وارسی نقش سنسورهای تصویر و عکس در کیفیت ویدیوها

بررسی نقش سنسورهای تصویر در کیفیت ویدیوها

اندازه ی سنسورهای تصویر در دوربین ها نقش بسیار اهمیتی می داری دارد. در این گزارش به طور مفصل سنسورها را از این نظر مورد بررسی میگذاریم.

عکس بررسی نقش سنسورهای تصویر در کیفیت ویدیوها

بخش دانش و زندگی تبیان

در جهان سنسورهای عکس و تصویری، معمولا این طوری نقل میشود که سنسور هر چه مقدار بزرگتر باشد آنگاه کیفیت تصویر و تطبیق پذیری بهتر خواهد بود. اما همه ی کار به همین مورد ختم نمی شود و تعدادی از عوامل دیگر نیز روی کیفیت تصویر نقش دارند.

در بسیاری از موارد، گزینه ی بزرگتر بهتر است

نردبان بلندتر یاری میرساند تا برای رسیدن به یک شاخه ی بلندتر معضلی نداشته باشید. موتورهای بزرگ تر به پیروزی در مسابقات خودرو سواری یاری میرساند. هلیکوپترهای بزرگ تر در مراسمهای پر زرق و برقی که در پشت بام ها به انجام رسانده میشود از حق دسترسی و ورود عالیتری برخوردار هستند. طبیعتا شما با مثال هایی از این دست آشنایی دارید و موضوع صحبت ما هم این مثال ها نیستند. اما در جهان دوربین ها و سنسورهای آنها، آیا همواره گزینه ی بزرگتر، بهتر است؟ در یک کلام باید پاسخ دهیم که بله. حال در ادامه به بررسی این موضوع توجه میکنیم.

در آینده چه روی خواهد داد؟

همه ی ما احتمالا تا به حال حداقل یک بار با تصاویر تولید شده از دوربین های ۴K روبرو شده ایم، این امر در واقع چیزی است که بسیاری از شرکت های تولیدکننده و علاقه مندان به این زمینه آن را به عنوان یک جهش اجتناب ناپذیر به شمار می آورند. در دوربین های جدید، نرم افزار، گردش کار و مخارجها همگی مستلزم این هستند که به طور مداوم به دنبال آموزش چیزهای تازه تر و همچنین گرفتن تصمیمات آگاهانه و به کار بستن تکنولوژیهای جدید باشیم.

به عنوان مثال، معرفی دوربین ۴۰۰۰ دلاری Blackmagic Production باعث شد تا واقعا ویدیوهای ۴K با عملکرد بالا در دسترس استودیوهای کوچک، علاقه مندان و همچنین متخصصانی که با محدودیت بودجه مواجه هستند، قرار گیرند. البته آگاهی میداریم که این دوربین هم خیلی ارزان نیست، اما وقتی که آن را با RED EPIC-M DRAGON باور نکردنی مقایسه کنیم، به نتیجه ی دیگری خواهیم رسید. این دوربین که همزمان با دوربین اولی شناسانده شده بود در بر می داری قیمت ۲۹ هزار دلار بود که با امکانات جانبی آن قیمتش تا ۵۰ هزار دلار نیز می رسد.

دوربین Blackmagic Design برای بسیاری از افراد به عنوان یک یاری رساننده ی عمده برای رسیدن به موفقیت به حساب مییاید. اما یک لحظه منتظر مانید! دوربین گو پرو HERO3: Black Edition نیز قادر هست تصاویر ۴K را به خوبی به تصویب رساند. شاید نه در همان نرخ فریم که Blackmagic Production Camera 4K یا یک RED EPIC به تصویب میرساند، اما اندازه ی فریم های به تصویب رسانده شده توسط این دوربین ها با هم یکسان خواهند بود. در واقع هنوز هم ۴K به حساب مییاید. اما پرسش این است که مزیت ها و تفاوت های آنها در چه چیزی است؟

باید بگوییم که در چند مورد تفاوت هایی وجود داردند. اما اساسا هر کدام از دستگاه های یاد شده در بر می داری یک سنسور با ظرفیت ثبت تصاویری با رزلوشن ۳۸۴۰ در ۲۱۶۰ پیکسل یا بیشتر از آن هستند. در حالی که سنسورها در حال انجام همان عملکرد در همان وضوح تصویر برای دوربین های مختلف هستند، ولی حقیقت این است که سنسورهای این دوربین ها و علاوه بر آن کلکسیونی از سخت افزار و نرم افزارهای پشتیبان در آنها در بر می داری شرایط بسیار فرق می داری نسبت به همدیگر هستند.

