برطرف کردن مشکل کیفیت پایین دوربین‌های موبایل

دوران دوربین‌های تک لنزی به پايان رسيده است. پس از ارائه دوربین‌های دو لنزی و چهار لنزی برای گرفتن عکس‌های با کیفیت و سه‌بعدی (مقاله « چشم چهارم»، شماره 116 ماهنامه شبکه)، اکنون باید در انتظار دوربین‌هایی بود که ده‌ها لنز و ریزدوربین را در خود جای داده‌اند. این دوربین‌ها ضمن اين‌كه مي‌توانند با تکیه بر پردازنده‌هاي چند هسته‌ای موبایل، تصاویری به مراتب با کیفیت‌تر از همتاهای تک لنزی خود ثبت کنند، این قابلیت را دارند که به راحتی در تلفن‌های همراه نیز جای گیرند. نتیجه در اختیار داشتن چنین دوربینی، فراهم شدن یک ابزار مناسب فيلم‌برداری با قابلیت اتصال به دنیا است. واضح است که دوربین‌های مورد استفاده در تلفن‌های همراه و سایر ابزارهای دستی به جزئی جدایی‌ناپذیر از زندگی امروز تبدیل شده‌اند و علاوه ‌بر اين‌كه برای کاربران و افراد عادی از محبوبیت ویژه‌ای برخوردارند، مورد توجه حوزه‌هایی نظیر تجارت هم هستند. سود سرشار سایت‌های اشتراک گذاری عکس، یکی از ده‌ها دلیلی است که وجود دوربین را روی ابزارهای همراه توجیه‌پذیر مي‌‌كند. اما مشکلی در این زمینه وجود دارد و آن اين‌كه تصاویر ثبت شده توسط دوربین‌های تک لنزی این ابزارها کیفیت قابل قبولي ندارند. شرکت Pelican Imaging برای برطرف كردن مشکل کیفیت پایین دوربین‌های موبایل، راهکاری دارد که در ادامه به آن اشاره خواهيم كرد.

بسیاری از مردم معتقدند،‌ هر اندازه تعداد پیکسل‌های یک دوربین تلفن‌همراه بیشتر باشد، تصاویری با کیفیت بهتر حاصل مي‌شود‌. اغلب شرکت‌های ارائه دهنده تلفن‌همراه هم بر گسترش این باور نادرست دامن مي‌زنند و همواره در تبلیغات، از بالا بودن وضوح دوربین تلفن‌همراه خود به‌عنوان یک برتری یاد مي‌کنند‌؛ حال آن‌که باید توجه داشت، کیفیت یک عکس دیجیتال علاوه ‌بر تعداد پیکسل‌ها به عامل‌های دیگری هم وابسته است. در عمل هم می‌بینیم که حتی با وجود یک دوربین چند مگاپیکسلی، در برخی موارد همچنان قادر نیستیم با تلفن همراه عکس‌های خوبی بگیریم. نکته مهم این که در برخی موارد افزایش تعداد پیکسل‌های یک دوربین تلفن‌همراه (و بالابردن مگاپیکسل) نتیجه معکوس مي‌دهد و برخلاف انتظار معمول، کیفیت تصویر پایین‌تر هم مي‌آید. آنچه که به طور معمول به آن توجه نمی‌شود این است که بالابردن میزان مگاپیکسل فقط زمانی مؤثر خواهد بود که سایر قابلیت‌های مورد نیاز به دوربین اضافه شود و محدودیت‌ها نیز بر طرف شوند.  علاوه‌بر تعداد پیکسل‌ها، برخی از پارامترهای مهم نظیر اندازه حسگر، کیفیت لنز و نحوه سازماندهی پیکسل‌ها نیز در کیفیت یک عکس دیجیتال مؤثرهستند. در دوربین‌های تلفن‌همراه، لنزها فوكوس ثابت دارند و حسگرها هم بسیار کوچک هستند. در چنین دوربین‌هایی شاهد هستیم که اغلب وضوح حسگر، فراتر از توانایی‌های لنز مورد استفاده است و در نتیجه، دوربین مورد استفاده قادر به جمع‌آوری نور کافی نيست. این امر سازنده تلفن همراه را مجبور مي‌کند، از لنزهای بزرگ‌تر استفاده كند و بدیهی‌ترین مشکل در استفاده از لنزهای بزرگ‌تر، نازیبا شدن ظاهر تلفن است. البته این همه مشکل نیست. مشکل اصلی از آنجا آغاز مي‌شود که سازندگان دوربین‌هاي تلفن‌همراه برای بالا بردن وضوح دوربین و نیز رعایت اندازه همواره سعی مي‌کنند بدون افزایش اندازه فیزیکی حسگر دوربین، بر تعداد پیکسل‌های حسگر بیافزایند. نتیجه این کار، کاهش اندازه فیزیکی پیکسل‌ها و کم شدن فاصله بین آن‌ها است. با کاهش میزان نوری که به هر پیکسل مي‌خورد و پراکندگی نور از یک پیکسل به پیکسل مجاور، کیفیت تصویر دچار کاستی مي‌شود و این مشکلی است که همه ما تا حدودی آن‌را تجربه کرده‌ایم. در نتیجه، این تصور که «پیکسل‌های بیشتر مساوی است با تصویر بهتر» همیشه درست نیست. راه حل واضح این مشکل استفاده از یک حسگر بزرگ و لنز بزرگ برای کسب نور بیشتر است؛ اما همان‌طور که اشاره شد، چنین راهکاری برای تلفن‌های‌ همراه که کوچک بودن یکی از ویژگی‌هاي اصلی آن‌ها است، مناسب نيست.

