كيف تعمل كاميرات الهواتف الذكية؟

كيف تعمل كاميرات الهواتف الذكية؟

منذ أن إنطلق أول هاتف محمول بكاميرا على الأسواق الأمريكية في عام 2002 ، كانت الشركات المصنعة للمعدات الأصلية في سباق لإنتاج كاميرات متنقلة أفضل ، فقد فجّر عصر الهواتف الذكية في عام 2008 ، وإلى جانب ظهور وسائل التواصل الاجتماعي ، جعل امتلاك كاميرا هاتف جيدة أمرًا ضروريًا للجميع لمواكبة التطوّر ، ولكن قبل أن تبدأ الكاميرات المحمولة في التقاط معظم الصور في العالم ، تم التقاط الصور بأجهزة كانت أكبر من جميع الأجهزة المحمولة التي حلت محلها تقريبًا ، كيف يكون هذا ممكنا ؟ وما الذي يحدث داخل الهاتف الذي يتيح له التقاط صور بدقة 100 ميجابكسل ؟

وتتكون جميع كاميرات الهواتف الذكية من ثلاثة أجزاء أساسية : الأولى هي العدسة التي توجه الضوء إلى الكاميرا ، والثاني هو المستشعر الذي يحول فوتونات الضوء المركزة إلى إشارة كهربائية ، والثالث هو البرنامج الذي يحول تلك الإشارات الكهربائية إلى صورة جاهزة على الهاتف ، دعونا نلقي نظرة على كل جزء من هذه الأجزاء.

العدسات :

قبل أن يصل أي ضوء إلى مستشعر الصورة ، يجب أن يمر عبر العدسة ، وقبل ذلك ، يمر عبر ثقب صغير في جسم الهاتف ، يُطلق على حجم هذه الفتحة اسم الفتحة ، وهي تحدد مقدار الضوء الذي يصل إلى مستشعر الكاميرا ، بشكل عام ، وبالنسبة للكاميرات المحمولة ، تعد الفتحة الأكبر أمرًا جيدًا ، لأنها تعني أن الكاميرا لديها المزيد من الضوء للعمل معها ، وتُقاس الفتحة بوحدات f-stop ، وهي نسبة البعد البؤري للكاميرا إلى القطر المادي للفُتحة

ولذا فإن فتحة العدسة f / 1.7 أكبر من فتحة العدسة f / 2 ، وبمجرد أن يصل الضوء إلى وحدة الكاميرا ، تجمع العدسة الضوء الوارد من اللقطة وتوجهه إلى المستشعر ، وتتكون كاميرات الهواتف الذكية من عدة عدسات بلاستيكية تسمى العناصر ، نظرًا لطبيعة الضوء ، فإن الأطوال الموجية المختلفة للضوء (الألوان) تنكسر بزوايا مختلفة أثناء مرورها عبر العدسة ، وهذا يعني أنه سيتم عرض الألوان من المشهد الخاص بك على مستشعر الكاميرا الخاص بك خارج المحاذاة ، لتصحيح هذا التأثير وغيره من التأثيرات المماثلة ، تحتاج جميع كاميرات الهواتف الذكية إلى عدسات متعددة لنقل صورة واضحة إلى المستشعر.

التركيز :

من إحدى الوظائف الأساسية للعدسات التي تم استخلاصها تقليديًا بعيدًا عن المستخدم هي التركيز ، على الرغم من أن بعض تطبيقات كاميرات الهواتف الذكية تتيح لك التحكم يدويًا في تركيز الكاميرا ، إلا أن معظمها يتحكم فيه من خلال البرامج باستخدام المستشعر ، أو الأجهزة الإضافية مثل جهاز تحديد نطاق الليزر ، أو مزيج من الاثنين ، لتحديد ما إذا كانت الصورة في التركيز وضبط العدسات للتعويض

وتعتمد تقنية التركيز البؤري التلقائي السلبي الأكثر شيوعًا على اكتشاف تباين الصورة وضبط التركيز حتى يتم تكبيره ، وهنالك طريقة أسرع قليلاً تسمى الضبط التلقائي للصورة للكشف عن الطور ، ويعمل عن طريق التأكد من وصول نفس القدر من الضوء إلى مستشعرين موجودين بالقرب من مستشعر الصورة ، ويستخدم التركيز التلقائي النشط جزءًا إضافيًا من الأجهزة لتحديد المسافة من الهاتف إلى هدفك ، وقد استخدمت أول أنظمة الضبط التلقائي للصورة النشطة سونار مشابهًا لـ Soli على Google Pixel 4

وقد أضافت التغييرات في أنظمة التركيز التلقائي النشطة ليزرًا بالأشعة تحت الحمراء منخفض الطاقة لتقدير المسافة ، ولكن يمكن خداعها بواسطة مصادر أخرى لضوء الأشعة تحت الحمراء مثل الحرائق أو الهواتف الذكية الأخرى.

