سفر به زمان: پیشرفت دوربین‌ گوشی‌های هوشمند به‌لطف حسگرهای بزرگ‌تر و هوشمندتر

پیش‌تر وقتی از عکاسی آنالوگ صحبت می‌شد، فرمت ۳۵ میلی‌متری محبوب‌ترین گزینه‌ی موجود بود که تقریباً در تمامی وسایل تصویربرداری از دوربین‌های ساده گرفته تا SLRهای گران‌قیمت به‌کار می‌رفت. این فرمت آن‌قدر رایج بود که هنوز‌هم فاصله‌ی کانونی لنزهای دوربین‌های جدید معادلی ۳۵ میلی‌متری دارد.

روی‌دادن تحول دیجیتالی در دنیای فناوری به ظهور دوربین‌های تمام‌فریم DSLR انجامید که اندازه‌ی حسگرهایش هنوز‌هم با فرمت ۳۵ میلی‌متر یکسان است. بااین‌حال، پدیدآمدن دوربین‌های دیجیتال کوچک نیز از دیگر آثار این اتفاق بود؛ دوربین‌هایی که حتی در جیب هم جا می‌شوند.

به‌کارگیری حسگرهای یک‌اینچی در چنین دستگاه‌هایی بیشتر شبیه به معجزه بود و می‌توان از دوربین‌های سری RX100 سونی به‌عنوان نمونه‌ای شناخته‌شده‌ای از آن‌ها نام برد که به‌تدریج با ارتقای چشمگیر قابلیت‌های دوربین گوشی‌های هوشمند از مُد افتادند. باوجوداین، دوربین‌های مذکور توانستند تأثیر زیادی روی گوشی‌های هوشمند بگذارند.

برای مثال، گوشی اکسپریا Pro-I سونی از حسگر یک‌اینچی دوربین RX100 این شرکت استفاده می‌کند که البته به‌دلیل محدودیت‌های اپتیکی نمی‌تواند به‌طورکامل از حسگر ۲۰ مگاپیکسلی آن بهره ببرد و فقط از ۱۲ مگاپیکسلش پشتیبانی می‌کند. حسگرهای موسوم به یک‌اینچی واقعاً یک‌ اینچ نیستند؛ بلکه حدود دو تا سه اینچ اندازه دارند که مانند فرمت ۳۵ میلی‌متری میراث دوربین‌های قدیمی است.

سونی در گوشی اکسپریا Pro-I از حسگر یک‌اینچی دوبین‌های سری RX100 بهره گرفت.

به‌هرحال، حسگر تصویر گوشی Pro-I از پیکسل‌های بسیار بزرگ ۲/۴ میکرومتری برخودار است. این‌ در حالی است که حسگر ۲۰۰ مگاپیکسلی ایزوسل HP3 با باینینگ ۱۶ در ۱ از پیکسل‌های ۲۲۴ میکرومتری بهره می‌برد. ناگفته نماند که این دو حسگر برای دو دوربین متفاوت با کاربردهای متفاوت طراحی شده‌اند. حتماً می‌دانید که Pro-I اولین گوشی هوشمندی نیست که از حسگر یک‌اینچی استفاده می‌کند و قطعاً آخرین آن‌ها نیز نخواهد بود. پیش‌بینی می‌شود ۲۰۲۳ سال رایج‌شدن حسگرهای یک‌اینچی در گوشی‌های پرچم‌دار باشد.

شاید بعضی از شما گوشی Lumix Smart Camera CM1 پاناسونیک را به‌خاطر بیاورید که با طراحی خاص قابش و بهره‌مندی از سخت‌افزارهای مشهوری مثل لایکا و «موتور ونوس»، هیچ شکی بر تمرکز آن روی دوربین باقی نمی‌گذاشت. گوشی پاناسونیک از حسگر یک‌اینچی و بیست‌مگاپیکسلی استفاده می‌کرد و با لنز لایکا و دیافراگم f/2.8 امکان فیلم‌برداری 1080p با نرخ ۳۰ فریم‌برثانیه و 4K با ۱۵ فریم‌برثانیه را فراهم می‌کرد.

گوشی Lumix Smart Camera CM1 پاناسونیک جزو اولین محصولاتی بود که از حسگر یک‌اینچی استفاده می‌کرد.

