OIS در برابر EIS؛ مقایسه‌ دو سیستم لرزشگیر دوربین موبایل

لرزشگیر تصویر به مجموعه فناوری‌هایی گفته می‌شود که برای جلوگیری یا رفع تار شدن عکس به دلیل ایجاد لرزش هنگام عکس‌برداری استفاده می‌شوند. در صورتی که دوربین شما ثابت باشد تاری تصویر می‌تواند در اثر سرعت پایین شاتر یا فاصله‌ی کانونی کم به وجود بیاید؛ اما وقتی صحبت از دوربین گوشی‌های هوشمند می‌کنیم، احتمال ثابت بودن دوربین بسیار کم است و دلیل اصلی تار شدن تصاویر همان لرزش دوربین است که ذکر شد. برندهای مطرح دنیای موبایل مانند سامسونگ، اپل، سونی و... روی کیفیت دوربین گوشی‌های خود مخصوصا در رده‌ی دستگاه‌های پرچم‌دار حساسیت بالایی دارند. به همین دلیل لرزشگیر تصویر به‌عنوان یک رکن اساسی در دوربین گوشی‌های هوشمند اهمیت بالایی دارد.

وقتی دوربین در دست گرفته می‌شود، ناخودآگاه لرزش‌های خفیفی وجود دارند که می‌توانند باعث تار شدن تصویر شوند. روش‌های لرزشگیری یا ثبات‌بخشی کمک می‌کنند عکس‌های واضح‌تر با جزئیات بیشتری ثبت کنید. دو مورد از این روش‌ها که در دوربین گوشی‌های هوشمند به‌صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد و برخی مواقع ممکن است با هم اشتباه گرفته شوند، لرزشگیر اپتیکال یا OIS و لرزشگیر الکترونیکی یا EIS هستند.

در روش ثبات‌بخشی الکترونیکی عمل رفع تاری تصویر در سطح نرم‌افزار و پس از این‌که سیگنال اپتیکال به دیجیتال تبدیل شد صورت می‌گیرد. تمام دوربین‌ها دارای بخشی به نام CCD یا CMOS هستند که به آن حسگر تصویر گفته می‌شود و مشتمل بر چند سنسور نور است که در کنار هم قرار گرفته‌اند. سی‌سی‌دی یا حسگر نور اپتیکال را دریافت می‌کند و تصویر را جهت پردازش در قالب سیگنال‌های دیجیتال انتقال می‌دهد.

سپس پردازنده، تصویر را به قطعات کوچک تبدیل و آن‌ها را با فریم‌های ماقبل خود مقایسه می‌کند. EIS تشخیص خواهد داد که تاری تصویر به دلیل متحرک بودن سوژه بوده است یا لرزش دست عکاس آن و بر این اساس اصلاح تصویر لازم را انجام می‌دهد.

در این سیستم محاسبه‌ی مکان قرارگیری تصویر روی حسگر تصویر به‌صورت الکترونیکی صورت می‌گیرد؛ به‌طوری‌که وقتی سیستم تشخیص می‌دهد که تصویر به درستی تابانده نشده است و در واقع لرزش وجود دارد، کمی تصویر را جابه‌جا می‌کند تا در جای درست روی حسگر تصویر قرار بگیرد. مثلا اگر دوربین به سمت چپ لرزش پیدا کند تصویر به سمت راست جابه‌جا می‌شود تا آن لرزش جبران بشود و اساسا تصویر در هر جهتی بلرزد، سیستم EIS به همان اندازه در جهت دیگر حرکت می‌کند تا تاری تصویر را برطرف کند.

سیستم EIS در واقع برای کاهش لرزش دوربین به دو روش عمل می‌کند. در روش اول اندازه‌ی تصویر با زوم دیجیتال افزایش پیدا می‌کند تا از حسگر تصویر بزرگ‌تر شود. با بزرگ کردن تصویر، سیستم قادر خواهد بود آن را بررسی کند و حرکت ناشی از لرزش را تشخیص دهد. برای این‌که بدانید دوربین شما از این روش استفاده می‌کند یا نه، کافی است دوربین را فعال و دقت کنید در لحظه‌ی اول تصویر کمی زوم می‌شود یا نه. اگر جواب مثبت باشد دوربین شما از این روش برای ثبات‌بخشی به تصویر استفاده می‌کند. از آن‌جایی که در این سیستم کمی زوم دیجیتال اتفاق می‌افتد، رزولوشن تصویر کمی تحت تأثیر قرار می‌گیرد و کاهش می‌یابد.

