ضرب أول هاتف محمول بكاميرا الشواطئ الأمريكية في عام 2002. منذ ذلك الحين، تسابق مصنعي المعدات الأصلية لإنتاج كاميرات متنقلة أفضل. جعل وصول عصر الهواتف الذكية في عام 2008 وظهور وسائل التواصل الاجتماعي من امتلاك كاميرا هاتف جيدة أمرًا ضروريًا لكل من أراد مواكبة المنافسة. لكن قبل أن تبدأ الكاميرات المحمولة في التقاط معظم الصور في العالم، تم التقاط الصور بأجهزة أكبر من أي جهاز محمول قام باستبدالها تقريبًا. كيف يمكن أن يكون هذا؟ ما الذي يحدث داخل الهاتف الذي يسمح له بالتقاط صور بدقة 200 ميجابكسل؟
تتكون جميع كاميرات الهواتف الذكية من ثلاثة أجزاء أساسية. الأولى هي العدسة التي توجه الضوء إلى الكاميرا. والثاني عبارة عن مستشعر يحول الفوتونات المركزة إلى إشارة كهربائية. والثالث هو البرنامج الذي يحول تلك الإشارات الكهربائية إلى جاهز لتطبيق Instagram صورة. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كل جزء.
العدسات
قبل أن يصل الضوء إلى مستشعر الصورة، يجب أن يمر عبر العدسة. قبل ذلك، كان يمر عبر ثقب صغير في جسم الهاتف. يُطلق على حجم هذه الفتحة اسم الفتحة، وهي تحدد مقدار الضوء الذي يدخل مستشعر الكاميرا. عادة ما تكون الفتحة الأكبر جيدة أشياء يجب تحريكها بالكاميرا لأنها تعني أن الكاميرا بها إضاءة أكثر للعمل بها.
تُقاس الفتحة بوحدات f-stop، وهي نسبة الطول البؤري للكاميرا إلى القطر المادي للفتحة، لذلك تكون فتحة العدسة f / 1.7 أعرض من فتحة f / 2.
بمجرد دخول الضوء إلى وحدة الكاميرا، تجمع العدسة الضوء الوارد من اللقطة وتوجهه إلى المستشعر. تتكون كاميرات الهواتف الذكية من عدة عدسات بلاستيكية تسمى العناصر. نظرًا لطبيعة الضوء، فإن الأطوال الموجية المختلفة للضوء (الألوان) تنكسر (عازمة) بزوايا مختلفة عندما يمرون عبر العدسة. هذا يعني أن الألوان الموجودة في المشهد يتم عرضها على مستشعر الكاميرا بشكل غير صحيح. تحتاج الكاميرات إلى عدسات متعددة لنقل صورة حادة إلى المستشعر لتصحيح هذا وتأثيرات أخرى مماثلة.
Source: OnePlus
فوكس
تتمثل الوظيفة الأساسية للعدسة التي تم تجريدها من قبل المستخدم تقليديًا في التركيز. تتيح لك بعض تطبيقات الكاميرا التحكم يدويًا في تركيز الكاميرا. ومع ذلك، فإن معظمهم يتحكمون فيه عبر البرامج باستخدام أجهزة استشعار إضافية مثل أجهزة تحديد المدى بالليزر أو مزيج من الاثنين كلاهما.
يستخدم التركيز التلقائي المستند إلى البرامج (يسمى التركيز التلقائي السلبي) البيانات من مستشعر الصورة لتحديد ما إذا كانت الصورة قيد التركيز وضبط العدسة للتعويض. تعتمد تقنيات الضبط البؤري التلقائي السلبي الشائعة على اكتشاف تباين الصورة وضبط التركيز حتى يتم ذلك تحقيق أقصى قدر. تعتمد هذه الطريقة بالكامل على البرامج، مما يجعلها الخيار الأقل تكلفة. لكنها بطيئة ولا تعمل بشكل جيد في الإضاءة المنخفضة.
