جوجل تطور شريحتها الخاصة لدعم التصوير في الهواتف الخليوية

تحديث في 2/6/2018: كانت جوجل قد أبطلت تفعيل نواة بيكسل البصرية في كل شيء باستثناء تطبيق الكاميرا الأساسي، ولكنها أعادت إمكانية استخدامه حتى مع التطبيقات الخارجية. يمكن للمطورين أن يجدوا الوثائق مفتوحة المصدر على الإنترنت، ومن المرجح أن يلاحظ المستخدمون زيادة في الألوان والمدى من التطبيقات الأخرى من الآن فصاعداً. يعتبر هذا التحديث جزءاً من تحديث أندرويد لهذا الشهر، وسيأخذ مفعوله بعد التحميل مباشرة.

عندما كان التصوير ما زال يعتمد على الأفلام الفوتوغرافية، كان الطابع العام للصور يختلف باختلاف الأفلام المستخدمة في الكاميرات، فمثلاً كان هناك أفلام تنتج صوراً خفيفة الألوان وغائمة أو قوية الألوان وواضحة التباين. وكان المصور الخبير قادراً على تحديد نوع الفيلم بمجرد النظر إلى الصورة، وذلك بالتدقيق في بعض الميزات مثل الألوان، والتباين، والأشكال الحبيبية. ولكن بوصول العصر الرقمي لم نعد نفكر بهذه الأمور بعد الآن، وبدلاً من هذا نميل إلى النظر إلى الملفات الرقمية الخام على أنها محاولات حيادية لإعادة تشكيل ما تراه العين البشرية. ولكن في الحقيقة، فإن تقنيات كاميرات الهواتف الذكية تتضمن كميات هائلة من عمليات المعالجة التي تحدث بدون علم المستخدم، ويعتبر المهندسون مسؤولين عن توجيه هذه التقنيات لتحقيق المستوى الجمالي المطلوب. يستخدم هاتف جوجل بيكسل 2 الجديد خوارزميات فريدة من نوعها ومعالجاً مخصصاً للصور للحصول على الأسلوب المميز لتصوير هذا الهاتف.

تم تطوير كاميرا بيكسل 2 من قبل فريق من المهندسين المتخصصين أيضاً بالتصوير، وقد اتخذوا الكثير من الخيارات ذات الطابع الشخصي حول المنظر الجيد لصور الهاتف الذكي. وقد أكدوا على أهمية الألوان الزاهية ودقة التفاصيل في جميع أجزاء الصورة. يقول ايزاك رينولدز، مدير في مشروع التصوير في فريق تطوير جوجل بيكسل 2: "أستطيع أن أحدد أي صورة التُقطت بهاتف بيكسل 2 بمجرد النظر إليها. وعادة ما أنظر إلى الظلال، وأتمكن من تمييز طابع كاميرتنا فيها".

من الناحية النظرية، يكاد يكون العتاد الصلب في بيكسل 2 مطابقاً لما نجده في الهاتف الأصلي، ويعتمد على عدسة بنفس التغطية مع الدقة الاعتيادية التي تبلغ 12 ميجا بيكسل. غير أن التصوير بالهواتف الذكية أصبح يعتمد أكثر من ذي قبل على الخوارزميات والشرائح التي تطبقها، وهو المجال الذي قررت جوجل أن تركز فيه أغلب جهودها. وفي الواقع، فقد صممت جوجل شريحة تحمل نظاماً متكاملاً باسم نواة بيكسل البصرية، وزودت به هاتف بيكسل 2 لتولي أغلب المهام الأساسية المتعلقة بالتصوير وعمليات التعلم الآلي.

بالنسبة للمستخدمين، فإن أفضل إضافة في مجال التصوير إلى هاتف بيكسل 2 هي تقنيته الجديدة للمجال الديناميكي المرتفع، والتي تعمل على 99% من الصور التي ستلتقطها، وفقاً لرينولدز. وعلى الرغم من أن استخدام المجال الديناميكي المرتفع ليس بالأمر الجديد في الهواتف الذكية، فإن التقنية الخاصة ببيكسل 2، والمسماة HDR+، تعمل بشكل غير مألوف.

في كل مرة تضغط على زر التصوير، تلتقط الكاميرا ما يصل إلى 10 صور. وإذا كنت مطلعاً على تقنية المجال الديناميكي المرتفع العادية، فقد تتوقع أن يكون لكل صورة تعرّض ضوئي مختلف من أجل تحسين التفاصيل في المناطق المضيئة والمظلمة. ولكن في HDR+، يتم التقاط جميع الصور بنفس الدرجة من التعرض الضوئي، بحيث تبقى فقط الفروق الطبيعية مثل الضجيج، ومن ثم تُقسم الصور إلى شبكة، وتُقارن مع بعضها وتُجمع لتشكيل صورة واحدة. عند النظر إلى الصور بشكل منفرد، قد تبدو ضعيفة الإضاءة لمنع السطوع الزائد في المناطق المضيئة، ولكن يتم تضخيم الألوان في المناطق المظلمة لإظهار التفاصيل. وتتعرف خوارزمية تعلم آلي على الضجيج وتقوم بحذفه، حيث يظهر هذا الضجيج عادة عند رفع التعرض الضوئي للمناطق المظلمة.

يحدث كل هذا خلال جزء من الثانية عموماً، أما الزمن المطلوب بالضبط فيتغير اعتماداً على ظروف التصوير، وطبعاً لا يشعر المستخدم بأي شيء. وليس هناك داعٍ حتى لتشغيل نظام HDR+. حيث أنه جزء أساسي من طريقة عمل الكاميرا.

تستمد هذه التقنية قوة المعالجة من العتاد الصلب الأساسي في الهاتف، ولكنها ستعمل لاحقاً انطلاقاً من شيء جديد تماماً في جوجل، وهو نواة جوجل البصرية. وهي عبارة عن نظام متكامل على شريحة مدمجة في هواتف بيكسل 2، ولكنها غير مفعلة حالياً، ومن المنتظر أن يتم تشغيلها عبر أحد التحديثات البرمجية. وبنقل عبء التصوير من المعالج الرئيسي إلى هذه الشريحة، يصبح التقاط الصورة ببيكسل 2 أسرع بخمس مرات وأكثر فعالية في استهلاك الطاقة بعشر مرات. وما فعلته جوجل، باختصار، هو أنها وضعت حاسوباً مصغراً ضمن الهاتف الذكي، وخصصته لهذا النوع من العمل في معالجة الصور.

يعتبر كل هذا ضرورياً بسبب محدودية العتاد الصلب للكاميرا في الهاتف الذكي العادي. يقول رينولدز في إشارة مباشرة إلى العلاقة ما بين حجم حساس التصوير والأداء في الإضاءة الضعيفة: "لا شك في أننا نرغب بوجود حساس كامل الإطار في الهاتف الذكي (أي بحجم لقطة الفيلم الفوتوغرافي)، ولكنه في هذه الحالة سيحتل حوالي 40% من مساحة الهاتف".

حالياً، لا يمكن استخدام تقنية HDR+ إلا ضمن برنامج الكاميرا الأساسي في أندرويد. وإذا استخدمت برنامجاً خارجياً للتصوير مثل لايتروم أو كاميرا بلاس، يمكنك أن ترى بوضوح الفرق بين اللقطة الوحيدة والصورة المؤلفة من عدة لقطات. وهذا الفرق، كما يمكن أن تتوقع، هو واضح على وجه الخصوص في الظلال كما يبدو في الصورتين أعلاه.

تخطط جوجل لفتح المنصة أمام المطورين الخارجيين، بحيث يمكن أن يستفيدوا من قدرة الحوسبة الإضافية أيضاً. (ملاحظة: سيتم بعد تنصيب تحديث فبراير 2018 لأندرويد تفعيل نواة بيكسل البصرية للمطورين الآخرين).

يعتبر هذا العمل جزءاً من التوجه نحو الاعتماد على الحوسبة لتشكيل صور تتجاوز ما يمكن أن تلتقطه الكاميرا العادية، ويبدو أن هذا التوجه مستمر في عالم الهواتف الذكية. يقول رينولدز: "يتوقع الناس من كاميرا الهاتف الذكي أن تلتقط صورة مطابقة للمشهد الذي يرونه بأعينهم". لقد بدأ تأثير التصوير المحوسب يظهر في أشياء مثل الصور البانورامية التي تعتمد على تركيب عدة لقطات معاً بشكل انسيابي.

يتوقع المستخدمون أيضاً من الهواتف الذكية أن تقلد الكاميرات الأكثر تطوراً من ناحية قوة الحوسبة. ويمكن أن نرى أن أنماط التصوير لالتقاط صور البورتريه (صور الوجه القريبة)، والتي تضيف غشاوة اصطناعية حول موضوع الصورة، أصبحت موجودة في كل منصة تقريباً، ولكن بدلاً من إضافة كاميرا مخصصة لهذه الصور، قررت جوجل أن تعتمد على كاميرا خلفية واحدة، بحيث تجعل خوارزميات التعلم الآلي تقوم ببقية العمل. يقول رينولدز: "يمكنك الحصول على تغيير في التكبير أو عدسة ضيقة الزاوية باستخدام شاشة اللمس فقط. وتكفي كاميرا واحدة للحصول على النتيجة التي نريد".

أخيراً، بدأت الكاميرات تُستخدم لأكثر من غرض، ولهذا يجب أن يعكس العتاد الصلب هذا التوجه. ومن الأمثلة على هذا عدسة جوجل، وهي خدمة تتيح لك توجيه هاتفك نحو معلَم مشهور أو غرض ما للحصول على المزيد من المعلومات حوله، وهي تحتاج إلى متطلبات مختلفة لالتقاط الصور والتعرف عليها في العالم الحقيقي. وبشكل عام تعتبر تطبيقات الواقع المعزز متطلبة بنفس الدرجة، وتحتاج إلى معدلات عالية لتجديد مسح الصورة من قبل حساس التصوير.

يمكن أن نقول بالتالي أن مواصفات الكاميرات لم تتغير كثيراً على الورق، ولكن الصور الناتجة تغيرت بشكل كبير. وإذا بقي هذا التوجه قائماً، فسوف تصبح ملاحظة هذه التغيرات أصعب على المستخدمين، وهو أمر متوقع. وفي الواقع، فقد أعلنت جوجل مؤخراً عن تصميم كليب كاميرا، والتي صُممت لتتخذ تقريباً جميع القرارات المتعلقة بالصور والفيديو بنفسها، بما في ذلك التحرير. ومع استمرار الآلات بالتعلم، قد لا تتفوق على البشر بفن التصوير، ولكنها بالتأكيد قد تغير من وجهة نظرنا حول الصورة الجيدة.