داشتن ذهنیتی در رابطه با چگونگی کاردکرد آنها

برای اینکه یک ایده ی بهتر و جامع تر درباره ی ماهیت سنسورهای تصویر مختلف به دست آوریم، یک قدم به عقب باز می گردیم و سعی می کنیم نگاهی داشته باشیم به اینکه سنسورهای تصویر چه هستند و وظیفه ی آنها به طور دقیق چه چیزی است.

به بیان ساده، سنسور تصویر برای یک دوربین دیجیتال همان جایگاهی را دارد که فیلم برای یک دوربین آنالوگ ایفا می کند. اصول بنیادی برای گرفتن عکس و در نتیجه فیلمبرداری به طور گیراای عوض نشده است. تنها تغییر پایه ای در واقع مربوط به فناوری مورد استفاده برای انجام این کار است.

در عکاسی دیجیتال لنز برای ایجاد عکس و تصویری از یک صحنه، به نور اجازه ی عبور می دهد. اما در سیستم های آنالوگ بجای این که نور با لنز برخورد کند، پرتوهای نور روی یک قطعه فیلم تاثیر قرار میدهند که آن نیز در مراحل بعدی تحت پردازش شیمیایی قرار می گیرد. حسگر تصویر نور را گرفته و آن را به یک فرمت دیجیتال مبدل کرده که دوربین دیجیتال نیز در ادامه این فرمت را به عکس مبدل میکند.

روند چگونگی کارکرد سنسورها بر اساس نوع حسگر و بیت های محاسباتی دوربین شاید کمی فرق داشته باشد. اما به تعبیر ساده قادر هستیم بپذیریم که در حالت کلی کار سنسور به این صورت خواهد بود که نور یا فوتون های رسیده را گرفته و دیتاهای حاصل شده از نور را به یک فایل عکس و تصویری مبدل کند که حاوی اطلاعاتی در رابطه با رنگ، تن، سایه ها و هایلایت ها است. دیتای نوری موجود در این فایل دارا باشنده ی مشخصات روشنایی و رنگ برای هر پیکسلی از یک تصویر است. این پیکسل ها هنگامی که توسط توجه کننده های سیگنال و دیگر محصولات صنعتی هوشمند در دوربین تحلیل شدند، در ادامه به منظور ایجاد یک تصویر دیجیتال با هم مخلوط میشوند. همه ی بیانات فوق ما را به این نتیجه می رساند که نوع سنسورها و اندازه ی آنها مسلما با کیفیت تصویر رابطه دارد.

مسایلی اطراف اندازه

سنسورها هم برای دوربین های عکاسی و هم برای دوربین های فیلمبرداری در اندازه های متنوعی ارائه می شوند. برخی از اندازه های دوست داشتنی در میان آنها سوپر ۳۵ (Super 35) که برای مثال در (Sony NEX-FS100) به کار رفته؛ فول فریم (Full-frame) که در مدل هایی همانند (Canon EOS 5D Mark III, Nikon D800) دیده می شود؛ APS-C در مدل هایی از قبیل (Canon EOS Rebel T5i, Nikon D7100) و سنسور میکرو چهار سوم (Micro Four Thirds) است. سنسورهای تصویر برای دوربین های کامپکت کوچولوتر ساخته می شوند و برای استفاده در دوربین های گوشی های هوشمند و سایر دوربین های کوچک باز هم نسبت به حالت قبل کوچولوتر می شوند. اکنون سوالی که مطرح می شود این است که چه عاملی باعث می شود تا بزرگ تر بودن سنسور علتی برای بهتر بودنش نیز به حساب آید؟