طريقة أسرع قليلاً تسمى ضبط تلقائي للصورة للكشف عن الطور. إنه يضمن وصول نفس القدر من الضوء إلى المستشعرين الموجودين عن كثب في جهاز الاستشعار الضوئي. تعتمد أنظمة PDAF التقليدية على الصور المخصصة على المستشعر (حوالي 5٪ من جميع مواقع التصوير) للقياس الجانب الأيمن أو الأيسر من العدسة. إذا كانت البقعة الحساسة للضوء التي تواجه اليمين تقيس نفس شدة الضوء مثل البقعة الحساسة للضوء التي تواجه اليسار، فإن الصورة تكون حادة. إذا لم يقيسوا نفس شدة الضوء، فيمكنك حساب مدى إلغاء تركيز الكاميرا لنظام PDAF أسرع من طرق الكشف عن التباين. تستخدم أنظمة PDAF الحديثة، مثل مستشعر الصور Isocell HP2 على Samsung Galaxy S23 Ultra، 100٪ من البقع الموجودة على مستشعر الصورة، باستخدام النقاط العلوية والسفلية بالإضافة إلى النقطتين اليمنى واليسرى.
يستخدم التركيز التلقائي النشط أجهزة إضافية لتحديد المسافة من الهاتف إلى الهدف. يستخدم أول نظام ضبط تلقائي للصورة نشط سونار مشابه لـ Soli على Google Pixel 4. يضيف التغيير في نظام التركيز التلقائي النشط ليزرًا بالأشعة تحت الحمراء منخفض الطاقة لتقدير المسافة، ولكن يمكن خداعه من خلال مصادر ضوء الأشعة تحت الحمراء الأخرى، مثل النار أو الهواتف الذكية الأخرى.
حساسات
المستشعر عبارة عن شريحة رقيقة من السيليكون. وظيفتها الوحيدة هي تحويل الفوتونات (الضوء) إلى إلكترونات (إشارات كهربائية). يحدث هذا التحويل الكهروضوئي في ملايين نقاط الضوء على سطح المستشعر الصغير. إذا لم تصل الفوتونات إلى البقعة الحساسة للضوء، فسيسجل المستشعر ذلك البكسل على أنه أسود. اذا كان تصل العديد من الفوتونات إلى نقطة الضوء حيث يكون البكسل أبيض. يُطلق على عدد درجات اللون الرمادي التي يمكن لجهاز الاستشعار تسجيلها اسم عمق البت.
Source: Huawei
إذن كيف يلتقط هاتفك صورًا ملونة؟ يوجد فوق كل نقطة ضوء مرشح لون يسمح بمرور ضوء لون معين فقط. تعد مصفوفات مرشح ألوان Bayer هي الأكثر شيوعًا وتقسم كل مربع 2 × 2 من النقاط الضوئية إلى مرشح أحمر وأزرق ومرشحين أخضر (RGGB). يعد مستشعر SuperSpectrum من Huawei استثناءًا ملحوظًا لـ RGGB CFA التقليدي. تستخدم Huawei مرشحًا أصفر (RYYB) بدلاً من مرشح أخضر للسماح بمزيد من الضوء من خلال بيانات السطوع المحسنة. يجب تحويل هذه الفسيفساء من بيانات الألوان والضوء إلى صورة كاملة الألوان بعد وقوعها من خلال خوارزمية demosaic المعقدة.
هناك نوعان من أجهزة الاستشعار التي يجب البحث عنها وهما حجمها وحجم وحدات البكسل الخاصة بها. تقاس أبعاد المستشعر بأجزاء من البوصات. بشكل عام، يلتقط مستشعر أكبر (مثل مستشعر 1 / 1.31 بوصة على Google Pixel 7 Pro) صورًا أفضل لأنه يحتوي على نقاط أكثر حساسية للضوء.
يتم قياس النقاط الحساسة للضوء (التي يشكل عددها عدد الميجابكسل المحتمل للكاميرا) بالميكرومتر (ميكرومتر). تجمع الصور الأكبر حجمًا الضوء بشكل أفضل، مما يجعلها مثالية لظروف الإضاءة المنخفضة. لا تعني مواقع الصور الأصغر بالضرورة صورًا أقل جودة. ما زال قد ترغب في النظر في هذا المقياس إذا كنت تتوقع استخدام كاميرا هاتفك في ظروف الإضاءة المنخفضة. تعوض Samsung النقاط الصغيرة عن طريق دمج نقاط متعددة (الطريقة الوحيدة لاحتواء 200 مليون نقطة على شريحة). في أحدث مستشعر لها، تقوم بمعالجة 4 × 4 مربعات من 16 تسمح مواقع الصور كوحدات بكسل فردية بجمع المزيد من بيانات النصوع.
