بیژن بینایی GitHub
بیژن بینایی Rss

از مگاپیکسل تا گیگاپیکسل

نوشته شده توسط بیژن | در دسته مهندسی برق | نوشته شده در ۲۴-۰۵-۱۳۹۳

۰

stock-footage-macro-side-view-on-camera-shutter-working-in-loopیکی از جذاب ترین قطعه های الکترونیکی برای کوچک نر ها بعضا همین مگاپیکسل هاست. بین همه ما رایج هست که معمولا در مکالمات عامیانه راجع به مگاپیکسل دوربین یا گوشی سوال می پرسیم.

اما واقعا معنای مگاپیکسل چیست؟

به ادامه مطلب بروید تا اطلاعات بیشتری راجع به پشت پرده دوربین ها بدست آورید

قبل از پرداختن به سوال بالا دوست دارم به شما یکoption ای را یاد بدهم که شاید باعث شود دفعه بعدی که دوربین دستتان می افتد عکس هنری تری بگیرید

1. shutter speed

همونطور که می دونید در دوربین های قدیمی یک فیلم عکاسی در داخل دوربین وجود داشت که اگر توی نور مستقیم آفتاب قرار می گرفت به کلی سیاه می شد.اساس کار دوربین های آنالوگ این طور بود که دیافراگم باز می شد و نوری به فیلم ذکر شده می رسید و دوباره دیافراگم بسته می شد.shutter speed چیزی نیست جز سرعت باز و بسته شدن دیافراگم.اگر کم باشد تصویر خیلی روشن و اگر زیاد باشد تصویر تاریک می شود.مثلا اگر در شب در حال عکاسی هستید باید سعی کنید شاتر speed رو تا می تونید کم کنید.اما داستان به همین جا ختم نمی شود. شاتر speed ها معمولا مقادیری بین ۴ تا ۱/۸۰۰۰ ثانیه را دارند به این معنا که اگر شما سرعت دیافراگم را روی ۴ ثانیه گذاشتید از شما انتظار می ره که سوژه شما ۴ ثانیه ثابت باشد و دست شما هم کوچک ترین لرزشی نداشته باشد وگرنه چی ؟ چی؟

هیچی تصویر شما تار می شود.پس اگر شما نور کافی دارید بهترین گزینه اینه که شاتر را تا می توانید کم کنید تا حتی اگر دستتان لرزید یا سوژه تکان خورد تصویر تار نشود.اما همه این ها در رابطه با دوربین آنالوگ بود در مورد دوربین های دیجیتال داستان یکم فرق می کند.قبل از پرداختن به shutter speed در دوربین های دیجیتال بیاید بر گردیم به بحث اصلی مون یعنی معنای واقعی مگاپیکسل.برای این کار باید کمی پایین تر برویم و یاد بگیریم در زیر قاب دوربین چه می گذرد

2. چرا دوربین ها دیجیتالی شدند?

اگر سنتان قد دهد به یاد می آورید که دوربین های قدیمی فیلمی داشتند و تاریک خانه ای! اما امروزه دیگر خبری از این حرف ها نیست امروزه شما می تونید در لحظه عکس را ظاهر کنید و خروجی دوربینتان را روی یک صفحه نمایشگر چند اینچی احساس کنید.یک لحظه خوب فکر کنید… این مزیت چیز کمی نیست در گذشته شما باید کورکورانه دکمه شاتر را فشار می دادید به امید آنکه عکس خوب در بیاید اما امروزه شما علاوه بر این که در حین عکاسی خروجی را می بینید در آینده هم می توانید عکس را با نرم افزارهایی مانند photoshop بهبود ببخشید.