در حالی که شاید یک دوربین کامپکت ۱۸ مگاپیکسلی در بر می داری همان تعداد پیکسلی باشد که به عنوان مثال یک دوربین ۱۸ مگاپیکسلی DSLR در بر می دارد، اما باید توجه داشته باشیم که DSLR در بر می داری اندازه ی سنسور بسیار بزرگ تری است. به عنوان یک نتیجه می توان گفت، ۱۸ میلیون پیکسل روی تراشه ی دوربین DSLR به طور قابل ملاحظه ای بزرگ تر خواهند بود. این موضوع را با تعبیری به نام تراکم پیکسلی می شناسند و نقل میشود که دوربین فوق در بر می داری تراکم پیکسلی پایین تر است؛ یعنی اینکه تعداد پیکسل های مساوی در یک دوربین نسبت به دوربین دیگر در بر می داری مساحت بیشتری برای قرارگیری روی یک سنسور تصویر هستند. این بدان معنی است که هر پیکسل قادر به گرفتن اطلاعات نوری بیشتری است؛ به این معنی که عمق رنگ بهتری برای دقت رنگ تصویر گرفته شده حاصل خواهد شد؛ محدوده ی دینامیکی بیشتر شده و همچنین مقدار شدت نور هم افزایش کشف خواهد کرد و در نتیجه تعریف بهتر و دقیق تری در مناطق روشن و تاریک از یک تصویر در دست داشته و یک تصویر بسیار شفاف تر خواهیم داشت. هنگامی که در رابطه با عملکرد نوری پایین در دوربین ها حرف زده میشود، سنسور وسیله ای است که باعث می شود تا عملکرد نوری خوب برای یک دوربین ممکن شود. نور زاید گرفته شده توسط پیکسل ها در حسگر تصویر با سطح مساحت بیشتر به عملکرد بهتر در حالات نور کم می انجامد و در نتیجه نویزهای دیجیتالی کمتر خواهند شد.

بارگذاری بیش از حد سنسور

در این قسمت به یک مفهوم جالب توجه میکنیم؛ نسبت سیگنال به نویز در یک سنسور. همه ی ما نویزهای دیجیتالی موجود در یک ویدیو را نگاه کرده ایم. این نویزها به صورت ظاهری با دانه های ریز خود را نمایان میکنند و هنگامی که تنظیمات ISO دوربین خود را در وضعیتی گذاریم که شاهد جزییات بیشتری از یک تصویر در شرایط نور کم باشیم، به نظر خواهند رسید.

نسبت سیگنال به نویز به توانایی یک سنسور برای دریافت نور بیشتر و ارایه ی جلوه ی بیشتری از تصویر واقعی اشاره دارد. یک سنسور بزرگ تر قادر هست نسبت سیگنال به نویز بیشتری را فراهم کند. هر اندازه که حسگر کوچولو تر می شود، نسبت سیگنال به نویز نیز کاهش کشف میکند.

ضریب خوبش

با وجود اندازه های مختلف برای سنسورها، بسیار اهمیتی می دارد که عاملی به نام ضریب خوبش را هم در بررسی و انتخاب دوربین ها داشته باشیم. ضریب خوبش به میدان دید حاصل از یک تصویر در هنگام مقایسه ی سنسورهای کوچک با سنسورهای فول فریم اطلاق می شود. برای داشتن یک تعریف و درک بهتر از آن باید اشاره کنیم که یک سنسور استاندارد APS-C در بر می داری اندازه ی ۲۴ در ۱۶ میلی متر است و میدان دید آن نیز کمتر از میدان دید حاصل از سنسور بزرگ تر با اندازه ی ۳۶ در ۲۴ در یک دوربین فول فریم خواهد بود.

محاسبه ی واقعی برای پی بردن به ضریب شکل، با مقدار مساحت سطح سنسور رابطه دارد. اگه بخواهیم به سادگی بیان کنیم، قادر هستیم اندازه ی قطری یک سنسور فول فریم ۳۵ میلی متری را با اندازه ی یک سنسور تصویر دیگر قیاس کنیم. به عنوان مثال، سنسور تصویر APS-C موجود در یک دوربین Canon EOS 60D به صورت ۲۲.۳ در ۱۴.۹ میلی متر است؛ در حالی که سنسور تصویر فول فریم در دوربین EOS 5D Mark III به صورت ۳۶ در ۲۴ میلی متر است که به طور تقریبی اگه بخواهیم بگوییم، حدود ۱.۶ برابر مساحت سطح سنسور۶۰D است. بنابراین نقل میشود که ضریب خوبش سنسور ۶۰D برابر ۱.۶ است.

اگه بخواهیم ساده تر بیان کنیم، یک لنز پرایم ۵۰mm روی سنسور ۶۰D، در واقع معادل با طول فاصله ی مؤسسه ای حاصل از لنزی با میزان ۱.۶ طول فاصله ی مؤسسه ای اولیه است و به همین ترتیب معادل با یک لنز ۸۰ میلی متری از دوربین فول فریم خواهد بود. بنابراین تصویر شما طوری به چشم خواهد آمد که گویی روی آن به مقدار ۱.۶ برابر بیشتر از آن مقداری زوم شده است که اگه شما از همان لنز روی دوربینی با سنسور فول فریم بهره میگرفتید، اعمال می شد.