لومیکس اسمارت کمرا CM1 گوشی غول‌پیکری با ۲۱ میلی‌متر ضخامت و ۲۰۴ گرم وزن بود که در سال ۲۰۱۴ بسیار غیرطبیعی به‌نظر می‌رسید. گوشی مذکور با اندروید ۴.۴ عرضه شد و از اپلیکیشن دوربین سفارشی با قابلیت کنترل دستی کامل بهره می‌برد.

یکی از قابلیت‌های جالب این گوشی حلقه‌ی نقره‌ای دور لنز بود که درعمل امکان استفاده از آن برای تغییر تنظیمات دوربین وجود داشت. گوشی لومیکس CM1 با قیمت ۱,۰۰۰ دلاری‌اش در آن زمان اندکی گران به‌حساب می‌آمد؛ ولی قابلیت‌های ویژه‌ و تخصصی‌اش آن را معقول نشان می‌داد.

بیایید کمی عقب‌تر برویم. بسیاری گوشی 808 PureView نوکیا را به‌خاطر می‌آورند؛ دستگاهی چنان پیشرفته که گویا از آینده آمده بود. در سال ۲۰۱۲ و هنگامی‌که این گوشی با حسگر غول‌پیکر ۱/۱.۲ اینچی‌اش وارد بازار شد، هیچ دستگاهی نمی‌توانست با آن رقابت کند. حسگر بی‌نظیر HES9 توشیبا به‌کار‌رفته در گوشی نوکیا حرفی برای سایر سازندگان باقی نمی‌گذاشت و حتی گلکسی S3 با حسگر ۱/۳.۲ اینچی و ۸ مگاپیکسلی IMX145 سونی نیز که همان سال عرضه شد، حریفش نبود.

تصویر حسگر غول‌پیکر ۱/۱.۲ اینچی به‌کاررفته در نوکیا 808

حسگر PureView با پیکسل‌های ۱/۴ میکرومتری و روزولوشن ۴۱ مگاپیکسلی حتی درمقایسه‌با استانداردهای امروزی نیز بسیار خیره‌کننده بود و اولین گوشی‌ هوشمندی که موفق شد رکورد رزولوشن آن را بشکند، سال‌ها بعد و در سال ۲۰۱۸ پا به صحنه گذاشت.

دقیقاً همین رزولوشن بسیار زیاد بود که گوشی 808 نوکیا را به محصولی متعلق به آینده تبدیل می‌کرد. فناوری Supersampling این گوشی تصاویر ۸ مگاپیکسلی باکیفیتی ثبت و امکان بزرگ‌نمایی دیجیتالی بدون افت کیفیت را فراهم می‌کرد. گوشی‌های امروزی هم از روش بسیار مشابهی استفاده می‌کنند؛ البته تفاوت‌های مهمی نیز دارند.

شاید در این‌‌‌جا بهتر باشد کمی درباره‌ی پیکسل‌ها صحبت کنیم. هنگام مراجعه به اطلاعات دوربین‌های دیجیتال، معمولاً ویژگی‌هایی مثل دیافراگم و حسگر و اندازه‌ی پیکسل مشاهده می‌شوند؛ اما همه‌ی پیکسل‌ها مثل هم نیستند.

اگرچه حسگر 808 PureView بسیار بزرگ بود و رزولوشن خیلی زیادی داشت، فناوری‌اش قدیمی بود. حسگر مذکور از نوع «نوردهی از جلو» یا FSI بود که به‌معنی مانع‌شدن مدارهای حسگر سر راه فتودیودها است و کیفیت تصاویر را به‌ویژه در نور کم کاهش می‌دهد. نوکیا برای حل این مشکل، سال بعد گوشی لومیا 1020 را با دوربین ۴۱ مگاپیکسلی، ولی این‌بار با حسگر کوچکتر ۱/۱.۵ اینچی از نوع «نوردهی از عقب» یا BSI معرفی کرد.

مقایسه‌ی فناوری FSI و BSI

این تمام ماجرا نیست؛ زیرا نام ISOCELL درواقع از کلمه‌ی انگلیسی Isolate گرفته شده است که در فناوری دوربین‌ها به موانعی فیزیکی اشاره می‌کند که هر پیکسل را ایزوله یا جداسازی می‌کند و باعث کاهش تداخل می‌شود. سامسونگ به توسعه‌ی فناوری مذکور ادامه داد و مزایای بیشتری مثل Full-Well Capacity بزرگ‌تر را به آن افزود که تعداد فوتون‌های جمع‌آوری‌شدنی هر پیکسل را قبل از رسیدن به نهایت ظرفیتش اندازه‌گیری می‌کند.

