تاثیر حسگر دوربین در فیلمبرداری

حسگر دوربین کجاست؟

حسگر دوربین در واقع همان بخشی از دوربین است که چیزی را که شما از طریق منظره‌یاب یا نمایشگر می‌بینید، به تصاویر دیجیتال تبدیل می‌کند. اساساً حسگر دوربین می‌تواند نور وارد شده از لنز را دریافت کرده و آن را به سیگنال‌های الکترونیکی تبدیل کند تا نرم‌افزار داخلی دوربین بتواند از این سیگنال‌ها برای ساخت تصویر استفاده کند.

اما این تصاویر چگونه تشکیل می‌شوند؟

خوب تقریباً همه می‌دانند که ویدیو‌ها مجموعه‌ای از تصاویر ثابتی هستند که پشت سر هم پخش می‌شوند. چشم انسان به طور معمول نمی‌تواند بیشتر از 15 تصویر در ثانیه را به صورت تصاویر جدا از هم تشخیص دهد. یعنی اگر تعداد 15 فریم عکس در ثانیه به صورت پیوسته و پشت سر هم پخش شود، چشم انسان آن را به صورت یک ویدیو تصور می‌کند. تصاویر ویدئویی معمولاً شامل 30 فریم عکس در هر ثانیه هستند. تعداد دقیق تصاویری که حسگر دوربین می‌تواند ضبط کند، بسته به سرعت پردازشگر دوربین، معمولاً بین 24 تا 240 فریم است. البته دوربین‌هایی هم هستند که می‌توانند تعداد فریم‌های ثابت خیلی بیشتری در هر ثانیه را دریافت و ضبط کنند، اما در حال حاضر اغلب دوربین‌های تجاری موجود در بازار، با همین سرعت‌ها می‌توانند ضبط کنند.

تعداد فریم‌های استاندارد برای اینکه ما یک تصویر را به صورت عادی ببینیم، معمولاً 30 فریم است و هر چقدر این تعداد فریم‌ها بیشتر شود (مثلاً 60 یا 120 فریم) و بعداً با سرعت عادی 30 فریم پخش شود، باعث می‌شود تا تصویر کند تر یا اسلوموشن دیده شود. این همان کاری است که اغلب تلفن‌های همراه جدید در هنگام فیلمبرداری می‌توانند انجام دهند.

نکته جالب اینجاست که هر چقدر اندازه حسگر‌ یک دوربین کوچک‌تر باشد احتمالاً راحت‌تر می‌تواند تعداد فریم‌های بیشتری را در هر ثانیه ضبط کند. شاید این یکی از دلایل مهمی باشد که شما نمی‌توانید با یک دوربین فیلمبرداری حرفه‌ای با سرعت 120 فریم بر ثانیه فیلمبرداری کنید، اما احتمالاً گوشی آیفون‌تان می‌تواند این کار را انجام دهد.

پس مشکل کجاست؟ آیا حسگر گوشی آیفون شما قوی‌تر از یک دوربین 5 هزار دلاری‌ است؟

اندازه حسگر دوربین و حجم اطلاعات فریم‌ها

اجازه دهید دوربین‌ها را براساس اندازه حسگرشان، به 4 گروه عمده تقسیم کنیم:

گروه اول: دوربین‌های تجاری خانگی مانند دوربین‌های کامپکت، گوپرو‌ها و دوربین‌های اکشن و اغلب تلفن‌های همراه.

گروه دوم: دوربین‌های DSLR که اصولاً برای عکاسی ساخته می‌شوند، اما این روز‌ها امکانات بسیار خوبی برای فیلمبرداری هم ارائه می‌کنند.

گروه سوم: دوربین‌هایی که ما آن‌ها را به عنوان Camcorder می‌شناسیم و خیلی وقت‌ها به اشتباه با دوربین‌های DSLR اشتباه گرفته می‌شوند، مانند دوربین‌های سری C شرکت کانن که اختصاصاً برای فیلمبرداری ساخته می‌شوند

گروه چهارم: دوربین‌های سینمایی مانند دوربین‌های RED و Alexa که برای پروژه‌های سینمایی پیشرفته مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اگر بخواهیم قابلیت فیلمبرداری در این چهار گروه دوربین را با هم مقایسه کنیم، تفاوت‌های آن‌ها معمولاً در سه بخش مهم ظاهر می‌شوند: اندازه حسگر آن‌ها، کیفیت تصویر آن‌ها و قابلیت‌های فیلمبرداری‌شان. دقت کنید که در اینجا اصلاً نامی از “رزولوشن تصویر” برده نشده است. زیرا عملاً رزولوشن تصویر یا تعداد پیکسل‌های موجود در هر فریم از ویدیو را نمی‌توان به عنوان مشخصه اختصاصی هیچکدام از این گرو‌ها در نظر گرفت و همه آن‌ها می‌توانند با انواع رزولوشن‌ها فیلمبرداری کنند.