عمق دادن به تصویر

قابل ذکر است که ظهور فیلمبرداری DSLR مفهومی به نام عمق میدان را به پیش زمینه ی ذهنی علاقه مندان به ویدیو افزود. عمق میدان به مقدار کم یا زیاد بودن پس زمینه ی یک تصویر در فوکوس اطلاق می شود. تصویر و عکسهایی که در آن پیش زمینه و پس زمینه تحت فوکوس باشند، به عنوان مواردی تلقی میشوند که در بر می داری عمق میدان بیشتری هستند. از سویی تصاویری با مضمون روشن تر و پس زمینه ی کمی نامشخص در بر می داری عمق میدان کمتری هستند.

بخش زیادی از این اثر به دلیل فاصله ی مؤسسه ای طولانی تر یک شات به وجود مییاید. در حالی که شاید به چشم نیاید که این امر مربوط به اندازه ی حسگر تصویر است، چرا که یک سنسور کوچولو تر در بر می داری ضریب خوبش بیشتری است و فاصله ی مؤسسه ای اعمال شده باید بسیار کوتاه تر شود تا بتواند همان ظاهری را در تصویر بوجود آورد که با سنسور بزرگ تر حاصل خواهد شد. در حالی که دو دوربین با سنسورهای مختلف و لنزهای یکسان، در بر می داری همان عمق میدان در همان فاصله از مضمون خود خواهند بود، اما فاصله ی مؤسسه ای موثر برای حسگر کوچولو تر، مقدار بیشتری دارد.

این امر در واقع بخشی از موضوع را برای ما روشن می کند. وجود چنین سازوکاری کاربر را ناگزیر می کند تا برای رسیدن به همین میدان یکسان، دوربین را از سوژه دورتر کند. دورتر شدن از سوژه باعث افزایش عمق میدان می شود؛ به این معنی که هر چه مقدار سنسور کوچولو تر باشد، به همان اندازه نیز احتمالا به دست آورودن عمیق میدان کم عمق برای عکاس دشوارتر خواهد بود.

علاوه بر این، سنسورهای تصویر کوچولوتر برای دوربین های کوچولوتر، سبک تر و کم هزینه تر قادر هستند به کار گرفته شوند، اما وارد شدن ضریب خوبش در این روند باعث می شود تا استفاده ی مطلوب از لنزهایی با زاویه ی باز دشوار شود.

انواع سنسورها

احتمالا هر کسی که در بخش دوربین های یک فروشگاه بزرگ وسایل الکترونیکی و عکس و تصویری اندکی چرخی زده باشد، سیستم هایی نیز با اصطلاحات فنی ویژه ای همچون Full HD، ۳CCD و Progressive 3MOS به چشمش خورده است. حقیقت این است که همه ی ما با معنی HD آشنا هستیم. اما آیا همه ی ما با CCD و CMOS نیز آشنایی داریم؟

واژه CCD مخفف واژه Charge-coupled device است که قادر هستیم آن را به صورت دستگاه بارجفت شده معنی کنیم. CCD در واقع یک تکنولوژی سنسور پیشرفته برای استفاده در تلفن های ویدیویی است که توسط آزمایشگاه های بل (Bell Labs) در اواخر دهه ی ۱۹۶۰ میلادی توسعه یافت. این در حالی است که CMOS مخفف (complementary metal-oxide-semiconductor) به معنی مکمل اکسید فلزی نیمه هادی است. CMOS نیز فناوری است که زمان آغاز پیدایش أن تقریبا همزمان با CCD بوده است.

در حالی که مزیت های نسبی در یک سنسور نسبت به نوع دیگری از سنسورها وجود دارد، اما هر دوی آنها یک کار مشترک را با راه های مختلف به انجام میرسانند؛ هر دوی آنها در نهایت نور را به الکترون ها مبدل میکنند. CCD ها اطلاعات نور یا بار الکتریکی را در سر تا سر تراشه رسانده و آن را به یک مقدار دیجیتال مبدل میکنند و سنسورهای CMOS از چند ترانزیستور به ازای هر پیکسل برای انتقال بارهای نوری بهره میگیرند.

