أولاً، نطاق ديناميكي واسع يبلغ 120 ديسيبل: لماذا يمكنه التعامل مع المشاهد التي تتواجد فيها الإضاءة القوية والمناطق المظلمة في آن واحد؟
السبب الرئيسي: التصوير ذو النطاق الديناميكي الواسع وتقنية التعريض التلقائي
يشير النطاق الديناميكي الواسع (WDR) إلى قدرة أجهزة التصوير على عرض تفاصيل المناطق المضيئة والمناطق المظلمة في نفس الإطار في آن واحد.
على سبيل المثال، أثناء قيام الطائرات بدون طيار بجولات تفتيش ليلية، قد تظهر في الصورة في آن واحد:
- الضوء الساطع الصادر عن مصابيح السيارات أو مصابيح الشوارع أو التفريغ الكهربائي للمعدات الكهربائية؛
- الطرق والمباني والمناطق المحيطة ذات الإضاءة الخافتة؛
- شخصية أو جهاز يقع على الحد الفاصل بين الضوء والظل.
قد تواجه الكاميرات العادية حالتين: إما أن تظهر المناطق ذات الإضاءة الشديدة باللون الأبيض، أو أن يتم خفض التعريض الضوئي لرؤية الإضاءة الشديدة بوضوح، مما يؤدي إلى فقدان التفاصيل في المناطق المظلمة. ولكن بفضل التعريض الضوئي التكيفي لكامل سطح المستشعر وتصميم مقاومة التعريض الزائد، يمكن التعامل مع الإضاءة الشديدة المفاجئة مثل أضواء السيارات والبرق، مما يقلل من فقدان التفاصيل الناتج عن التعريض الزائد للصورة.
ويمكن تفسير المبدأ التقني لذلك على النحو التالي:
1. يقوم المستشعر بجمع معلومات الضوء: حيث يحول الإشارات الضوئية الموجودة في المشهد إلى إشارات كهربائية.
2. التحكم في التعريض الضوئي: ضبط معلمات مثل مدة التعريض الضوئي وفقًا لتوزيع الإضاءة والظلال في الصورة.
3. معالجة النطاق الديناميكي الواسع: الحفاظ على معلومات المناطق المضيئة والمظلمة قدر الإمكان، إما من خلال قدرة النطاق الديناميكي الواسع الخاصة بالمستشعر أو عن طريق دمج التعريضات المتعددة.
4. تحسين معالجة الصور: إجراء تعديلات على الصورة من حيث السطوع والتباين وغيرها، لجعل التفاصيل في المناطق المضيئة والمظلمة أكثر وضوحًا.
يُعد 120 ديسيبل مؤشراً لأداء النطاق الديناميكي الواسع، ويشير عادةً إلى النطاق الديناميكي بين أقصى وأدنى إشارة ضوئية يمكن للجهاز تمييزها. وذلك بالنسبة للنطاق الديناميكي المُعرَّف بنسبة الإشارات الكهربائية.
ثانياً، الحد الأدنى للإضاءة 0.003 لوكس: لماذا يمكن التقاط صور ملونة حتى في الظروف المظلمة للغاية؟
السبب الرئيسي: الحساسية العالية للضوء ومعالجة الصور منخفضة التشويش
الإنارة (Lux) هي وحدة قياس فيزيائية تُستخدم لقياس كمية الضوء المرئي التي تستقبلها وحدة المساحة.
كلما انخفضت شدة الإضاءة، قل عدد الفوتونات التي تستقبلها الكاميرا عادةً، مما يجعل الصورة أكثر عرضة لمشاكل مثل نقص السطوع وزيادة التشويش وتشوه الألوان.
لتحقيق التصوير بالألوان الكاملة في ظروف الإضاءة المنخفضة للغاية، يتطلب الأمر عادةً تضافر التقنيات التالية:
1. مستشعر الصور عالي الحساسية: يستطيع المستشعر عالي الحساسية الاستفادة بشكل أكثر فعالية من الضوء الخافت الذي يدخل إلى العدسة، وتحويله إلى إشارات كهربائية قابلة للمعالجة. وتؤثر عوامل مثل الكفاءة الكمومية للمستشعر، وبنية البكسلات، وضوضاء القراءة، على جودة التصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة.
2. قدرة عالية على استقبال الضوء: تؤثر عوامل مثل فتحة العدسة ونسبة نفاذية الضوء على كمية الضوء التي تصل إلى المستشعر. فكلما زادت قدرة العدسة على استقبال الضوء، كان ذلك عادةً أكثر ملاءمةً للتصوير في ظروف الإضاءة المنخفضة، في ظل تساوي باقي الظروف.
3. معالجة الصور منخفضة الضوضاء: في ظروف الإضاءة الخافتة، تكون الإشارة الفعالة الصادرة عن المستشعر ضعيفة، وقد تصبح الضوضاء أكثر وضوحًا. ومن خلال خوارزميات تقليل الضوضاء، يمكن كبح جزء من الضوضاء العشوائية، مما يحسّن من وضوح الصورة.
4. معالجة الصور الملونة: للحفاظ على المعلومات اللونية في ظروف الإضاءة المنخفضة، لا يتطلب الأمر قدرة كافية على التقاط الضوء فحسب، بل يتطلب أيضًا معالجة مناسبة لإشارات قنوات الألوان مثل الأحمر والأخضر والأزرق، لتجنب تشويه الألوان الناجم عن ضعف الإشارة.
من الناحية التقنية، إذا تمكن المستشعر من التقاط إشارات ضوئية فعالة كافية في ظروف الإضاءة المنخفضة للغاية، وتمكن من التحكم في الضوضاء من خلال معالجة الإشارات بشكل سليم، فسيكون من الممكن إنتاج صور ذات ألوان يمكن تمييزها في بيئة الإضاءة الخافتة.
يجب الانتباه بشكل خاص إلى أن 0.003 لوكس لا يعني انعدام الضوء تمامًا. فإذا لم يتوفر ضوء مرئي في الموقع، مثل ضوء القمر الخافت أو ضوء النجوم، فلن تتمكن مستشعرات الضوء المرئي العادية من الحصول على معلومات حقيقية عن المشهد بالألوان بالاعتماد على تقنية التصوير في الإضاءة الخافتة وحدها.
