Nokia 9 PureView (צילום: אופק ביטון, גאדג'טי)

Nokia 9 PureView (צילום: אופק ביטון, גאדג'טי)

גאדג’טי מעשיר: מגה פיקסלים בסמארטפונים – ההסבר המלא

לאחר שבכתבה הקודמת בסדרה עסקנו בגודל החיישן בצילום באופן כללי עם נגיעה קלה בעולם הצילום בסמארטפונים, הפעם נתמקד יותר בעולם הצילום בסמארטפונים, עם נגיעות קלות לצילום באופן כללי. צילום בסמארטפון אינו שונה ברובו מצילום במצלמה מקצועית עקב העובדה שזוג ההתקנים בסך הכל מפיקים תמונה, אך מה משנה את התוצר הסופי ואיך כמות הפיקסלים לוקחת חלק בעניין? בזאת נעסוק הפעם.

פיקסלים – המונח הטכני

בפיקסלים נוכל לגעת במונחים המדעיים של הדבר, אך לא לשם כך התכנסנו היום. בחלק הזה נעסוק בעיקר בשאלה כיצד הפיקסלים משפיעים על איכות התמונה הסופית בפריים שצולם מסמארטפון, ומנגד, בפריים שצולם במצלמה מקצועית. כיוצא מכך, נסתכל פעם נוספת על גודל החיישן שמשפיע גם הוא על כל הרעיון של כמות פיקסלים ‘נכונה’ על גבי חיישן.

ברובד הפשוט ביותר של הדברים, פיקסלים הם נקודות בתמונה דיגיטלית. אם תצלמו תמונה בסמארטפון שלכם ותבצעו זום פנימה, כנראה שלא תבחינו בהם עקב ההגבלות שיש לנו בסמארטפון, אך במידה ותעבירו את התמונה למחשב ותבצעו זום בתוכנה כמו פוטושופ, תוכלו לראות את החלוקה לריבועים או במונח הרשמי של הדברים – פיקסליזציה.

פיקסליזציה (פיקסלים, כפי שהם נראים ב-Photoshop)

פיקסליזציה (פיקסלים, כפי שהם נראים ב-Photoshop)

כיום אנחנו מכירים פיקסלים בעיקר במונחים כמו 8 מגה פיקסל, 16 מגה פיקסל, 40 מגה פיקסל וכך הלאה. המילה מגה (Mega) מבטאת כאן את הכמות (מיליון). לדוגמה, במידה ונסתכל על תמונה שצולמה דרך מצלמה בעלת חיישן 40 מגה פיקסל, אנחנו למעשה נסתכל על 40 מיליון פיקסלים. כמו כן, רובנו מכירים את הטריק הידוע שאם נלך למסכים מלפני כעשר שנים או למסכים זולים במיוחד ברזולוציה נמוכה, נוכל להתקרב לפאנל עצמו ולהבחין בעין בכל נקודה ירוקה/כחולה ואדומה על גבי המסך, כשכל נקודה כזו היא כאמור, פיקסל.

בירידה קלה לפרטי העניין, 1 מגה פיקסל הם למעשה מיליון פיקסלים, אך במספרים שכאלו לא ניתקל בחיי היום-יום אלא במספרים גבוהים יותר כמו 7 מגה פיקסל וכן הלאה. אם נפרק את התמונה לפרטים ונסתכל על המידע שמסתתר מאחור ונקרא EXIF (ר”ת Exchangeable image file format) – מהווה את השם בפועל למידע מאחורי תמונה דיגיטלית), נגלה כי תמונה שצולמה דרך חיישן הכולל 48 מגה פיקסלים תוצג ברזולוציה של 8000 על 6000 פיקסלים, שהם כמובן 48 מיליון פיקסלים.

פיקסלים בחיי היום-יום

אחרי שהבנו את המונח הטכני העומד מאחורי הפיקסלים, נוכל לעבור ולגלות כיצד הם משתלבים בחיי השגרה שלנו, ולשאלה העיקרית – כמה אנחנו צריכים מהם באמת בסמארטפון. את הפיקסלים אנחנו רואים כמעט בכל מקום – בסמארטפון שלנו, על גבי מסכי ענק המציגים פרסומות, בקולנוע ובאופן כללי על כל פאנל המציג תמונה דיגיטלית בין אם זה השעון החכם שלנו או מסך המחשב.

