پدیده‌ی عکاسی محاسباتی (Computatioal Photography) چیست و اهمیتش در کجاست؟

19 بهمن 1402

بزرگترین فرق دوربین‌های دیجیتال امروز که هم به طور مستقل وجود دارند و هم از طریق تلفن موبایل در دست همه مردم است، با دوربین‌های دیجیتال دیروز این است که در دوربین‌های دیجیتال و تلفن‌های هوشمند امروزی، پدیده‌ای به نام عکاسی محاسباتی (Computational Photography) وجود دارد و در آن قدیمی‌ترها چنین چیزی اصلا وجود و حضور ندارد.

سالیان سال وقتی می‌خواستی کتابی درباره عکاسی دیجیتال بنویسی وقتی به تعریف دوربین دیجیتال می‌رسیدی معمولا می‌توانستی بنویسی که در دوربین‌های قدیمی عنصر حساس به نوری داریم به نام فیلم که با نورگرفتن توسط عدسی دوربین تصویر بیرون را ثبت می‌کند، اما در دوربین‌های دیجیتال عنصر حساس به نور چیز دیگری است به نام CCD و نظایر آن که نور را تبدیل به الکتریسیته می‌کند و ثبت می‌کند. این، روزگاری، تنها فرق عکاسی دیجیتال و عکاسی معمولی و کلاسیک بود. اما الان دیگه این تعریف معنا نداره و بیشتر نشانه ساده‌لوح و بی‌اطلاع بودن نویسنده قلمداد می‌شه. عکاسی دیجیتال امروز به وضع وحشتناکی تغییر کرده و وارد عصر کامپیوتر شده است. بهتر بگم کامپیوتر هر روز بیشتر در عکاسی نقش بازی می‌کند. هر چند که به نظر می‌یاد منظورم کامپیوتر معمولی است ولی در واقع دوربین‌های دیجیتال این دو سه ساله‌ی آخر که به دلیل گرانی ارز، دیدن و خریدنشان در ایران ناممکن شده، بیشتر کامپیوترهای قوی هستند که به آن‌ها لنز و تشکیلات عکاسی متصل شده است.

یارو عکاسه برداشته نوشته: «من قبلا با خودم کلی دوربین و خرت‌پرت‌های دیگه برای عکاسی بیرون می‌بردم اما الان فقط تلفن‌همراه هوشمند (smartphone) با خودم می‌برم» دلیل این حرف چیست؟ دلیلش این است که شاید حتی پیشرفته‌ترین دوربین‌های فعلی دیجیتال کاری را که دوبین‌های اسمارت‌فون‌ها انجام می‌دهد را ممکن است نتوانند انجام دهند. بذارید چند تا مثال بزنم تا خوب دوزاری‌تان بیفته

حالت پرتره در تلفن‌های همراه هوشمند

در عکاسی معمولی وقتی می‌خواهید عکس تک‌چهره یا پرتره بگیرید از دیافراگم لنز باز (wide lens aperture) استفاده می‌‌کنید. این وضعیت باعث می‌شه که خود سوژه واضح بیفته ولی زمینه پشت‌اش که در عمق بیشتر قرار گرفته مقداری تار بشه که طبیعی هم هست. چون با باز کردن دیافراگم دوربین عمق میدان کم میشه و اینو تمام عکاس‌ها می‌دانند.
در عکس‌های زیر، سمت چپی عمق میدان زیاد و سمت راست عمق میدان کم دارد. به تفاوت پس‌زمینه‌ها توجه کنید که عمق میدان زیاد در تصویر چپ باعث شده که پس زمینه که خیلی هم چیز خوشگلی نیست واضح‌ بیفته ولی در سمت راست با کم شدن عمق میدان تمرکز بیشتر روی خود شخص است و پس زمینه کمی تا قسمتی محو است.

اما قضیه در دوربین‌های تلفن‌های هوشمند که بیشترشان دیافراگم ثابت دارند که باز و بسته نمی‌شه باید چطوری حل بشه؟ این‌جاست که اولین ظهور عکاسی محاسباتی را می‌بینیم. در بیشتر این قبیل اسمارت فون‌ها حالتی هست به نام Portrait Mode یا حالت عکاسی تک‌چهره که باید برای این قبیل تصویرها فعال بشه! اما وقتی این حالت فعال می‌شه اتفاق جالبی که می افته اینه که وقتی از کسی عکس می‌گیرید دوربین به سرعت دو تا عکس پشت سر هم با فاصله زمانی بسیار کم می‌گیره و روی هم می‌اندازه و بعد با ماسک کردن سوژه در عکس بالا، پایینی را به کمک فلیترهای محاسباتی‌اش قدری تار می‌‌کنه و همه را به صورت یک تصویر تحویل شما میده. همه این‌ اتفاق‌ها چنان سریع می‌افته که شما عکاس فکر می‌کنی این خودت بودی که با فشار یک تکمه یک تک‌چهره خوب از طرف گرفته‌ای، در عین حال تصویر همان‌جوری از کار در می‌آید که انگار با دوربین دیجیتال با دهانه باز گرفته شده است.

