره کردیم از سوپر رزولوشن می‌توان برای کاهش نویز و همچنین کاهش میزان محوشدگی درون تصویر استفاده کرد.

این تکنیک که به نحوی در زوم هیبریدی نیز به کار رفته بدون عیب نیست. به عنوان نمونه، در برخی مواقع در گوشه‌های تیز، هاله دیده شده و بافت‌ها، همانند اشیای رنگ‌آمیزی شده، یک‌دست به نظر می‌رسند. لکه لکه شدن رنگ‌ها از دیگر مشکلات آن است. نکته مهم اینجاست که نحوه بازخورد سوپر رزولوشن بستگی به الگوریتم استفاده شده با آن دارد.

سوپر رزولوشن دوربین هواوی پی 20 پرو

در زوم هیبریدی هواوی پی 20 پرو نتیجه کراپ شده و یک خروجی 10 مگاپیکسلی ارائه می‌شود. در حال حاضر مشخص نیست هواوی از چه الگوریتمی برای تولید این عکس استفاده کرده و به چه روشی چندین عکس توسط هر سنسور ثبت می‌شود.

تنها چیزی که در حال حاضر می‌دانیم این است که زوم هیبریدی به وسیله ترکیب داده‌های سنسور تله فوتوی دارای زوم اپتیکال سه برابری با داده‌های سنسور اصلی 40 مگاپیکسلی حاصل می‌شود. در سایر دوربین‌های موبایل هواوی که دارای زوم هیبریدی دو برابری هستند، از داده‌های اضافی جمع‌آوری شده توسط سنسور سیاه و سفید استفاده می‌شود.

مقایسه نمونه تصاویر

برای مقایسه، تصاویری حین اعمال زوم اپتیکال یک و سه برابری و زوم هیبریدی پنج برابری ثبت شده است. به منظور فراهم شدن امکان مقایسه، تصاویر دارای زوم اپتیکال یک و سه برابری به ترتیب 500 و 166 درصد زوم شده‌اند. به عبارت دیگر آن‌ها برای منطبق شدن با عکس دارای زوم پنج برابری کراپ شدند.

در ابتدا تصمیم بر این بوده که برای اطمینان از قرار گرفتن فاکتورهای مختلف در بهترین شرایط، همواره از حالت عکاسی Pro استفاده شود، اما مشخص شد در زمان استفاده از این حالت سنسور تله فوتو مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. پس در زمان عکاسی پرو، حین زوم کردن نتیجه خوبی دریافت نخواهید کرد. نکته جالب اینجاست که در زمان عکاسی با حالت پرو در دوربین گلکسی نوت 8 نیز امکان زوم اپتیکال دو برابری غیر فعال می‌شود.

در گالری بالا برای مقایسه می‌توان به نوشته‌های کناری و همچنان شیارها توجه کرد. وقتی تصویر دارای زوم یک برابری را با کراپ دیجیتالی پنج برابری مشاهده می‌کنیم، نتیجه افتضاحی به دست آمده و هیچ جزییاتی وجود ندارد. به طرز کاملا عجیب، نوشته‌ها در زمان اعمال زوم پنج برابری هیبریدی در مقایسه با زوم سه برابری اپتیکال وضعیت بهتری دارند، اما شیارهای کناری به نحوی با یکدیگر ادغام شده و جزییات آن‌ها کاهش پیدا کرده است. همچنین نوع رنگ‌ها نیز متفاوت است که از وجود الگوریتم‌های پردازش تصویر متفاوت خبر می‌دهد.

با کراپ دیجیتالی پنج برابری باز هم نتیجه‌ای دلسردکننده به دست می‌آید، اما زوم هیبریدی پنج برابری همچنان عملکرد قابل قبولی دارد. دلیل ضعیف‌تر به نظر رسیدن آن در مقایسه با صحنه قبل، رنگارنگ بودن منظره و وجود جزییات بیشتر درون اشیا است.

در این صحنه به خاطر قرار داشتن در محیط باز و وجود نور طبیعی، شرایط بهتری برای تست زوم هیبریدی دوربین هواوی پی 20 پرو به وجود آمده است. همچنین در هرم مقابل، جزییات زیادی وجود دارد که برای ارزیابی نحوه نمایش بافت‌ها بعد از بزرگنمایی سوژه مناسبی است.

این مرتبه تفاوت‌ها بهتر احساس می‌شوند. اگرچه در بزرگنمایی سه برابری اپتیکال کمی نویز و بریدگی دیده می‌شود، اما الگوریتم زوم هیبریدی توانسته با از بین بردن این موارد، تصویری بسیار شفاف ارائه کند. یکی از ویژگی‌های این صحنه برخلاف دو صحنه قبلی، نمایش کاربرد واقعی زوم پنج برابری است، چرا که مطمئنا کاربران از آن در محیط‌های بیرون به این صورت استفاده کرده و همانند دو منظره قبل به چشم میکروسکوپ به آن نگاه نمی‌کنند!

در این منظره نیز نتیجه یکسانی همچون مورد قبلی به دست آمد. در زمان انجام بزرگنمایی دیجیتالی 5 برابری، بخش زیادی از جزییات از بین می‌رود، اما وقتی بر روی عکس کراپ دیجیتالی 5 برابری انجام می‌دهیم، در مقایسه با قبل وضعیت بدتری پیدا می‌کند.

مقایسه زوم 3 برابری اپتیکال با 5 برابری هیبریدی باز هم به توانایی الگوریتم به کار رفته توسط هواوی اشاره می‌کند که سبب حفظ جزییات با وجود اعمال بزرگنمایی بیشتر شده است. همچنان مشکل تفاوت رنگ‌ها بسته به نوع زوم دیده می‌شود که از به کار رفتن الگوریتم‌های متفاوت بسته به شرایط خبر می‌دهد.

اگرچه در مقایسه با حالت طبیعی منظره، حین اعمال زوم هیبریدی تغییراتی در رنگ محیط اعمال می‌شود، اما در حالت کلی زوم هیبریدی هواوی یک دستاورد بزرگ در مقایسه با زوم دیجیتالی محسوب می‌شود.

نتیجه‌گیری

تا پیش از معرفی هواوی پی 20 پرو، کاربران تنها از وجود سه دوربین بر روی آن و توانایی ثبت تصاویر 40 مگاپیکسلی حیرت‌زده بودند، اما بعد از رونمایی رسمی، توجه آن‌ها به توانایی زوم پنج برابری جلب شد که برای یک دوربین موبایل فراتر از حد تصور است! البته بسته به حالت عکاسی، نتیجه متفاوتی در زمان استفاده از زوم هیبریدی به دست می‌آید، اما در هر صورت در مقایسه با زوم دیجیتالی متداول دوربین‌های موبایل یک پیشرفت بسیار بزرگ به شمار می‌آید.