במובני צילום, הפיקסלים הם הבלוקים אשר יוצרים את התמונה עליה אנחנו מסתכלים בסופו של דבר. במחשבה ראשונה נוכל להסיק כי אם נטמיע יותר ויותר מהם בתמונה כך היא תהיה יותר מפורטת, אך זו היא טעות נפוצה בנושא בה יצרניות הסלולר לא מפחדות להשתמש כל הזמן על מנת למשוך צרכנים. בתחילה, יש להבין כי יותר פיקסלים בתמונה לא בהכרח יביאו להצגת יותר פרטים. אנחנו צריכים לקחת באותה משוואה גם את גודל החיישן, העדשה, מפתח הצמצם, כמות האור שבסביבה ונתונים נוספים.

לשם השוואה, אם נצא לצלם עם סמארטפון בעל מצלמת 40 מגה פיקסל ועם מצלמת פול-פריים (ע”ע) בעלת חיישן המציע רזולוציה של 40 מגה פיקסל ונצלם בדיוק באותו מפתח צמצם ועם עדשה באותו אורך מוקד ומאותו מקום, אז נגלה מספר דברים. הראשון שבהם יהיה שהתמונות ייראו כאילו הן צולמו ממרחק שונה לגמרי, זאת עקב העובדה שהחיישן הקטן בסמארטפון קולט פחות מהפריים לעומת מצלמת ה-FF (ר”ת Full Frame).

Huawei P30 Pro (צילום: אופק ביטון, גאדג'טי)

Huawei P30 Pro (צילום: אופק ביטון, גאדג’טי)

ההבדל השני בו נבחין יתברר כאיכות התמונה באופן כללי, כי בזמן שלחיישן ה-FF אשר מגיע בגודל של 35 מ”מ יהיה מספיק מקום לאפשר לפיקסלים להתפרס על גביו באופן נורמלי כך שכל אחד מהם יעביר דרכו מספיק אור, בחיישן קטן כשל סמארטפון הפיקסלים לא יקבלו את המקום הזה, מה שיוביל לגודל פיקסלים מזערי במיוחד הסובב את ה-0.8 מיקרו-מטר. יצרניות חיישנים כמו סוני מנסות להימנע ממצב כזה על ידי השקעה בצד התוכנה, בזה ניגע ממש בקרוב.

יצרניות הסלולר כיום מבינות יותר ויותר כמה חשוב להשקיע בתוכנה בדיוק כמו בחומרה, כי אם במצלמות מקצועיות הכל טוב ויפה עקב כך שהפיקסלים מסתדרים במקומם עם מספיק מקום ומעבירים מספיק אור דרך כל אחד, סמארטפונים נאלצים לבחור בין יותר מגה פיקסלים לגודל חיישן גדול שיגרום למכשיר להפוך לעבה וגדול יותר. יצרניות חיישנים לסלולר (בין היתר) כמו סוני שחיישן ה-48 מגה פיקסל שלה לסמארטפונים מציף את השוק, משתמשות בתוכנה בעיקר כדי להתגבר על גודל הפיקסלים המזערי בתנאי תאורה קשים.

גודל פיקסלים נמדד במיקרו-מטר ולמעשה מציג לנו באיזה גודל הפיקסל וכמה אור (בין היתר) יכול לעבור דרכו. ככל שהפיקסל גדול יותר – יותר אור ייקלט בו. במאמר שפורסם בנושא והקיף אותו הן מבחינה מדעית והן מצד התוצאות בשטח, התברר כי פיקסלים קטנים יותר נוטים להביא עימם טווח דינמי נמוך יותר, זאת כמובן תוך שהם מכילים פחות אור לעומת פיקסלים גדולים יותר. ניתן להסתכל על הפיקסל כתבנית ועל העדשה כצינור המעביר אור, פיקסלים קטנים יותר מסוגלים להכיל פחות אור, ופיקסלים גדולים יותר מסוגלים להכיל יותר אור תוך הצגת טווח דינמי גבוה יותר.