عکاسی HDR یا (High Dynamic Range)

عکاسی HDR که فارسیش تبدیل به واژه نچسب «عکاسی حوزه دینامیکی بالا» میشه هم چیزیست که معمولا در دوربین‌های دیجیتال معمولی کاری دورودراز و پر مشقت است. اما خلاصه‌ای را بخواهم برایتان شرح بدهم این شکلیه که واحد حساس به نور دوربین‌ها معمولا مقدار محدودی از نور را می‌‌تواند بپذیرد مثلا بگو یک ‌صد هزار درجه از روشنایی کامل تا تاریکی مطلق! اما در طبیعت درجه‌های روشنایی خیلی‌خیلی بیشتره مثلا بگو یک میلیون درجه روشنایی وجود داره. خوب اگر حالا در تصویری که از یک منظره می‌گیریم تمام این درجه‌های نور وجود داشته باشه، دوربین نمی‌تونه همه‌اش رو بگیره. و بنابراین مقداری از جزئیات هم در طرف تاریکی و هم در طرف روشنایی به ناچار از بین می‌ره و در تصویر نهایی ظاهر نمی‌شه! این‌جاست که به کمک باز و بسته کردن دیافراگم دوربین عموما از یک منظره طبیعی یا تصویری که در آن حرکت چندانی وجود ندارد چند تا عکس پشت سر هم با دیافرهای متفاوت می‌گیریم.

می‌دونید که هر چه دهانه دوربین بسته‌تر باشه نقاط روشن‌تر بیشتر ظهور و بروز دارند و نقاط کم‌نورتر سیاه‌تر و تاریک‌ترند. به تدریج که دیافر را بازتر می‌کنید نقاط روشن روشن‌تر و پرنورتر می‌شوند تا جایی که به اصطلاح در بعضی جاهای تصویر سوختگی ایجادمی‌شه اما در عوض با باز شدن هر چه بیشتر دیافراگم نقاط تاریک کاملا روشن و واضح می‌شوند. حالا فکر کنید که ده تا عکس با درجه‌های متفاوت دیافراگم گرفته‌ایم. این‌های هر کدام حوزه خاصی از روشنایی را گرفته‌اند و اگر می‌شد که تمام آن‌ها را با هم ترکیب کنیم، تمام روشنایی‌های درست تصویر را می‌توانستیم بگیریم. در عکاسی کلاسیک البته یا نمی‌شه این کار را کرد یا خیلی سخته. اما اگر عکس‌های دیجیتال‌ با درجه‌های مختلف دیافراگم را به فتوشاپ بدهید می‌توانید نقاط با تنظیم‌های درست و واضح از هر عکس را بگیرید و نقاط بیش از حد تاریک یا بیش از حد روشن را از همه آن‌ها در بیاورد و دور بیندازد و در انتها تصویری به شما بدهد که در تمام نقاط روشنایی درست و منطقی دارد و هیچ‌کجایش تاریکی مطلق یا سوختگی در اثر روشنایی زیاد ندارد و اما فرقش با عکس‌های معمولی این است که در این عکس‌ها جزئیاتی دیده می‌شوند که در تصاویر معمولی عمرا دیده شوند.
اگر عکاسی محاسباتی نبود امکان نداشت که تصویری مانند تصویر زیر را بتوانید با دوربین معمولی بگیرید.

در عکاسی با تلفن‌های هوشمند همین کار با کمک الگوریتم‌های متناسب و حتی آموزش ماشینی صورت می‌گیرد به این صورت که نقاط روشن و تاریک شناسایی می‌شوند با کمک ترکیب چند تا عکسی که پشت سر هم گرفته می‌شود و پردازش آن‌ها یک تصویر واضح از منظره یا سوژه مورد نظر ایجادمی‌شود. بیشتر کاری که دوربین تلفن‌های هوشمند انجام می‌دهد در این‌ حالت هم باز عکاسی محاسباتی محسوب می‌شود.

تصویر پانوراما در دوربین‌های دیجیتال و تلفن‌های هوشمند

پهنا و ارتفاع تصویر در دوربین همیشه مقدار محدود و مشخصی است. اما اگر بخواهید که پهنه‌ای وسیع‌تر از یک منظره را در تصویرتان جای بدهید، باید چه‌کار کنید؟ در عکاسی کلاسیک فیلم‌دار دوربین‌های خاصی هستند که مخصوص همین کارند و لنز متحرک دارند و با حرکت لنز در جهت افقی یک عکس پهن یا پانوراما می‌گیرند. این دوربین‌ها معمولا کارشان روی اسلاید تحویل می‌دهند و خیلی هم عالی عمل می‌‌کنند.