تثبيت الصورة
أحد العناصر الأساسية لالتقاط صور جيدة هو منصة مستقرة. يعرف صانعو الهواتف الذكية أنه من غير المحتمل أن يكون لديك حامل ثلاثي القوائم في جيبك، لذلك قاموا بتضمين تقنية في هواتفهم تقلل من حركة الكاميرا. تثبيت الصورة له نوعان أساسيان النكهات: بصري وإلكتروني.
يعتمد تثبيت الصورة البصري (OIS) على الجيروسكوبات لاكتشاف الحركة في الهاتف والمحركات الصغيرة أو المغناطيسات الكهربائية لتحريك العدسة والمستشعر للتعويض. يعد OIS مثاليًا لحالات الإضاءة المنخفضة حيث يحتاج مستشعر الصورة إلى مزيد من الوقت لتجميع الضوء.
يعتمد تثبيت الصورة الإلكتروني (EIS) على مقياس تسارع الهاتف لاستشعار أي حركة. بدلاً من تحريك جزء الكاميرا، فإنه يحرك إطار الصورة أو التعرض لها. نظرًا لأن التعريض الضوئي يتم محاذاته مع محتوى الصورة بدلاً من إطار مستشعر الصورة النهائية أو دقة الفيديو منخفضة.
تستخدم العديد من طرازات الهواتف الحديثة مجموعة من هذين النظامين، والتي تسمى أحيانًا تثبيت الصورة الهجين. يمنحك استخدام كلا النظامين معًا أفضل ما في العالمين، خاصة لمقاطع الفيديو.
السوفت وير
بمجرد أن يقوم مستشعر الصورة بعمله وتحويل الضوء من العدسة إلى إشارة كهربائية، فإن مهمة معالج إشارة الصورة (ISP) هي تحويل تلك 1 و 0 إلى صورة مناسبة لـ Snapchat.
البيانات المرسلة إلى ISP هي في الأساس صورة بالأبيض والأسود (صور RAW لهواة التصوير الفوتوغرافي هناك). تتمثل المهمة الأولى لمزود خدمة الإنترنت في إعادة بيانات الألوان بناءً على الترتيب المعروف لـ CFA. الآن لدينا صورة، لكن وحدات البكسل الخاصة بها هي شدة مختلفة من الأحمر والأخضر أو الأزرق (أو جوال هواوي باللون الأحمر والأصفر والأزرق).
الخطوة التالية هي عملية تسمى demosaicing. هذا هو المكان الذي يقوم فيه مزود خدمة الإنترنت بتعديل لون البكسل بناءً على لون جيرانه. على سبيل المثال، إذا كان هناك العديد من وحدات البكسل الخضراء والحمراء ولكن ليس هناك العديد من وحدات البكسل الزرقاء في منطقة ما، فإن خوارزمية demosaicing ستحولها إلى اللون الأصفر.
لدينا أخيرا صور! يطبق معظم مزودي خدمات الإنترنت تقليل الضوضاء والشحذ بعد إزالة التزييف. ومع ذلك، فإن كل صانع للمعدات الأصلية لديه خط أنابيب خاص به وخوارزمية لتوليد الصورة النهائية. تشتهر Google على وجه الخصوص بإنتاج بعض من أفضل صور الهواتف الذكية باستخدام الخوارزميات التي طورها الذكاء الاصطناعي.
هل ترغب في التقاط بعض الصور؟
الآن بعد أن أصبح لديك فهم أفضل لكيفية عمل الكاميرا، حان الوقت للخروج والتقاط المزيد من الصور. بالحديث عن المزيد من الصور. استخدم نصائحنا وحيلنا من صور Google لترويض مجموعة الصور الخاصة بك. وإذا كنت تبحث عن هاتف بكاميرا رائعة، فتعرف على الهاتف ستساعدك أعمال الكاميرا على تحديد هاتف الكاميرا المناسب لك.ا