טווח דינמי בתמונה מייצג בפשטות את היחס בין האיזורים המוארים ביותר בתמונה לאיזורים החשוכים ביותר. טווח דינמי גבוה יספק לנו איזון בין ההצללה באיזורים החשוכים לחשיפה באיזורים המוארים ושטווח דינמי נמוך ‘יקריב’ אחד מהם על מנת לשמור על השני. מעבר לכך, נמצא כי פיקסלים קטנים לא משפיעים כמעט בכלל על כמות הרעש הדיגיטלי המופיעה בתמונה הסופית, כך שאין לחשוב שאם נשתמש באותה עדשה על גבי מצלמות שונות עם חיישנים שונים וגדלי פיקסלים שונים בנתוני צילום זהים (מפתח צמצם, אורך מוקד, זמן חשיפה וכו’) נקבל נתוני רעש (Signal to Noise) שונים בפועל.

ובפשטות, אם נצלם במצלמות שונות (חיישני צילום שונים) עם אותה עדשה ועם אותם נתוני צילום (זמן חשיפה, מפתח צמצם, רגישות לאור וכו’), נקבל תמונה זהה כמעט לחלוטין מבחינת רעש דיגיטלי בפועל.

העיבוד התוכנתי במצלמות הסמארטפונים

כפי שהזכרנו קודם, יצרניות הסמארטפונים נתקלות בלא מעט אתגרים עם רצונן לשלב כמה שיותר פיקסלים על מנת שנוכל לחתוך יותר ויותר פנימה ללא ירידה משמעותית ברזולוציה, אך מנסות לעבוד עם גזרת העיבוד התוכנתי במטרה לאפשר צילום בכמות פיקסלים שונה בהתאם לתנאי התאורה. לדוגמה, חיישן ה-IMX586 של סוני לסמארטפונים מסוגל לצלם ב-48 מגה פיקסל, אך אם תצאו לצלם איתו בתנאי תאורה קשים תגלו כי התמונות הסופיות יצאו ברזולוציית 12 מגה פיקסל.

הדבר המוזכר לעיל נגרם עקב העובדה שסוני השתמשה בסידור המהווה פיתרון תוכנתי, אך גם כזה שנעשה בחלקת החומרה הנקרא Quad Bayer Array, אשר מציב כל 4 פיקסלים בגודל 0.8 מיקרו-מטר יחד ויוצר ריבוע אחד בגודל 1.6 מיקרו-מטר כך שנקבל יותר אור בכל יחידה והתמונה שתצא לבסוף אל המשתמש תגיע נקייה יותר ועם פחות רעש דיגיטלי. לעומת זאת, בתנאי תאורה טובים סוני יכולה להשתמש ברזולוציה המלאה של החיישן עקב החוסר בקליטת אור מרובה כל כך והמשתמש יוכל ליהנות מרזולוציה גבוהה יותר.

אומנם, גודל הפיקסלים הוביל לא רק לפתרונות כמו אלו של סוני, אלא גם ליצירת מצבי לילה מיוחדים כמו זה של וואווי (Huawei) המוצג בתמונות מעלה, אשר משתמש בבינה מלאכותית על מנת לייצב ולשלב מספר פריימים הנקלטים תוך צילום ממושך ואיחוד שלהם אל תמונה סופית המוצגת כמוארת לחלוטין ועם כמה שיותר פרטים. בפועל, עם מצלמה רגילה, היינו צריכים למקם את המצלמה על חצובה ולהאריך את זמן החשיפה על מנת שהחיישן יקלוט יותר אור, אך חברות הסלולר לא יכולות להרשות לעצמן לדרוש מהלקוחות לעמוד כ-10 שניות עם הטלפון ולא לזוז על מנת לצלם את האוכל שהרגע הגיע.

מנגד, עם מצלמה מקצועית היינו יכולים גם פשוט להקפיץ את רמת הרעש הדיגיטלי (ISO) בתמונה ולסמוך על כך שגודל החיישנים ידרוש מאיתנו להשתמש בכמות פחותה של רעש דיגיטלי על מנת להגיע לאותה רמת אור מול חיישן של סמארטפון בעל גודל חיישן קטן הקולט פחות אור. עקב העובדה שיצרניות הסלולר לא יכולות להגדיל באופן משמעותי במיוחד את החיישן שבסמארטפון בגלל המגבלות הפיזיות, הן חוזרות לגזרה התוכנתית שם אנחנו ממשיכים לראות תוצאות מרשימות.