3.دوربین دیجیتال چگونه کار می کند

دوربین های دیجییتال برای  دریافت تصویر از قطعه ای به نام photodiode  بهره می برند.به طور خلاصه  نوری که به یک photodiode می رسد تبدیل به سه ولتاژ می شود که هر کدام نمایانگر یکی از رنگ ها سبز و آبی و قرمز است اگر دقت کنید در می یابید که این خروجی آنالوگ است پس ما اون رو به یک  ADC می دیم (معمولا با رزولوشن ۸ بیتی)   تا هر رنگ رو به  عدد متناظرش که بین ۰ تا  ۲۵۵  هست تبدیل کنه بعد از این کار یک MCU (بخوانید میکرو کنترلر) این عدد ها رو با یک فرمت خاص (مثلا jpeg) ذخیره می کند و می فرسته دست مشتری.

حال با این اوصاف به نظرتان مگاپیکسل این وسط یعنی جی؟

مگاپیکسل چیزی نیست جز تعداد photodiode ها در درون یک سنسور یا دوربین. این یعنی در یک دوربین خیلی ضعیف ۲ مگاپیکسلی دوملیون photodiode وجود داره

تعجب نکنید (گر چه می دونم خیلی ها تعجب نکردن) امروزه تکنولوژی ساخت قطعات نیمه هادی به اندازه کافی رشد کرده و بشر می تونه به راحتی تعداد زیادی (در حد چندین ملیون ) فوتودیود رو در کنار هم قرار بده. اما یک مسئله آزار دهنده دیگر در این طرز ساخت وجود دارد

اگر متوجه شدید می توانم به جرآت بگویم که شما در رشته برق نابغه اید. مدار ADC خیلی مدار ساده ای نیست و خودش نیاز به تعداد قابل توجهی ترانزیستور دارد بنابراین اگر قرار باشد ما تک تک سنسور ها را به یک ADC وصل کنیم به تعداد خیلی  زیادی  ADC (و در نتیجه ترانزیستور) نیاز داریم که هم باعث می شود حجم دوربین زیاد شود و هم قیمتشRolling Shutter

راه حل چیست؟ استفاده از MCU.اما چطور

راه حلی که مهندسین ارایه داده اند جاروب کردن کل سنسور ها به صورت سطر به سطر یا ستون به ستون به این صورت که مثلا به تعداد سطر رزولوشن نهایی ما ADC در مدار قرار می دیهیم بعد ستون به ستون سنسور ها را به ADC وصل می کنیم و به همین ترتیب تا آخر می رویم تا در نهایت وقتی با سرعت زیاد این کار را انجام دهیم End User فکر کند تمام مقادیر سنسور ها در یک لحظه خوانده شده است.

این روش ایراداتی نیز دارد مثلا اگر تصویر ما خیلی سریع حرکت کند این نوع خواندن سنسور ها (rolling shutter) می تواند عذاب آور باشد (دقیقا من الان سر یک پروژه کوچیک دارم این درد رو تحمل می کنم!)

تصویر سمت چب :هواپیمایی که ملخ آن با سرعت بالا در حال چرخش است، تصویر گرفته شده با یک دوربین CMOS گرفته شده که شاتر آن به طور افقی حرکت می کند در نتیجه از ملخ در لحظات مختلف عکس برداری شده

امروزه دوربین ها پیشرفت شگرفی کردن و همین چند روز پیش دوربینی با قدرت ۲.۵ گیگا پیکسل توسط شرکتی به نام betterlight تولید شد. (به نظر شما این دوربین به چه دردی می خوره؟)

برای اینکه درک خوبی از ۲.۵ گیگی پیکسل بدست بیارید بیایید دوربین ۱۴۴ مگاپیکسلی این شرکت رو با دوربین  ۱۶ مگاپیکسلی DSLR شرکت canon مقایسه کنیم

عکس اول: عکس دیده شده از دو دوربین

 

craterLake

 

عکس زوم شده دوربین 16 مگاپیکسلی

همون عکس با دوربین 144 مگاپیکسلی

144MP_2

خب حالا به نظرتون دوربین 2.5 گیگاپیکسلی به چه درد می خوره D: