سنسور RYYB دوربین هواوی پی 30 پرو چگونه کار می‌کند؟


26 اردیبهشت 1398 - 12:19
5cdd16049fca3_2019-05-16_12-19
به لطف استفاده از سنسور RYYB در دوربین هواوی پی 30 پرو توان دریافت نور از محیط در آن نزدیک به 40 درصد افزایش پیدا کرده است! اما این پیشرفت چشم‌گیر چطور به دست آمد و سنسور RYYB چگونه کار می‌کند؟

هواوی پی 30 پرو اولین گوشی هوشمندی است که از سنسور دوربین جدید سونی IMX650 در آن استفاده شده است. برخلاف تصور، مهم‌ترین ویژگی این سنسور امکان ثبت تصاویر 40 مگاپیکسلی نیست. در سنسور IMX650 از فیلتر رنگ RYYB استفاده شده که برای نخستین مرتبه در دنیای فناوری اتفاق می‌افتد. هواوی مدعی است استفاده از این نوع فیلتر رنگ سبب شده توانایی سنسور برای جذب نور از محیط چیزی حدود 40 درصد افزایش پیدا کند. از آن جایی که دوربین هواوی پی 30 پرو معجزه‌اش را حین عکاسی در تاریکی نشان می‌دهد، به نظر می‌رسد این ادعا حقیقت دارد. اما سنسور RYYB چگونه کار می‌کند و تفاوت اساسی آن با سنسور رنگی به کار رفته در دوربین سایر گوشی های هوشمند چیست؟

آشنایی با فیلتر Bayer
برای درک فیلتر RYYB ابتدا باید به درک خوبی از نحوه عملکرد فیلتر Bayer برسیم. یک فیلتر Bayer در واقع آرایه‌‌ای از فیلترهای رنگ است که روی سنسور تصویر قرار می‌گیرد. به خاطر اختراع شدن آن به دست آقای برایس بیر (Bryce Bayer) به این شیوه نام‌گذاری شده است.

 

دلیل نیاز به یک آرایه‌ از فیلترهای رنگی این است که سنسور تصویر، به خاطر نوع طراحی آن، فقط به نور حساس بوده و حساسیتی نسبت به رنگ‌ها ندارد. با توجه به توانایی آن تنها برای دریافت نور، یک عکس به ثبت رسیده توسط سنسور تصویر دیجیتالی به صورت پیش‌فرض همیشه سیاه و سفید خواهد بود. به منظور فراهم کردن قابلیت دریافت رنگ‌ها، به آرایه‌ای از فیلترهای رنگی همچون Bayer نیاز داریم. ابتدا، نور فرابنفش و مادون قرمز توسط دیگر انواع فیلترها تصفیه می‌شود. وقتی نور به طیف قابل رویت رسید، فیلتر Bayer دست به کار می‌شود.

فیلتر Bayer روی هر پیکسل، لایه‌ای رنگی قرار می‌دهد. به همین دلیل در شبکه‌ای متشکل از 2*2 پیکسل، یک پیکسل قرمز، یک پیکسل آبی و دو پیکسل سبز وجود خواهد داشت. استفاده از ترکیب رنگ‌های قرمز-سبز-آبی به عنوان متداول‌ترین فیلتر رنگ دلایل خاص خود را دارد. بینایی انسان در حالت کلی سه رنگی است، به این معنی که به صورت عمده، تنها به سه گروه از طول‌ موج‌های نور حساسیت دارد. این موج‌ها چیزی به جز سه رنگ قرمز، سبز و آبی نیستند. مغز ما بر اساس همپوشانی که موج‌های این سه رنگ با یکدیگر دارند، قادر است رنگ‌های دیگری را نیز پردازش کند، در حالی که آن‌ها در واقعیت وجود ندارند. دوربین‌ها، به وسیله شبیه‌سازی نحوه عملکرد سیستم بینایی انسان طراحی شده‌اند و به همین دلیل در باطن، سه رنگی هستند.
فیلتر Bayer در یک شبکه متشکل از 2*2 پیکسل در سنسور تصویر، یک لنز قرمز، یک لنز آبی و دو لنز سبز قرار می‌دهد. به این ترتیب نور عبور کرده از داخل آرایه به ترتیب رنگ‌ها فیلتر می‌شود. پیکسل زیر لنز قرمز، تصویری سیاه و سفید دریافت کرده و در ادامه اشیای دارای رنگ‌ قرمز را فیلتر می‌کند. در ادامه تمامی اشیای دارای این رنگ درون فریم روشن‌تر خواهند شد. در دو زیر پیکسل دیگر نیز اتفاق مشابهی رخ می‌دهد.