اما دوربین‌های دیجیتال و تلفن‌های هوشمند هم در روزگار جدید که لنز چرخان ندارند چی؟ این‌ها یک حالت عکاسی به نام Panorama Mode دارند که با فعال کردنش می‌توان تصویر پانوراما یا چشم‌اندازی گرفت. روش کار باز هم محاسبه است. کامپیوتر توی دوربین یا موبایل در حالت پانوراما به شما راهنمایی می‌کند که چند تا عکس پشت سر هم را چطوری بگیرید که سپس او بتواند با بریدن و چسباندن بخشی از آن‌ها به یکدیگر عکس پانوراما یا چشم‌اندازی پهن بگیرید. در این دوربین‌ها محاسبه کار لنز چرخان را انجام می‌دهد. البته باز هم از طریق نرم‌افزارهایی مانند فتوشاپ میشه که این کار را پس از عکس گرفتن و وارد کردن عکس‌ها به فتوشاپ انجام داد.

 ، این تنها سه مورد از عکاسی محاسباتی است که کمی شرح دادم اما موارد عکاسی محاسباتی بسیار بسیار بیشتر از این‌هاست که انشاالله در مقاله‌های بعدی برایتان خواهم گفت. اما قبل از اتمام این مقاله می‌خواهیم یک جور دیگه‌ای از عکاسی محاسباتی را شرح بدهم که به نظر این جانب دیگه تقلبه و اصلا راستش عکاسی نیست و باید برای آن فکری کرد تا اوضاع از دست همه در نرفته است.

قضیه ماه سامسونگ

 قضیه عکاسی از ماه موبایل‌های سامسونگ گالاکسی را شاید شنیده باشید. خلاصه قضیه اینه که سامسونگ ادعا کرد که دوربین‌های موبایل‌های گالاکسی تصویرهای شبانه عالی می‌گیرند و حتی از ماه هم می‌توانند با وجود نور کم تصاویر بسیار واضح و دقیق بگیرند که عکاس کف کند. خوب خیلی عالی، پیشرفت عکاسیه دیگه!

اما یک آدم ذبل و هوشمند به قضیه مشکوک شد و برای این که بفهمه که ادعای سامسونگ درسته یا نه برداشت صحنه‌ای درست کرد از یک دایره روشن در یک فضای تاریک مشابه ماه در آسمان و بعد از آن با تلفن سامسونگ عکس گرفت و متوجه شد که حتی توی این تصویر هم که در آن کلا اصلا ماهی در کار نیست، باز هم تمام ریزه‌کاری‌های ماه واقعی ظاهر شده است!! جل‌‌الخالق!! و از این‌جا متوجه شد و همه را متوجه کرد که سامسونگ متقلب است و دوربین‌اش زیاده از حد کار محاسباتی انجام می دهد و جزئیات ماه را از صحنه واقعی نمی‌گیرد بلکه خودش می‌سازد.

اولش سامسونگ منکر شد و تهدید کرد که شکایت می‌کنه و این چه بساطیه که هر کی از راه می‌رسه کمپانی معظم ما رو زیر سوال می‌بره و کلی عر و تیز دیگه!! اما وقتی دیگران هم همان کار نفر اول را کردند و دیدند که دوربینه عقل و شعور درست و حسابی نداره و هر چیز گرد روشنی در محیط تاریک را ماه فرض می‌کنه و بهش جزئیات ماه واقعی را اضافه می‌کنه، به خوردن چیزای نه چندان خوشبو افتاد و یواش یواش اعتراف کرد که ماه سامسونگ کیکه!! اما البته توضیحاتی هم دادند که گندکاری‌شان را کمی سرپوش بگذارد. از خواندن آن توضیحات خداوکیلی من یکی که قانع نشدم و مطمئن هستم که اگر شما هم آن‌ها را ببینید متوجه پاره‌سنگ بردن عقل کسانی که این توضیحات را داده‌اند خواهید شد. و خواهید گفت:

میان ماه من با ماه سامسونگ
تفاوت از زمین تا آسمان است.

این‌ها تنها مشتی از خروار کارهایی است که عکاسی محاسباتی انجام می‌دهد اما این نوع عکاسی با قوی‌تر شدن کامپیوترها و موبایل‌ها و دوربین‌ها،هر روزی که بگذرد، گزینه‌های بیشتر و جدیدتری بیرون خواهد داد. این وسط قوانین و قراردادها هم باید به تناسب آن تغییر کنند، مثلا اگر دوربینی از کسی عکس گرفت و تصویر را در جا به کمک محاسبات برهنه کرد، یا سن سوژه را کم و زیاد کرد یا چیزهایی را به طور خودکار از تصویر حذف کرد که بعدا معلوم شد ارزش داشته و چیزهای دیگه‌ای که اگر فکر کنید خودتان بهش خواهید رسید، آیا قوانین باید به این جور محاسبات تن بدهند و بگویند پیشرفت تکنولوژیه دیگه! و کاری نمی‌شه کرد؟

در مقاله‌های آینده به موارد دیگه‌ای از عکاسی محاسباتی و عکاسی فرمانی با کمک هوش مصنوعی خواهم پرداخت!