اندازه حسگر دوربین‌ها چه اهمیتی دارد؟

دوربین‌های گروه اول، یعنی دوربین‌های خانگی و موبایل‌ها معمولاً حسگر‌های بسیار کوچکی دارند. اگرچه شرکت‌های سازنده موبایل سعی می‌کنند با تبلیغات زیاد، حسگر‌های خودشان را بسیار پیشرفته و با کیفیت‌تر از رقبا نشان دهند، اما اصولاً به دلیل بدنه کوچک و پردازشگر‌های ضعیف‌تر در این دوربین‌ها، امکان استفاده از حسگر‌های خیلی بزرگ را ندارند. ما این حسگر‌ها را (علی‌رغم تفاوت‌های میلی‌متری با یکدیگر) به طور کلی حسگر‌های Mini می‌نامیم. آن‌ها خیلی کوچک هستند. در واقع کوچک‌ترین حسگر‌هایی که برای فیلمبرداری وجود دارند. هر چند در برخی از دوربین‌های کامپکت که بدنه بزرگ‌تری دارند، حسگر‌هایی با اندازه Micro 4/3 (بخوانید میکرو فور تِردز) هم دیده می‌شود.

این اندازه حسگر (Micro 4/3) در واقع کوچک‌ترین حسگری است که در دوربین‌های DSLR می‌بینیم. اغلب دوربین‌های پاناسونیک، الیمپوس و سامسونگ که امکان تعویض لنز دارند دارای همین اندازه حسگر هستند. اما دوربین‌های DSLR کانن، نیکون و سونی که بیشتر از باقی دوربین‌ها در بازار ایران مورد استفاده قرار می‌گیرند، از حسگر‌های بزرگ‌تری استفاده می‌کنند. اندازه APS-C که در فرمت ویدئویی آن را Super 35 می‌نامیم و اندازه Full Frame که در دوربین‌های رده بالای این شرکت‌ها مانند Canon 5D Mark IV، Nikon D750 و Sony A7 III دیده می‌شود. اندازه APS-C و اندازه فول‌فریم حسگر دوربین، در واقع اندازه‌‌های استاندارد دوربین‌های فیلمبرداری رده بالاتر هم هستند. یعنی دوربین‌های Camcorder و سینمایی هم معمولاً از یکی از این دو اندازه استفاده می‌کنند.

خوب پس تفاوت فیلمبرداری با دوربین‌های DSLR و دوربین‌های رده بالاتر آن‌ها در چیست؟ کمی صبر کنید. ما هنوز به موضوعات مهم دیگر، یعنی عمق میدان و میزان نویز تصاویر نرسیده‌ایم.

اغلب دوربین‌های عکاسی کلک می‌زنند!

شاید تا به حال به این موضوع فکر نکرده باشید که بار اصلی پردازش اطلاعات در هنگام فیلمبرداری، بسیار بیشتر از حسگر دوربین، بر عهده پردازشگر آن است. در واقع این وظیفه پردازشگر دوربین است که حجم اطلاعات وارد شده از سطح حسگر را به کد‌های صفر و یک تبدیل کند. هر چقدر اندازه حسگر بزرگ‌تر باشد، حجم اطلاعاتی که باید در هر ثانیه دریافت و تبدیل شود بیشتر می‌شود. مساحت یک حسگر فول‌فریم چیزی حدود 40 برابر (یا بیشتر) یک حسگر موبایل است. قابل تصور است که وقتی یک پردازشگر بخواهد با سرعت 120 فریم بر ثانیه فیلمبرداری کند، چقدر مشکل است اگر بخواهد تمام سطح حسگر را پوشش دهد.
به همین دلیل در بسیاری از دوربین‌های عکاسی با اینکه سطح حسگر خیلی بزرگ‌ است، اما امکان جمع‌آوری این حجم از اطلاعات از سطح حسگر وجود ندارد. این همان محدودیتی است که باعث می‌شود تا دوربین‌ها کلک بزنند!