 

اکنون به لطف فیلترهای موجود، تصویری متشکل از سطوح مختلف نوردهی به ازای هر پیکسل داریم. به منظور ایجاد رنگ‌های واقعی، به فرآیندی جداگانه با عنوان Debayering یا Demosaicing نیاز خواهیم داشت. یک الگوریتم پیچیده، که معمولا هر شرکت گوشی‌ساز به طور انحصاری آن را توسعه می‌دهد، امکان تفسیر مقادیر رنگ‌های مختلف را میسر می‌کند. در این الگوریتم، از طریق جمع‌آوری اطلاعات به دست آمده توسط هر پیکسل و با در نظر گرفتن پیکسل‌های اطراف آن، رنگ اصلی که باید به هر پیکسل تعلق پیدا کند مشخص خواهد شد. بسته به پیچیدگی و دقت الگوریتم، رنگ‌های اشیای داخل تصویر به میزانی مختلف به نمونه واقعی شباهت خواهند داشت.

تصویر دیجیتالی خام یک سنسور، همیشه سیاه و سفید است. فراهم شدن امکان مشاهده رنگ‌های اشیای مختلف داخل عکس، دلیل عبور آن از دل فرآیند Demosaicing محسوب می‌شود. وقتی یک تصویر خام (RAW) را داخل ویرایشگر تصویر همچون فتوشاپ باز می‌کنید، این نرم افزار با استفاده از الگوریتم Demosaicing انحصاری خود رنگ‌های اشیای درون قاب تصویر را تعیین می‌کند. به همین دلیل حین استفاده از نرم افزارهای گوناگون برای ویرایش عکس‌های RAW، نتایج مختلفی به دست خواهد آمد.

بعد از اتمام فرآیند Demosaicing، عکس برای پردازش‌های بعدی آماده خواهد بود. در این مرحله موارد دیگری همچون میزان نوردهی، کنتراست، نقاط دارای اهمیت، سایه‌ها، وایت بالانس، نویز دقت به منظور ایجاد تصویر نهایی تنظیم می‌شوند.

در فیلتر Bayer از آرایه زیر پیکسل‌های RGGB استفاده می‌شود. همانطور که پیشتر به آن اشاره کردیم، دلیل این نوع پیاده‌سازی، تلاش برای تقلید از نحوه عمکرد چشم انسان بوده است. دلیل استفاده از دو زیر پیکسل سبز، قرارگیری آن در میانه طیف رنگ قابل مشاهده توسط انسان محسوب می‌شود. به عبارتی چشم انسان، بیشترین حساسیت را به رنگ سبز دارد. از طرفی کانال سبز، به عنوان روشنایی عمل می‌کند. تنظیم کردن سطح سبز داخل عکس نه تنها رنگ، بلکه میزان روشنایی تصویر را نیز شدیدا تحت تاثیر قرار خواهد داد.

 

سنسور RYYB با استفاده از فیلتر رنگی متفاوت یکی از جدیدترین راهکارهای جایگزین برای RGGB محسوب می‌شود، اما پیش از آن، ترکیب‌های دیگری نیز اختراع شده بودند. به عنوان نمونه می‌توان به CYYM اشاره کرد که در آن فیلتر از رنگ‌های فیروزه‌ای، زرد و ارغوانی تشکیل می‌شود. مزیت استفاده از این ترکیب، افزایش توانایی سنسور به منظور دریافت نور از محیط است. همانطور که از نام فیلتر Bayer می‌توان به خوبی درک کرد، این یک فیلتر است، به همین دلیل کمی از نور حین عبور از آن از بین می‌رود!