نقاط قوت و ضعف سیستم EIS

سیستم‌های EIS به دلیل کم‌جا بودن بسیار کارآمد هستند؛ چرا که باعث افزایش قطر گوشی و لنز نمی‌شوند و در واقع هیچ قطعه‌ای به لنز اضافه نمی‌کنند. تمام اتفاقاتی که در بالا توضیح داده شد به‌صورت الکترونیکی و در بالاترین سرعت صورت می‌پذیرد و هیچ قطعه‌ی مکانیکی اضافه‌ای در کار نیست. در مورد نقطه ضعف این سیستم باید گفت از آن‌جایی که تصویر ۹۰ درصد از سطح حسگر را می‌پوشاند، برای پوشش ۱۰ درصد باقی‌مانده کمی بزرگ‌نمایی صورت می‌گیرد که این موضوع باعث افت رزولوشن و کیفیت تصویر می‌شود. ویدیوی زیر تست توانایی سیستم لرزشگیر الکترونیکی در حذف لرزش‌ها را نشان می‌دهد.

لرزشگیر اپتیکال تصویر (OIS)

سیستم ثبات‌بخشی اپتیکال تصویر یا OIS متفاوت از سیستم EIS عمل می‌کند. این سیستم قبل از این‌که تصویر به حسگر برسد مداخله می‌کند تا پس از آن نیازی به تنظیمات الکترونیکی تصویر نباشد و تصویر تمام فضای حسگر را پر کند. این امر با قرار دادن نوعی منشور با زوایای مختلف در جلوی لنز صورت می‌گیرد. این منشور باعث می‌شود تصویر به‌درستی روی حسگر بتابد.

منشور یادشده یک جفت شیشه است که به حالت لغزنده‌ای روی هم قرار گرفته‌اند. وقتی تصویر از منشور عبور می‌کند، سیستم با تشخیص میزان لرزش و جهت آن شیشه‌های منشور را در حالت و زاویه‌ای تنظیم می‌کند که لرزش تصویر حذف شود و به لنز منتقل نشود. از شیشه‌های منشور یکی به‌صورت عمودی حرکت می‌کند تا تصویر را به بالا و پایین هدایت کند و دیگری با حرکت افقی وظیفه‌ی جابه‌جایی تصویر به چپ و راست را بر عهده دارد. در این سیستم نیز مانند EIS جابه‌جایی تصویر در جهت عکس لرزش است و چنان‌چه لرزشی تشخیص داده نشود، مکانیزم تصویر خنثی باقی می‌ماند و تصویر به وسط حسگر هدایت می‌شود. جالب است بدانید در دنیای عکاسی، لرزشگیر اپتیکال همیشه درون لنز قرار نمی‌گیرد و برخی حسگر‌های تصویر نیز دارای لرزشگیر هستند که در این صورت به‌جای حرکت بخش داخلی لنز، خود سنسور دوربین متحرک خواهد بود تا لرزش‌ها را خنثی کند. در سال‌های اخیر برخی شرکت‌ها به اصلاح تصویر در دو جهت عمودی و افقی اکتفا نکرده‌اند و سیستم‌های لرزشگیر اپتیکال چهار و پنج جهته را به کار گرفته‌اند.

دوربین‌هایی که از لرزشگیر اپتیکال تصویر بهره می‌برند معمولا به حسگر ژیروسکوپ برای تشخیص لرزش مجهز هستند. این سنسور لرزش را تشخیص می‌دهد و محاسبات خود را از طریق میکروچیپ لرزشگیر به حسگر تصویر می‌فرستد تا با کمی جابه‌جایی، لرزش تصویر را جبران کند. این نوع اصلاح تصویر دقیق‌ترین نوع ثبات‌بخشی به تصویر محسوب می‌شود؛ چرا که نیازی به افزایش ایزو ندارد و به همین دلیل افت کیفیتی اتفاق نمی‌افتد.

نقاط قوت و ضعف لرزشگیر اپتیکال

استفاده از این سیستم در گوشی‌های هوشمند باعث بالا رفتن قیمت تمام‌شده‌ی این محصولات می‌شود. به همین دلیل OIS را معمولا فقط در فهرست مشخصات گوشی‌های پرچم‌دار می‌توان دید. از سوی دیگر، با توجه به روند باریک‌تر شدن گوشی‌های هوشمند، استفاده از OIS به‌عنوان یک قطعه‌ی مکانیکی جاگیر، یا باعث افزایش ضخامت گوشی می‌شود یا بیرون‌زدگی دوربین از بدنه‌ی گوشی را در پی دارد. به علاوه، برخی کندتر بودن OIS نسبت به EIS را از نقاط ضعف آن می‌دانند؛ هرچند این موضوع ممکن است به دلیل مکانیکی بودن لرزشگیر اپتیکال، از لحاظ تئوری درست باشد؛ اما در عمل چندان محسوس نیست. از سوی دیگر، در مورد ویژگی‌های مثبت OIS می‌توان به عملکرد بهتر آن در شرایط کم‌نور اشاره کرد. همچنین این سیستم برای فیلمبرداری بسیار مناسب است و تصاویر را دچار افت کیفیت و رزولوشن نمی‌کند. در ویدیوی زیر تست توانایی لرزشگیر اپتیکال در مهار لرزش‌ها را مشاهده می‌کنید.