از وقتی که این فناوری ها پا به عرصه قرار داده اند، هر دو نوع این سنسورها روی گستره ی وسیعی از دوربین ها مورد استفاده قرار داده شده اند، اما به چشم مییاید که محبوبیت سنسورهای CMOS در حال بیشتر شدن است. سنسور جدید RED EPIC به نام DRAGON شناخته می شود. این سنسور در واقع یک سنسور از نوع CMOS و ۱۹.۴ مگاپیکسلی است که در بر می داری توان ثبت تصاویر تا کیفیت ۶K است. دوربین ۴K تولید Blackmagic Production Camera از یک سنسور سوپر ۳۵ بهره میگیرد که این سنسور اندکی کوچولوتر از یک سنسور فول فریم برای ثبت تصاویر ۴K با کمترین مقدار ضریب خوبش است. در نهایت هم قادر هستیم به محصول شرکت گو پرو، HERO3: Black Edition اشاره کنیم که از یک سنسور ۱/۲.۳-inch از نوع CMOS با توان ثبت ۳۸۴۰ در ۲۱۶۰ پیکسل اشاره کنیم!

یک نتیجه گیری با مفهوم معمول

برای تهیه کرد دوربین نباید تنها روی اندازه ی تصاویری که دوربین قادر هست به تصویب رساند تمرکز کنید. همچنین نیازی نیست که به مدل های نسل بعدی تلویزیون هایی که قرار است به بازار بیایند یا به عنوان نمونه به سلیقه ی کارگردان و گرایش وی به یک دوربین خاص دقت دارید. حقیقت این است که همه ی ما طرز و طرح های ویژه خودمان را رشد می دهیم و همین رشد در ادامه ما را به یک استایل منحصر به فرد برای تولید محتوای خودمان سوق می دهد. اما از طرفی باید مد نظر گرفته باشیم که به منظور گرفتن خوب ترین تصمیم و شکوفا کردن تجارت، هنر یا خدمات مشغول کننده ی خودمان، باید به خوبی آگاهی بداریم که به چه چیزی نیاز داریم تا به این ترتیب بتوانیم روی خلاقیت خودمان تاثیر مثبت قرار بدهیم.

اندازه ی سنسور نقش بسیار اهمیتی می داری را در چگونگی ارایه ی تصاویر از یک دوربین ایفا می کند و در ادامه نیز اگه بخواهیم تصاویر بزرگ تری از دوربین به دست آوریم، عواملی از قبیل اندازه، تراکم پیکسل، ضریب خوبش و همینطور نسبت سیگنال به نویز را باید به عنوان بخشی از فاکتورهای مهم انتخاب بکنیم.

برای مثال هنگام تهیه کرد یک ماشین فورد ماستنگ، نمی شود صرفا از روی تعداد سیلندر (۶ یا ۸) خودرو را برگزید. باید در نظر داشت که شش سیلندر سبک تر، کم هزینه تر و اقتصادی تر است، اما هشت سیلندر در بر می داری توان بیشتری است و باعث می شود تا تمام خودرو در بر می داری عملکرد بهتری باشد. این تفاوت در واقع همان نوعی از تفاوت است که ما باید در تهیه کرد دوربین ها و سنسورهای مربوط به آنها مد نظر گرفته باشیم.

هزینه، بررسی، نام تجاری، گارانتی و تواناییها همگی روی بخش هایی از تصمیم ما برای انتخاب یک دوربین نقش می دارند، اما این اندازه ی سنسور است که در نهایت بسیاری از عوامل مهم در تصویر ما را تعیین خواهد کرد. عواملی که هدف و اولویت نهایی همه ی آنها یکی است و آن «کیفیت تصویر» است.

منبع :زومیت

این مطلب صرفا جهت اطلاع کاربران از محیط رسانه‌ای بازنشر شده و محتوای آن لزوما مورد تایید تبیان نیست .

_____________________

گردآوری از : گل آذين ی.

تازه های فناوری در بخش دانش و فناوری سايت سرزه

بیت انتخابی از دیوان حافظ :

مبوس جز لب ساقی و جام می حافظ
««« »»»
که دست زهدفروشان خطاست بوسيدن

وارسی نقش سنسورهای تصویر و عکس در کیفیت ویدیوها

TT / 403 — TP / 14%

با دیگران به اشتراک بگذارید

نظر دهید

لطفا جواب سئوال زیر را بدهید *