از طرفی در فیلترهای RGGB، نیمی از پیکسل‌ها موج‌های سبز، یک چهارم دیگر رنگ قرمز و مابقی نور آبی را دریافت می‌کنند، به همین دلیل هرگز به حداکثر رزولوشنی که برای یک دوربین تعیین شده است دست پیدا نخواهید کرد. یک سنسور CYYM، به لطف داشتن سرعت انتقال نور بالاتر، برای برطرف کردن این محدودیت طراحی شده بود تا بلکه بتواند به ازای استفاده از تعداد مشخصی پیکسل، در مقایسه با زمان استفاده از فیلتر RGGB، رزولوشن بالاتری حاصل کند.

در آرایه فیلترهای رنگ CYYM با وجود افزایش توانایی دریافت نور از محیط، کیفیت عکس‌های نهایی به ثبت رسیده کاهش پیدا کرده بود، چرا که در مقایسه با ترکیب RGGB به الگوریتم‌های Demosaicing پیچیده‌تری نیاز داشت. به همین دلیل سنسورهای CYYM هرگز در دنیای دیجیتال چندان محبوب نشده و طی چند سال اخیر، دوربین‌های انگشت شماری با استفاده از آن‌ها ساخته شدند.

ظهور سنسور RYYB هواوی پی 30 پرو
مهندسان، از همان کانال‌های آبی و قرمز پیشین در سنسور RYYB بهره برده‌اند، اما این مرتبه کانال‌های سبز، با دو کانال زرد جایگزین شده‌اند. همانطور که گفتیم، دلیل استفاده از دو زیر پیکسل سبز افزایش توان دریافت نور از محیط بود. حال با جایگزین آن با زیر پیکسل‌های زرد، پتانسیل جذب نور به میزانی باورنکردنی افزایش پیدا کرده است.

البته مشکل توسعه الگوریتم‌هایی برای فرآیند Demosaicing حین استفاده از سنسور RYYB هنوز پابرجاست، اما این محدودیت به واسطه دستیابی به روش‌های نوین همچون استفاده از هوش مصنوعی به منظور آنالیز محتوای عکس به میزان قابل توجهی برطرف شده‌ است. به این ترتیب می‌توان بدون وجود کانالی جداگانه برای رنگ سبز، رنگ هر پیکسل را به طور دقیق مشخص کرد.

 

البته کارایی این راهکار در مقایسه با زمان استفاده از استاندارد متداول RGGB را نمی‌توان به راحتی آزمایش و تایید کرد، به همین دلیل مجبور به اتکا به ادعاهای سازنده و مخصوصا نمونه عکس‌های به ثبت رسیده توسط دوربین هواوی پی 30 پرو هستیم. با این حال، نمی‌توان از جالب بودن ایده خلاقانه هواوی به منظور افزایش قابل توجه توان دوربین گوشی های هوشمند به منظور عکاسی در زمان عدم وجود نور کافی چشم‌پوشی کرد.

به لطف استفاده از سنسور RYYB در دوربین هواوی پی 30 پرو توان دریافت نور از محیط در آن نزدیک به 40 درصد افزایش پیدا کرده است! اما این پیشرفت چشم‌گیر چطور به دست آمد و سنسور RYYB چگونه کار می‌کند؟

پایگاه خبری خبر فوری (khabarfoori.com)

5cdd16049fca3_2019-05-16_12-19
26 اردیبهشت 1398 - 12:19

هواوی پی 30 پرو اولین گوشی هوشمندی است که از سنسور دوربین جدید سونی IMX650 در آن استفاده شده است. برخلاف تصور، مهم‌ترین ویژگی این سنسور امکان ثبت تصاویر 40 مگاپیکسلی نیست. در سنسور IMX650 از فیلتر رنگ RYYB استفاده شده که برای نخستین مرتبه در دنیای فناوری اتفاق می‌افتد. هواوی مدعی است استفاده از این نوع فیلتر رنگ سبب شده توانایی سنسور برای جذب نور از محیط چیزی حدود 40 درصد افزایش پیدا کند. از آن جایی که دوربین هواوی پی 30 پرو معجزه‌اش را حین عکاسی در تاریکی نشان می‌دهد، به نظر می‌رسد این ادعا حقیقت دارد. اما سنسور RYYB چگونه کار می‌کند و تفاوت اساسی آن با سنسور رنگی به کار رفته در دوربین سایر گوشی های هوشمند چیست؟