راهکار Pelican
شرکت Pelican Imaging برای حل مشکل دوربین‌های تلفن‌همراه روشی را ارائه كرده که نسبت به راهکارهای پیشین نظیر افزودن بر مگاپیکسل، راهکاری جدید به‌شمار مي‌آید. در این راهکار که ترکیبی از راهکارهای نرم‌افزاری و سخت افزاری است، به‌جای استفاده از یک لنز و حسگر واحد، آرایه‌ای از دوربین‌های بسیار کوچک (‌25 ریز دوربین‌) در قالب یک بسته بندی جای مي‌گیرند (همانند شكل صفحه قبل) که در نتیجه، کل این مجموعه ضمن جمع و جور بودن، تصاویری با کیفیت بالا را ارائه مي‌دهد. این دوربین‌های کوچک، چندین عکس از سوژه مورد نظر گرفته و به این ترتیب داده‌هاي نوری مفصلی را جمع‌آوری مي‌کند. یک نرم‌افزار ویژه این داده‌ها را پردازش کرده و در قالب یک تصویر با کیفیت بالا ارائه مي‌دهد. باید توجه داشت، اسمارت‌فون‌های آینده به پردازنده‌هاي چند هسته‌ای و پردازنده‌هاي رسانه‌اي (Media Processor‌) ویژه مجهز خواهند شد و Pelican به چنین توان پردازشی چشم دوخته است.

Pelican Imaging نه تنها ادعا مي‌کند، فناوری آرایه دوربین ارائه شده توسط این شرکت، ضمن حفظ ابعاد ابزار همراه ، قادر به ثبت تصاویر ثابت و ویديویی با کیفیت بهتر حتی در نور کم است‌، بلکه مي‌تواند کارهایی را انجام دهد که از عهده یک دوربین معمولی تک لنزی بر نمی‌آید. امکان ایجاد عمق سه بعدی و تعامل با تصویر پیش و پس از گرفتن عکس کاربردهای جالب و جدیدی را برای چنین دوربینی فراهم مي‌کند. قابلیت عمق سه بعدی بیش از آن‌که برای گرفتن تصاویر سه بعدی مهم باشد، از جنبه‌هاي دیگری حائز اهمیت است. ویژگی چند لنزی بودن، سبب مي‌شود بتوان قابلیت‌هایی نظیر کنترل ابزار را  با استفاده از اشارات دست ارائه داد، به‌طوری که به طور فرضي دوربین‌های نصب شده در جلوی تبلت‌ها و تلفن‌ها مي‌توانند به ابزاری برای دست‌یابی به رابط‌هاي کاربری بدون نیاز به لمس تبدیل شوند.

آمان جابي (Aman Jabbi) مدیر‌عامل Pelican Imaging درباره هدف شرکت مي‌گوید‌: «‌آنچه ما در حال انجام آن هستیم، تغییر نحوه ثبت نور در دوربین‌ها و اجازه دادن به ماجول‌هاي دوربین برای ثبت داده‌هاي خام (raw data) بیشتر است. پس از پردازش این داده‌ها توسط نرم‌افزار ما، مي‌توان کارهای زیادی انجام داد.‌» آنچه Pelican ارائه داده کوچک‌تر از دوربین‌های تک لنزی است که در بسیاری از تلفن‌های همراه وجود دارد. این امر سبب مي‌شود. در آینده انتظار ابزارهای همراهی را داشته باشیم که از دوربین‌هایی پر قدرت و ظاهری آراسته‌تر و جمع و جور تر برخوردار هستند.