پیشرفت فناوری از BSI به ISOCELL و نسخه‌های جدید آن

گفتنی است که سامسونگ، تنها تولیدکننده‌ای نیست که از طراحی یادشده استفاده می‌کند؛ بلکه آمنی‌ویژن نیز فناوری مشابهی به نام PureCel Plus دارد.

آمنی‌ویژن نیز در حال تلاش برای بهبود پیکسل‌ها با جداسازی آن‌ها است.

ابداعات جدیدی هم در این زمینه وجود دارد؛ مثلاً طراحی حسگرهای انباشته (Stacked) سونی که ترانزیستورها و فوتودیودهای موردخوانش آن‌ها را به‌جای جداسازی از کنار هم، در دو لایه‌ی مجزا قرار می‌دهند که سطح فتودیودها را افزایش می‌دهد.

سونی در حال طراحی حسگر انباشته CMOS است.

به‌طورخلاصه، باید گفت که اندازه‌ی پیکسل، تنها عامل تعیین‌کننده‌ی کیفیت تصویر نیست. در‌حقیقت، طراحی‌های هوشمندانه‌ای مثل موارد مذکور است که به تولیدکنندگان حسگرها اجازه داده است تا اندازه‌ی پیکسل‌ها را حتی تا ۰/۵۶ میکرومتر کاهش دهند.

گوشی‌های هوشمند امروزی به‌سمت افزایش مگاپیکسل و بهره‌مندی از حسگرهای یک‌اینچی پیش می‌روند. برای مثال، دوربین اصلی گوشی 12S اولترا شیائومی از حسگر بی‌نظیر ۵۰ مگاپیکسلی و یک‌اینچی IMX989 سونی استفاده می‌کند که از حسگرهای رایج ۱/۱.۵ و حتی ۱/۱.۵ اینچی گوشی‌های امروزی بسیار بزرگ‌تر است.

گوشی‌های پیکسل 7 و آیفون 14 پرو نیز در این دسته قرار می‌گیرند و از رزولوشن و اندازه‌ی پیکسل مشابهی برخوردارند. همچنین، گوشی گلکسی S22 اولترا حسگری ۱/۱.۳ اینچی دارد؛ اما به‌دلیل رزولوشن ۱۰۸ مگاپیکسلی‌اش، اندازه‌ی فیزیکی پیکسل‌های آن کوچک‌تر است.

مقایسه‌ی اندازه‌ی حسگر یک‌اینچی IMX989 سونی به‌کاررفته در 12S اولترا شیائومی با سایر پرچم‌داران

بااین‌حال، قبل از عرضه‌ی 12s اولترا شیائومی گوشی دیگری به نام Aquos R6 وجود داشت که از حسگر IMX989 استفاده می‌کرد. جالب است که گوشی Aquos R6 شارپ نیز از دوربینی بهره‌مند بود که با همکاری لایکا ساخته شده بود؛ نکته‌ای که برای محصول شیائومی نیز صدق می‌کرد. این روزها شرکت شارپ در معرفی قابلیت‌ها و محصولات جدید برای گوشی‌های هوشمند پیش‌گام است؛ ولی حضور کم‌رنگش در دنیای گوشی‌ها باعث شده است که محصولاتش چندان به چشم نیایند.

گوشی Aquos R6 شارپ اولین محصولی بود که از حسگر IMX989 استفاده می‌کرد.

طبق آخرین شایعه‌ها، تولیدکنندگان متعددی به‌دنبال عرضه‌ی گوشی‌های پرچم‌دار با حسگرهای یک‌اینچی و به‌ویژه با رزولوشون متوسط و پیکسل‌های بزرگ‌اند. همچنین، مدل‌هایی با دوربین ۲۰۰ مگاپیکسلی و پیکسل‌های کوچک‌تر در راه‌اند. باید منتظر ماند و دید کدام روش در جذب کاربران موفقیت بیشتری کسب خواهد کرد.