آشنایی با فیلتر Bayer
برای درک فیلتر RYYB ابتدا باید به درک خوبی از نحوه عملکرد فیلتر Bayer برسیم. یک فیلتر Bayer در واقع آرایه‌‌ای از فیلترهای رنگ است که روی سنسور تصویر قرار می‌گیرد. به خاطر اختراع شدن آن به دست آقای برایس بیر (Bryce Bayer) به این شیوه نام‌گذاری شده است.

 

دلیل نیاز به یک آرایه‌ از فیلترهای رنگی این است که سنسور تصویر، به خاطر نوع طراحی آن، فقط به نور حساس بوده و حساسیتی نسبت به رنگ‌ها ندارد. با توجه به توانایی آن تنها برای دریافت نور، یک عکس به ثبت رسیده توسط سنسور تصویر دیجیتالی به صورت پیش‌فرض همیشه سیاه و سفید خواهد بود. به منظور فراهم کردن قابلیت دریافت رنگ‌ها، به آرایه‌ای از فیلترهای رنگی همچون Bayer نیاز داریم. ابتدا، نور فرابنفش و مادون قرمز توسط دیگر انواع فیلترها تصفیه می‌شود. وقتی نور به طیف قابل رویت رسید، فیلتر Bayer دست به کار می‌شود.

فیلتر Bayer روی هر پیکسل، لایه‌ای رنگی قرار می‌دهد. به همین دلیل در شبکه‌ای متشکل از 2*2 پیکسل، یک پیکسل قرمز، یک پیکسل آبی و دو پیکسل سبز وجود خواهد داشت. استفاده از ترکیب رنگ‌های قرمز-سبز-آبی به عنوان متداول‌ترین فیلتر رنگ دلایل خاص خود را دارد. بینایی انسان در حالت کلی سه رنگی است، به این معنی که به صورت عمده، تنها به سه گروه از طول‌ موج‌های نور حساسیت دارد. این موج‌ها چیزی به جز سه رنگ قرمز، سبز و آبی نیستند. مغز ما بر اساس همپوشانی که موج‌های این سه رنگ با یکدیگر دارند، قادر است رنگ‌های دیگری را نیز پردازش کند، در حالی که آن‌ها در واقعیت وجود ندارند. دوربین‌ها، به وسیله شبیه‌سازی نحوه عملکرد سیستم بینایی انسان طراحی شده‌اند و به همین دلیل در باطن، سه رنگی هستند.
فیلتر Bayer در یک شبکه متشکل از 2*2 پیکسل در سنسور تصویر، یک لنز قرمز، یک لنز آبی و دو لنز سبز قرار می‌دهد. به این ترتیب نور عبور کرده از داخل آرایه به ترتیب رنگ‌ها فیلتر می‌شود. پیکسل زیر لنز قرمز، تصویری سیاه و سفید دریافت کرده و در ادامه اشیای دارای رنگ‌ قرمز را فیلتر می‌کند. در ادامه تمامی اشیای دارای این رنگ درون فریم روشن‌تر خواهند شد. در دو زیر پیکسل دیگر نیز اتفاق مشابهی رخ می‌دهد.

 

اکنون به لطف فیلترهای موجود، تصویری متشکل از سطوح مختلف نوردهی به ازای هر پیکسل داریم. به منظور ایجاد رنگ‌های واقعی، به فرآیندی جداگانه با عنوان Debayering یا Demosaicing نیاز خواهیم داشت. یک الگوریتم پیچیده، که معمولا هر شرکت گوشی‌ساز به طور انحصاری آن را توسعه می‌دهد، امکان تفسیر مقادیر رنگ‌های مختلف را میسر می‌کند. در این الگوریتم، از طریق جمع‌آوری اطلاعات به دست آمده توسط هر پیکسل و با در نظر گرفتن پیکسل‌های اطراف آن، رنگ اصلی که باید به هر پیکسل تعلق پیدا کند مشخص خواهد شد. بسته به پیچیدگی و دقت الگوریتم، رنگ‌های اشیای داخل تصویر به میزانی مختلف به نمونه واقعی شباهت خواهند داشت.