همکاری متخصصان
Pelican در تکمیل این پروژه از دانش متخصصان برجسته‌ای استفاده کرده است‌؛ متخصصانی که این شرکت پس از یک دوره مخفی کاری آن‌ها را معرفی کرد.افرادی مانند پروفسور مارك لِووُي (Marc Levoy)، پروفسور شري كا. نايار(Shree K. Nayar) ، دكتر  بدابراتاپين (Bedabrata Pain)  و دکتر كارتيك و نكاتارامن(Kartik Venkataraman)، یکی از مؤسسان شرکت Pelican Imaging بهره‌گیری از دانش این متخصصان را عاملی در افزایش کارایی این معماری مي‌داند. بدابراتا پين مدیراجرایی ارشد شرکت Edict Inc مي‌گوید‌: «‌معماری ارائه شده توسط Pelican محدودیت‌های اصلی طراحی پیکسل را کم مي‌کند و از این طریق کارایی پیکسل را فراتر از آنچه در دوربین‌های قدیمی در اختیار داریم، ارتقا مي‌دهد.» در زمینه دوربین‌های تلفن‌همراه، همواره لازم بوده که مصالحه‌ای بین حساسیت و وضوح یک دوربین و ضخامت آن صورت گیرد. اما دوربین ارائه شده از سوی Pelican علاوه بر غلبه بر این مورد، توانسته کاربردهای جدیدی را نیز برای چنین دوربین‌هایی عرضه کند. پروفسور مارك لِووُي از دانشگاه استنفورد در این زمینه مي‌گوید‌: «‌فناوری Pelican حتی قابلیت‌های جدیدی نظیر فوكوس پس از ثبت تصوير، foveal imaging  (روشي از فيلم‌برداري كه در آن وضوح و دقت يك بخش از تصوير با ساير بخش‌ها متفاوت است)و نرخ فريم  قابل برنامه‌ريزي را به دوربین‌ها ارائه مي‌دهد‌. ما برای سال‌ها این جنبه‌هاي عكاسي كامپيوتري را در آزمايشگاه خود در استنفورد بررسی کرده‌ایم، اما آرایه چند دوربینه استنفورد، بزرگ، کند و گران است. راهکار Pelican کوچک، سریع و ارزان است و همين ويژگي‌ها آن‌را به یک فناوری بسیار مهیج تبدیل مي‌کند.»

شكل 1- سمت چپ یک تلفن‌همراه معمولی را با دوربین‌هاي مرسوم نشان مي‌دهد. در سمت راست تلفن همراهی که از دوربین Pelican استفاده مي‌کند، مشاهده مي‌شود. آرایه بیست و پنج دوربینی Pelican علاوه بر کیفیت بالای فيلم‌برداری، ضخامت دستگاه را نیز کاهش داده است.

گامی دیگر
یکی از ویژگی‌هاي عصری که در آن زندگی مي‌کنیم، در اختیار داشتن ابزارهای ارتباطی همراهی است که قادرهستند عکس بگیرند، فیلم‌برداری کنند و از طریق شبکه‌هاي ارتباطی، داده‌ها را رد و بدل کنند. ابزارهایی که روز‌به روز کوچک‌تر، باریک‌تر، پر قدرت‌تر و حرفه‌ای‌تر مي‌شوند. موبایل‌های ساده چند سال پیش اکنون به ابزارهای هوشمند همه کاره‌ای تبدیل شده‌اند که فارغ از اين كه  صاحب آن در کجا باشد و دارای چه طرز فکری‌؛ به همه سرویس مي‌دهد. مشخصه بارز و البته محبوب این ابزارها هم دوربین است و یکی از چالش‌های این ابزارها هم به همین دوربین‌ها مربوط مي‌شود. راهکار Pelican تغییر عمده‌ای در ابزارهای همراه به‌وجود خواهد آورد، به‌طوری‌که نه تنها قابلیت‌های دوربین‌های ابزارهای همراه را ارتقا خواهد داد، بلکه در کاربردهایی نظیر ارائه رابط‌هاي بدون لمس برای ابزارهای همراه هم کمک خواهد کرد. 

  از عمر دوربین‌های دولنزی و چهار لنزی چیزی نمی‌گذرد. ارائه رابط لمسی برای ابزارهای همراه هم به نسبت جدید است. حال باید ابزارهای همراهی را تصور کنیم که به‌جای استفاده از رابط پردرد سر لمسی، از اشارات دست به‌عنوان نسل جدید رابط‌هاي کاربری بهره مي‌گیرند‌؛ تصاویر با کیفیت بالایی ارائه مي‌دهند‌، امکان دستکاری در عکس را به کاربر مي‌دهند و دارای ده‌ها ویژگی دیگر هستند. دوربین‌هایی نظیر آنچه Pelican ارائه کرده است نوید دوران جدیدی را در حوزه ابزارهای همراه مي‌دهد. ترکیب چنین قابلیت‌هایی با شبکه‌هاي پرسرعت موبایل مي‌تواند تجربه جالب توجه و جدیدی را به کاربران عرضه کند.