כשיש לנו יותר ויותר פיקסלים בתמונה, כוח העיבוד שמאחורי הקלעים צריך להיות יותר ויותר עוצמתי. הוכחות לכך אנחנו רואים עם מערכות השבבים של אפל ושל קוואלקום, כשרק לאחרונה אפל חשפה בפנינו כי היא עובדת על טכניקה הנקראת Deep Fusion, בה המכשיר יעבור על כל פיקסל ופיקסל בתמונה על מנת לנתח אותו ולהבין מה החשיפה הנכונה בשבילו ושאר נתוני הצילום שיותאמו פר פיקסל. כך שסמארטפונים לא רק מסתמכים על הנתונים היבשים עליהן המצלמות הרגילות עדיין מתבססות יפה, אלא משתמשים גם בטכנולוגיות שלא ראינו עד כה על מנת לאפשר מה שלא היה אפשרי בעבר.

פיקסלים – השורה התחתונה

יותר פיקסלים הם לא דבר רע בעולם הצילום בסמארטפון – הם מאפשרים לנו לשחק עם רזולוציה גבוהה יותר המעניקה יותר פרטים, אך כשעל הנייר הכל נראה יפה וטוב, בשטח העיבוד התוכנתי שמאחורי העניין מגלה לנו ייצור של לא מעט רעש דיגיטלי ושאר עניינים המעיבים על איכות התמונה הסופית. מן הצד השני של המתרס, גם כמות פיקסלים קטנה במיוחד המגיעה עם גודל פיקסלים גדול לא תעזור עקב הרזולוציה הירודה שהיא תציע.

עקב כך, יצרניות הסלולר ממשיכות להתנסות הן ברזולוציות גבוהות (48/64 ובקרוב 108 מגה פיקסל) והן ברזולוציות ממוצעות (12/16 מגה פיקסל) על מנת למצוא את האיזון שעובד לא רק על הנייר, אלא מפיק את התוצאות הטובות ביותר בשטח. ואם נוכל לציין זאת כבר עכשיו, זה ברור שהמנצחת בתחום הצילום בסמארטפון תהיה החברה הראשונה להבחין מה הוא האיזון הנכון בין כמות פיקסלים מספקת לגודל חיישן ולעיבוד תוכנתי מרשים.

בשלב זה ניתן להבחין בבירור כי רוב יצרניות הסלולר הגדולות התיישבו על רזולוציה של 12 מגה פיקסל לחיישנים הראשיים שלהן, כשבנקודה זו הן לא מנסות להשתמש בטכניקות מפוצצות כמו שימוש ב-Pixel Binning לשילוב 4 פיקסלים קרובים לפיקסל אחד גדול יותר, אלא פשוט שומרות על גודל הפיקסל המקורי הן בתמונות שצולמו באור יום והן בתמונות שצולמו בחשיכה. לעומת זאת, במקום לנסות להשתמש בפיתרון חומרתי ותוכנתי כמו שילוב פיקסלים, הן מפתחות מצבי לילה (Night Modes) חדשים המשתמשים בבינה מלאכותית על מנת להתגבר על הבעיה המגיעה בצילום לילי.

בכתבה הבאה בנושא נעסוק במפתחי הצמצם בסמארטפונים, מה השינוי שנגרם מסמארטפון המגיע עם מצלמה במפתח צמצם f/1.8 ונעמיק ברעיונות שונים כמו אלו של סמסונג, המאמצת מפתחי צמצם משתנים בסמארטפונים שלה.

במאגר הקופונים שלנו כבר ביקרתם?
סמארטפונים וגאדג'טים במחירים נוחים ובמשלוח ישיר עד הבית
לחצו כאן
תגובות לכתבה
גאדג'טי | Gadgety
ניווט באתר
קטגוריות
גאדג'טי
חיפוש כתבות