تصویر دیجیتالی خام یک سنسور، همیشه سیاه و سفید است. فراهم شدن امکان مشاهده رنگ‌های اشیای مختلف داخل عکس، دلیل عبور آن از دل فرآیند Demosaicing محسوب می‌شود. وقتی یک تصویر خام (RAW) را داخل ویرایشگر تصویر همچون فتوشاپ باز می‌کنید، این نرم افزار با استفاده از الگوریتم Demosaicing انحصاری خود رنگ‌های اشیای درون قاب تصویر را تعیین می‌کند. به همین دلیل حین استفاده از نرم افزارهای گوناگون برای ویرایش عکس‌های RAW، نتایج مختلفی به دست خواهد آمد.

بعد از اتمام فرآیند Demosaicing، عکس برای پردازش‌های بعدی آماده خواهد بود. در این مرحله موارد دیگری همچون میزان نوردهی، کنتراست، نقاط دارای اهمیت، سایه‌ها، وایت بالانس، نویز دقت به منظور ایجاد تصویر نهایی تنظیم می‌شوند.

در فیلتر Bayer از آرایه زیر پیکسل‌های RGGB استفاده می‌شود. همانطور که پیشتر به آن اشاره کردیم، دلیل این نوع پیاده‌سازی، تلاش برای تقلید از نحوه عمکرد چشم انسان بوده است. دلیل استفاده از دو زیر پیکسل سبز، قرارگیری آن در میانه طیف رنگ قابل مشاهده توسط انسان محسوب می‌شود. به عبارتی چشم انسان، بیشترین حساسیت را به رنگ سبز دارد. از طرفی کانال سبز، به عنوان روشنایی عمل می‌کند. تنظیم کردن سطح سبز داخل عکس نه تنها رنگ، بلکه میزان روشنایی تصویر را نیز شدیدا تحت تاثیر قرار خواهد داد.

 

سنسور RYYB با استفاده از فیلتر رنگی متفاوت یکی از جدیدترین راهکارهای جایگزین برای RGGB محسوب می‌شود، اما پیش از آن، ترکیب‌های دیگری نیز اختراع شده بودند. به عنوان نمونه می‌توان به CYYM اشاره کرد که در آن فیلتر از رنگ‌های فیروزه‌ای، زرد و ارغوانی تشکیل می‌شود. مزیت استفاده از این ترکیب، افزایش توانایی سنسور به منظور دریافت نور از محیط است. همانطور که از نام فیلتر Bayer می‌توان به خوبی درک کرد، این یک فیلتر است، به همین دلیل کمی از نور حین عبور از آن از بین می‌رود!

از طرفی در فیلترهای RGGB، نیمی از پیکسل‌ها موج‌های سبز، یک چهارم دیگر رنگ قرمز و مابقی نور آبی را دریافت می‌کنند، به همین دلیل هرگز به حداکثر رزولوشنی که برای یک دوربین تعیین شده است دست پیدا نخواهید کرد. یک سنسور CYYM، به لطف داشتن سرعت انتقال نور بالاتر، برای برطرف کردن این محدودیت طراحی شده بود تا بلکه بتواند به ازای استفاده از تعداد مشخصی پیکسل، در مقایسه با زمان استفاده از فیلتر RGGB، رزولوشن بالاتری حاصل کند.

در آرایه فیلترهای رنگ CYYM با وجود افزایش توانایی دریافت نور از محیط، کیفیت عکس‌های نهایی به ثبت رسیده کاهش پیدا کرده بود، چرا که در مقایسه با ترکیب RGGB به الگوریتم‌های Demosaicing پیچیده‌تری نیاز داشت. به همین دلیل سنسورهای CYYM هرگز در دنیای دیجیتال چندان محبوب نشده و طی چند سال اخیر، دوربین‌های انگشت شماری با استفاده از آن‌ها ساخته شدند.