اگر بررسی‌های دوربین‌ها در نورنگار را بخوانید می‌بینید که درباره بسیاری از دوربین‌های DSLR گفته می‌شود که وقتی در حالت فیلمبرداری قرار می‌گیرند، تصویر آن‌ها زوم می‌شود. دلیل این اتفاق این است که تمام سطح حسگر دوربین، برای ضبط فیلم مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. بلکه تنها سطح بخشی از حسگر برای فیلمبرداری استفاده می‌شود. تنها یک محدوده کوچک از بخش میانی حسگر. در حالی که در دوربین‌های مخصوص فیلمبرداری و DSLR های پیشرفته، همه حسگر برای ضبط فیلم استفاده می‌شود. این یکی از تفاوت‌های مهم در ضبط فیلم با حسگر‌های بزرگ و کوچک در دوربین‌های فیلمبرداری است.

اما حالا یک سؤال مهم‌تر پیش می‌آید:

اگر قرار است خروجی همه این دوربین‌ها و حسگر‌ها ، مثلاً رزولوشن Full HD (1920x1080p) باشد، دیگر چه تفاوتی دارد که این رزولوشن از چه اندازه حسگری ایجاد شود؟

این همان جایی است که تاثیر حسگر در عمق میدان برای فیلم‌برداران مهم می‌شود.

عمق میدان کم و فیلم‌برداری سینمایی

بزرگ‌تر بودن حسگر در فیلم‌های ویدئویی همان ‌قدر تاثیر دارد که در عکس مؤثر است. حتماً دیده‌اید که وقتی با موبایلتان از یک نفر عکس می‌گیرید، دوربین مجبور است که برای زیباتر شدن تصویر و ایجاد تمرکز روی سوژه، محدوده اطراف سوژه را به صورت نرم‌افزاری محو کند. این موضوع در هنگام فیلمبرداری بسیار مشکل‌تر است. چون پردازشگر دوربین باید در هر ثانیه 30 عکس (یا بیشتر) را ثبت کرده، دور سوژه را محو کند و نهایتاً به صورت پی‌درپی به صورت ویدئو ضبط کند. به همین دلیل هم محو کردن دور سوژه صرفاً در حالت عکاسی انجام می‌شود.

اما چرا دوربین‌های موبایل این‌قدر سعی دارند دور سوژه را محو کنند؟ به این دلیل که تصویر “سینمایی” می‌شود! یا بهتر بگوییم، تصویر آن‌ها شبیه چیزی می‌شود که دوربین‌های Full Frame عکاسی یا دوربین‌های فیلمبرداری سینمایی ثبت می‌کنند.

در دوربین‌های با حسگر بزرگ، دیگر نیازی به محو کردن دور سوژه نیست و “خود دوربین تصویر را سینمایی ضبط می‌کند”. این دوربین‌ها حسگر بزرگ و عمق میدان کمی دارند. تصاویر آن‌ها تمرکز بیشتری را روی سوژه قرار می‌دهد و در صحنه‌های گفتگو، سوژه را جذاب‌تر نمایش می‌دهند. این دوربین‌ها مشکلی برای استفاده از تمامی سطح بزرگ حسگر ندارند و طبیعتاً موجب افزایش عمق میدان و شلوغ شدن تصویر نمی‌شوند. این دوربین‌ها واقعاً سینمایی هستند!

تفاوت در کیفیت

کیفیت تصاویر بین ویدئو‌هایی که دو دوربین با حسگر‌های کوچک و بزرگ می‌گیرند، صرفاً به عمق میدان آن‌ها محدود نمی‌شود. حسگر‌های قوی‌تر در دوربین‌های حرفه‌ای می‌توانند رنگ‌ها و نور‌های بیشتری را جذب کنند. این همان تفاوتی است که فیلم‌های خوش ساخت با فیلم‌های بی‌کیفیت دارند. اگرچه همه فیلم‌برداران سعی می‌کنند با استفاده از لنز‌های با کیفیت، نورپردازی صحیح و استفاده از گریم‌ و میزان سن مناسب، تصویری جذاب را فراهم کنند، اما واقعیت این است که اگر دوربین شما نتواند همه جزئیاتی که شما با وسواس فراهم کرده‌اید را دریافت و ضبط کند، عملاً تاثیر زحمات شما خنثی می‌شود. در اینجا Bit Rate، Bit Depth در حسگر دوربین فیلمبرداری بیشتر از رزولوشن آن اهمیت پیدا می‌کند.