سیستم لرزشگیر سنسور شیفت

در دوربین‌های دیجیتال علاوه بر دو سیستمی که تا به اینجا بررسی شد، سیستم لرزشگیر دیگری نیز به کار گرفته می‌شود که در واقع عمل گرفتن لرزش را در سنسور اعمال می‌کند. این سیستم که سنسور شیفت نام دارد تاکنون تنها در دوربین‌های دیجیتال مورد استفاده قرار گرفته است؛ البته اوپو، تولیدکننده‌ی مطرح موبایل در چین، در نمایشگاه MWC 2016 از فناوری اسمارت سنسور با بهره‌گیری از سیستم سنسور شیفت رونمایی کرد؛ اما تا کنون گوشی هوشمندی با این سیستم لرزشگیر راهی بازار نشده است. سیستم سنسور شیفت با حرکت دادن حسگر دوربین متناسب با تصویر، عمل می‌کند و برای انجام این حرکت از شتاب‌سنج دستگاه کمک می‌گیرد. چنان‌چه شتاب‌سنج دوربین حرکتی را تشخیص بدهد، همزمان ابعاد آن محاسبه می‌شود و متناسب با آن سنسور به حرکت درمی‌آید تا لرزش تصویر تابانده‌شده روی آن گرفته شود.

از مزایای سیستم لرزشگیر سنسور شیفت این است که تقریبا با هر لنزی کار می‌کند؛ یعنی می‌توانید یک دوربین با این سیستم لرزشگیر داخلی تهیه کنید و تمام لنزهای شما از آن بهره ببرند؛ بنابراین، امکان استفاده از لنزهای ارزان‌تر با المان‌های کمتر را خواهید داشت. البته دستگاه دوربین شما به دلیل مجهز بودن به این سیستم کمی گران‌تر خواهد بود.

از نکات جالب توجه سنسور شیفت این است که تأثیر لرزشگیر در منظره‌یاب قابل مشاهده نیست. در واقع در دوربین‌های دیجیتال، نوری که به لنز می‌رسد توسط یک آینه به منظره‌یاب انعکاس داده می‌شود. بنابراین، سنسور دخالتی در قاب‌بندی شما ندارد. در واقع با دوربین خاموش هم می‌توان قاب‌بندی کرد؛ چرا که منظره‌یاب کاملا اپتیکال عمل می‌کند؛ در عوض، اگر به ال‌سی‌دی دستگاه نگاه کنید تأثیر لرزشگیر را خواهید دید.

جمع‌بندی

در پایان باید به این نکته توجه داشته باشید که هیچ یک از سیستم‌های لرزشگیر در شرایط لرزش زیاد یا سوژه‌ی خیلی متحرک نمی‌توانند مانع از تار شدن تصویر شوند و در چنین مواقعی سرعت شاتر و فناوری فوکوس هستند که نقش اصلی را بازی می‌کنند؛ اما در مقام مقایسه می‌توان گفت که هرچند سیستم OIS نسبت به EIS کمی جاگیرتر و سنگین‌تر است و از نظر قیمت نیز هزینه‌ی بیشتری در بر دارد؛ با این حال برتری‌های این سیستم آن را بسیار محبوب کرده است. لرزشگیر الکترونیکی اغلب به کاهش رزولوشن تصویر می‌انجامد؛ اما لرزشگیر اپتیکال به‌ندرت این اتفاق را رقم می‌زند و برای فیلمبرداری بسیار کارآمد است. از آن‌جایی که این سیستم نیازی به نور ندارد و اصلاح تصویر را قبل از دیجیتال‌سازی آن انجام می‌دهد، در شرایط نور کم عملکرد بسیار بهتری نسبت به EIS ارائه می‌دهد. البته با پیشرفت الگوریتم‌های EIS برخی شرکت‌ها به ترکیب دو سیستم لرزشگیر روی آورده‌اند یا در مواردی به استفاده از لرزشگیر الکترونیکی بسنده کرده‌اند؛ از جمله این شرکت‌ها می‌توان گوگل را نام برد که در گوشی‌های پیکسل و پیکسل ایکس ال تنها از EIS استفاده کرد و در نسخه‌ی بعدی همین گوشی‌ها ترکیبی از دو سیستم را به کار گرفت که در پایان می‌توانید تست توانایی کنترل لرزش‌ دوربین مجهز به هر دو سیستم (سمت راست) و دوربین فاقد آن‌ها (سمت چپ)  را در ویدیوی زیر ببینید.