المستشعر :

المستشعر عبارة عن رقاقة رقيقة من السيليكون ، وظيفتها الوحيدة هي تحويل الفوتونات (الضوء) إلى إلكترونات (إشارات كهربائية) ، ويحدث هذا التحويل الكهروضوئي في ملايين من الصور عبر السطح الصغير للحساس ، وإذا لم تصل الفوتونات إلى موقع التصوير ، فسيسجل المستشعر هذا البكسل على أنه أسود ، وإذا وصل الكثير من الفوتونات إلى موقع الصور ، فإن هذا البكسل يكون أبيض ، ويُعرف عدد درجات اللون الرمادي التي يستطيع المستشعر تسجيلها بعمق البت ، إذن كيف يلتقط هاتفك صورًا ملونة ؟

يوجد فوق كل موقع مرشح ألوان يسمح بمرور الضوء الأحمر أو الأخضر أو الأزرق فقط ، وينتج عن هذا صورة مكونة من وحدات بكسل حمراء وخضراء وزرقاء ذات سطوع متفاوت يجب تحويلها إلى صورة بالألوان الكاملة بعد الحقيقة عبر خوارزميات معقدة ، حجم البكسل ، تقاس أحجام أجهزة الاستشعار في أجزاء من البوصة ، وتم تصنيف مستشعر Google Pixel 4a على سبيل المثال على أنه 1 / 2.55-inch (على الرغم من أنه حوالي 16.5 / 2.55 مم قطريًا)

بشكل عام ، ينتج مستشعر أكبر (مثل مستشعر 1 / 1.33 بوصة في Samsung Galaxy S22 Ultra) صورًا أفضل نظرًا لاحتوائه على عدد أكبر من الصور الفوتوغرافية ، مايكرومتر ، وتعد مواقع الصور الأكبر حجمًا أكثر قدرة على جمع الضوء ، مما يجعلها أكثر مثالية لظروف الإضاءة المنخفضة ، ولا تعني مواقع الصور الأصغر بالضرورة صورًا أقل جودة ، ومع ذلك ، فهو مقياس قد ترغب في التفكير فيه إذا كنت تتوقع استخدام كاميرات الهواتف الذكية في ظروف الإضاءة المنخفضة.

ثبات الصورة :

عند محاولة التقاط صورة جيدة ، فإن أحد المكونات الأساسية هو منصة مستقرة ، ويعرف صانعو الهواتف الذكية أنه من غير المحتمل أن يكون لديك حامل ثلاثي القوائم ، ولذلك يقومون بتعبئة هواتفهم بتقنية التثبيت لتخفيف حركة الكاميرا قدر الإمكان ، ويأتي تثبيت الصورة في نوعين أساسيين : البصري والإلكتروني ، ويعتمد تثبيت الصورة البصري (OIS) على الجيرسكوب لاكتشاف حركة الهاتف والمحركات الصغيرة أو المغناطيسات الكهربائية لتحريك العدسات والمستشعر للتعويض ، يعد OIS مثاليًا لحالات الإضاءة المنخفضة حيث يحتاج مستشعر الصورة إلى مزيد من الوقت لجمع الضوء

ويعتمد تثبيت الصورة الإلكتروني (EIS) على مقياس تسارع الهاتف لاستشعار أي حركات ، وبدلاً من تحريك أجزاء الكاميرا ، فإنه يحرك إطارات الصور أو التعريضات الضوئية ، نظرًا لأنه يتم محاذاة التعريضات الضوئية بناءً على محتوى الصورة وليس إطار مستشعر الصورة ، فإن الصورة النهائية أو الفيديو لها دقة منخفضة ، وتستخدم العديد من طرز الهواتف الحديثة مزيجًا من كلا النظامين ، يشار إليها أحيانًا باسم الصورة الهجينة استقرار ، يمنحك استخدام كلا النظامين في حفلة موسيقية أفضل ما في العالمين ، خاصةً بالنسبة إلى لقطات الفيديو.

البرمجة :

وبمجرد أن يقوم مستشعر الصورة بعمله وتحويل الضوء الذي تجلبه إليه العدسات إلى إشارة كهربائية ، فإن مهمة معالج إشارة الصورة (ISP) هو تحويل تلك القيم 1 و 0 إلى صورة تُعرض على الهاتف ، وبالنسبة لمزود خدمة الإنترنت ، فهي في الأساس صورة بالأبيض والأسود ، وهي في الأساس صورة RAW لك من أجل التقاط الصور هناك ، وتتمثل المهمة الأولى لمزود خدمة الإنترنت في إعادة بيانات الألوان استنادًا إلى الترتيب المعروف لمصفوفة مرشح الألوان التي تحدثنا عنها سابقًا ، الآن لدينا صورة

ولكن كل وحدات البكسل الخاصة بها متفاوتة الشدة من الأحمر أو الأخضر أو الأزرق والخطوة التالية هي عملية تسمى demosaicing ، هذا هو المكان الذي يقوم فيه مزود خدمة الإنترنت بتعديل ألوان البكسل بناءً على ألوان المصفوفة ، على سبيل المثال ، إذا كان هناك الكثير من وحدات البكسل الخضراء والحمراء في منطقة ما ولكن ليس هناك الكثير من اللون الأزرق ، فإن خوارزمية demosaicing ستحولها إلى اللون الأصفر ، ويطبق معظم مزودي خدمة الإنترنت بتقليل الضوضاء والشحذ بعد إزالة التزييف ، ومع ذلك

فإن كل صانع للمعدات الأصلية لديه خط أنابيب خاص به وخوارزميات لإنتاج الصورة النهائية ، وتشتهر Google ، على وجه الخصوص ، باستخدام خوارزميات مطورة بواسطة الذكاء الاصطناعي لإنتاج بعض من أفضل صور الهواتف الذكية.

الآن بعد أن أصبح لديك فهم أفضل لكيفية عمل الكاميرا ، حان الوقت للخروج والتقاط المزيد من الصور ، ويتحدث عن المزيد من الصور ، استخدم نصائحنا وحيلنا من صور Google لترويض مجموعة الصور الخاصة بك ، وإذا كنت تبحث عن هاتف بكاميرا رائعة ، فإن معرفة كيفية عمل كاميرا الهاتف سيساعدك على تحديد هاتف الكاميرا المناسب لك.

شاهد أيضًا: أفضل 9 ميزات مخفية في YouTube…عليك تجربتها