موضوع درباره Bit Rate است

معنی Bit Rate یا نرخ بیت به زبان ساده، مقدار داده یا اطلاعاتی است که حسگر دوربین می‌تواند در هر ثانیه دریافت و ثبت کند. در واقع دوربین‌ها در هر ثانیه از یک ویدئو، مقدار زیادی اطلاعات رنگ و نور از صحنه روبروی خودشان را دریافت و ثبت می‌کنند. هر ثانیه از این اطلاعات، شامل میلیون‌ها بیت اطلاعات می‌شود. دقیقاً همان تفاوتی که یک فایل خام و یک فایل JPEG پردازش شده از یک صحنه در عکس‌های دوربین‌های حرفه‌ای می‌بینیم، در فیلم‌ها نیز چنین مقایسه‌ای را داریم. هر چقدر حسگر دوربین بتواند رنگ‌ها و جزئیات بیشتری از یک صحنه را دریافت کند، بعداً دست شما برای ویرایش رنگ‌ها و نور‌های ویدئویی که ضبط می‌کنید بازتر خواهد بود.

فراموش نکنید که بیت ریت یا نرخ بیت یک دوربین می‌تواند حجمی بیشتر از سرعت کارت حافظه دوربینتان هم داشته باشد. به بیان ساده‌تر اینکه حجم اطلاعاتی که حسگر دوربینتان ارسال می‌کند بسیار بیشتر از حجم اطلاعاتی است که کارت حافظه دوربینتان می‌تواند دریافت و ذخیره کند. اینجاست که اطلاعات قابل ضبط روی کارت حافظه محدود می‌شود و عملاً این اطلاعات اضافی قابل استفاده نخواهد بود. این همان مشکلی است که خیلی از دوربین‌های باکیفیت با کارت‌های ضعیف یا تقلبی دارند و گاهی اوقات هم می‌تواند باعث آسیب به مدار‌های دوربین هم بشود!

خیلی از دوربین‌ها هم برای اینکه این مشکل را حل کنند و به کاربران امکان دهند تا از کارت‌های کم سرعت‌تر استفاده کنند، سعی می‌کنند از فشرده‌ساز‌ها استفاده کنند. فشرده‌سازی نرم‌افزاری، در واقع مانند زیپ کردن فایل‌ها روی کامپیوتر عمل می‌کنند و به شما اجازه می‌دهند تا زمانی که اطلاعات تصویر خیلی زیاد است، بخشی از اطلاعات مشابه را فشرده کنید تا حجم اطلاعات در هر ثانیه، بتواند روی کارت حافظه ضبط شود.

عمق رنگ هم اهمیت دارد

عمق رنگ یا Bit Depth در حسگر دوربین، گاهی اوقات کمتر از نرخ بیت مورد توجه قرار می‌گیرد. اما موضوع بسیار مهمی در انتخاب یک دوربین حرفه‌ای است. در واقع عمق رنگ اشاره به تعداد رنگ‌هایی دارد که دوربین شما می‌تواند به ازای هر پیکسل از حسگر خودش، آن‌ها را بخواند. عمق رنگ‌های معمول در دوربین‌های فیلمبرداری 8-bit و 10-bit است که دوربین را قادر می‌سازد تا به ترتیب 256 میلیون رنگ یا 1.07 میلیارد رنگ را ثبت کند. به ازای هر پیکسل!

گروه‌های دوربین‌های فیلمبرداری را به یاد دارید؟ حالا دوباره آن‌ها مهم می‌شوند. گروه اول یعنی دوربین‌های خانگی و موبایل‌ها و گروه دوم، یعنی دوربین‌های DSLR معمولاً نمی‌توانند بیشتر از 8-bit اطلاعات را به ازای هر پیکسل از حسگر دوربین خودشان ضبط کنند. این مقدار در گروه بعدی که Camcorder ها هستند به 10-bit می‌رسد (که البته برخی از آن‌ها می‌توانند فایل‌های خام 12-bit هم ضبط کنند). اما در دوربین‌های سینمایی، Bit Depth تا 16-bit بالا می‌رود!