ظهور سنسور RYYB هواوی پی 30 پرو
مهندسان، از همان کانال‌های آبی و قرمز پیشین در سنسور RYYB بهره برده‌اند، اما این مرتبه کانال‌های سبز، با دو کانال زرد جایگزین شده‌اند. همانطور که گفتیم، دلیل استفاده از دو زیر پیکسل سبز افزایش توان دریافت نور از محیط بود. حال با جایگزین آن با زیر پیکسل‌های زرد، پتانسیل جذب نور به میزانی باورنکردنی افزایش پیدا کرده است.

البته مشکل توسعه الگوریتم‌هایی برای فرآیند Demosaicing حین استفاده از سنسور RYYB هنوز پابرجاست، اما این محدودیت به واسطه دستیابی به روش‌های نوین همچون استفاده از هوش مصنوعی به منظور آنالیز محتوای عکس به میزان قابل توجهی برطرف شده‌ است. به این ترتیب می‌توان بدون وجود کانالی جداگانه برای رنگ سبز، رنگ هر پیکسل را به طور دقیق مشخص کرد.

 

البته کارایی این راهکار در مقایسه با زمان استفاده از استاندارد متداول RGGB را نمی‌توان به راحتی آزمایش و تایید کرد، به همین دلیل مجبور به اتکا به ادعاهای سازنده و مخصوصا نمونه عکس‌های به ثبت رسیده توسط دوربین هواوی پی 30 پرو هستیم. با این حال، نمی‌توان از جالب بودن ایده خلاقانه هواوی به منظور افزایش قابل توجه توان دوربین گوشی های هوشمند به منظور عکاسی در زمان عدم وجود نور کافی چشم‌پوشی کرد.

منبع: گجت نیوز

آدرس خبرفوری در پیام‌رسان گپgap.im/akhbarefori


763

نظرات
  • دیدگاه های ارسال شده توسط شما پس از تایید توسط مدیر سایت منتشر خواهد شد.
  • پیام هایی که حاوی تهمت و افترا باشند منتشر نخواهند شد.
  • پیام هایی که غیر از زبان پارسی یا غیر مرتبط باشند منتشر نخواهد شد.
خبر فوری در شبکه های اجتماعی
khabarfoori in social networks
پیشنهاد ما
مهم‌ترین رهبران جهان را که جنازه‌شان گم شده است بشناسید/ از ناپدید شدن هیتلر و شایعه زنده بودنش تا ناپدید شدن جنازه صدام و رضا شاه و حل کردن جسد تزار روسیه در اسید
سازوکار حزبی برای بررسی پرونده اخلاقی مدیران اصلاح طلب نداریم / «نجفی» عضو کارگزاران بود، چرا از انتصاب او حمایت کردند؟ / حاشیه های اخلاقی مدیران، اصلاح طلب و اصولگرا نمی شناسد
اینفوگرافی؛ تعداد ناوهای جنگی 8 کشور اول جهان/ ایران در رتبه‌ چهارم قرار دارد
بنیاد مستضعفان؛ سازمانی با بیش از 56 هزار میلیارد درآمد؟ / از شایعه ساخت باشگاه در دبی تا هزینه 100 میلیارد تومانی برای یک ساختمان
آمریکایی‌ها معتقدند ظریف سرشان کلاه گذاشته / ترامپ برای انتخابات به عکس یادگاری با روحانی نیاز دارد / آمریکا در جنگ با ایران پیروز نمی‌شود
بیت‌کوین چیست و چگونه کار می‌کند؟ / معرفی کامل این ارز دیجیتال
در این دوره مردم به سمت حرکات پوپولیستی نخواهد رفت/ به جز مرحوم هاشمی بقیه باور به رییس‌جمهور شدن نداشتند/مردم از دو جناح رویگردانند/ نگاه‌های یک طرفه چالش جریان اصولگرا است