این یعنی اینکه حسگر دوربین‌های سینمایی می‌توانند رنگ‌های بسیار بسیار طبیعی و دقیقاً شبیه به همین چیزی که چشم انسان می‌بیند را ضبط کنند. حتی اگر رزولوشن آن‌ها با گوشی موبایل شما یکی باشد!

اما این همه داستان نیست. اینجاست که بحث پردازشگری که بتواند این حجم از اطلاعات دریافت شده از حسگر دوربین دریافت و پردازش کند اهمیت پیدا می‌کند. در دوربین‌های فیلمبرداری باکیفیت‌تر بحث Chroma Subsampling پیش می‌آید.

Chroma Subsampling

موضوع Chroma Subsampling پیچیده‌تر از چیزی است که در ابتدا به نظر می‌رسد. گاهی اوقات برخی از دوربین‌ها برای اینکه بتوانند در مصرف منابع و انرژی صرفه‌جویی کنند، عملاً به جای اینکه همه پیکسل‌های دریافتی از حسگر دوربین را ثبت کنند، برخی از آن‌ها را “حدس می‌زنند”. یعنی عملاً اطلاعات همه پیکسل‌ها را دریافت نمی‌کنند. بلکه فاصله بین برخی از پیکسل‌ها را براساس پیکسل‌های کناری‌شان حدس می‌زنند.

خیلی از دوربین‌های تجاری از Chroma Subsampling نوع 4:2:0 استفاده می‌کنند. این اعداد به ترتیب یعنی اینکه دوربین شما، از چهار پیکسل ردیف اول، تنها اطلاعات دریافتی از دو پیکسل را دریافت می‌کند و از پیکسل‌های ردیف دوم، هیچ کدام از اطلاعات دریافتی پیکسل‌ها را ثبت نمی‌کند. یعنی چیزی شبیه به این:

انواع پیشرفته‌تر دوربین‌های فیلمبرداری از Chroma Subsampling نوع 4:2:2 استفاده می‌کنند که یعنی دوربین شما از هر 4 پیکسل در هر ردیف، اطلاعات 2 پیکسل را دریافت می‌کند. چیزی شبیه به این:

و جای تعجب ندارد که بسیاری از دوربین‌های سینمایی و Camcorder ها می‌توانند با Chroma Subsampling نوع 4:4:4 کار کنند. یعنی هیچ پیکسلی براساس حدس دوربین تخمین زده نمی‌شود و همه پیکسل‌ها در تصویر 4K که شما می‌بینید، دقیقاً همان چیزی هستند که در دنیای واقعی بوده‌اند!

ترکیب همه موارد با هم

با برخورد نور به سطح حسگر یک دوربین فیلمبرداری اتفاق‌های زیادی می‌افتد که شاید شما از همه آن‌ها با خبر نشوید، اما نتیجه آن را به خوبی درک می‌کنید. این همان چیزی است که وقتی پای مقایسه بین یک دوربین موبایل با رزولوشن 4K و یک دوربین RED با رزولوشن 4K به میان می‌آید، تفاوت زیادی را ایجاد می‌کند.
حالا این نکات را اضافه کنید به امکانات خاصی که دوربین‌های فیلمبرداری واقعی برای بهبود کیفیت تصویر و صدای ویدئوهایشان دارند. ورودی‌ها و خروجی‌های مختلف، امکانات بکاپ‌گیری روی کارت‌های حافظه دوگانه، داشتن لرزشگیر فیزیکی روی حسگر، امکان استفاده از لنز‌های متفاوت، امکان اتصال به رکوردر‌های خارجی و هندلینگ بهتر بدنه، بخشی از امکانات متنوع دوربین‌های رده بالا است.

با دانستن این نکات است که وقتی می‌خواهید به دوربین فیلمبرداری پروژه بعدی‌تان فکر کنید، هوشمندانه‌تر تصمیم می‌گیرید.

شما درباره کیفیت دوربین‌های فیلمبرداری و تاثیر حسگر دوربین روی خروجی نهایی چه فکر می‌کنید؟