شهر سخت افزار/ اپل در جدیدترین پتنت خود طرح حسگر تصویری انباشته‌ای را به ثبت رسانده کرده که توانایی ثبت محدوده دینامیکی باورنکردنی ۲۰ گام نوری را دارد؛ عددی که حتی چشم انسان به سختی به آن می‌رسد. در ادامه با ما همراه باشید تا به اهمیت بسیار بالای این پتنت بپردازیم و به این سوال پاسخ دهیم که آیا این آغاز عصر جدیدی در عکاسی موبایل است؟

بنابر گزارش جالب توجهی که وبسایت 9to5mac منتشر کرده، به‌نظر می‌رسد اپل در حال برنامه‌ریزی برای یک تحول بنیادین در دنیای تصویربرداری دیجیتال باشد؛ تحولی که نه‌تنها می‌تواند سطح جدیدی برای دوربین گوشی‌های هوشمند تعریف کند، بلکه احتمالاً وارد قلمرو دوربین‌های حرفه‌ای سینمایی نیز خواهد شد.
در جدیدترین گزارش منتشرشده توسط Y.M.Cinema Magazine، پتنت تازه‌ای از سوی اپل با عنوان «حسگر تصویری با پیکسل‌های انباشته و محدوده دینامیکی بالا و نویز پایین» به ثبت رسیده که جزئیاتی از یک فناوری نوآورانه در طراحی حسگر تصویربرداری را فاش می‌کند.
بر اساس این پتنت، اپل در حال توسعه حسگری با توانایی ثبت ۲۰ گام نوری از محدوده دینامیکی است؛ عددی خیره‌کننده که نه‌تنها بالاتر از بسیاری از دوربین‌های حرفه‌ای موجود مانند ARRI ALEXA 35 است، بلکه به طرز چشم‌گیری به توانایی چشم انسان در تفکیک سطوح نور نزدیک می‌شود.

دوربین آیفون آینده، قدرتمندتر از دوربین‌های سینمایی؟
در طراحی پیشنهادی این پتنت، نسبت کنتراست قابل ثبت برابر با ۱٬۰۴۸٬۵۷۶ به ۱ عنوان شده است. به بیان ساده‌تر، چنین محدوده‌ای به این معناست که سنسور قادر خواهد بود در یک تصویر، روشن‌ترین و تاریک‌ترین نواحی را به‌طور هم‌زمان و بدون افت جزئیات به ثبت برساند. این سطح از دقت در نوردهی و حفظ جزئیات حتی برای دوربین‌های حرفه‌ای فیلم‌سازی نیز نادر است و نشان‌دهنده بلندپروازی اپل در حوزه تصویربرداری دیجیتال است.

نگاهی به عملکرد فعلی دوربین آیفون
در حال حاضر، هیچ مشخصات رسمی از محدوده دینامیکی حسگر آیفون ۱۶ پرو مکس منتشر نشده، اما طبق ارزیابی تخصصی CineD، دوربین اصلی آیفون ۱۵ پرو مکس (لنز ۲۴ میلی‌متری) حدود ۱۱ تا ۱۳ گام نوری عملکرد دارد که بسته به میزان ISO و روش آزمون متفاوت است.
برای مثال، در ISO 55، نتایج حاکی از ثبت ۱۲ گام نوری برای نسبت سیگنال به نویز ۱ و ۲ است، در حالی که در ISO 1200، عدد به ۱۳.۴ گام افزایش می‌یابد. همچنین طبق تست‌های دامنه نوردهی، دوربین آیفون ۱۵ پرو مکس تنها ۵ گام انعطاف‌پذیری دارد (۳ گام بالا و ۲ گام پایین‌تر از نوردهی صحیح)، که نسبت به دوربین‌های APS-C و فول‌فریم حداقل ۲ تا ۳ گام کمتر است. در مقایسه با دوربین تخصصی فیلمبرداری سینمایی ARRI Alexa Mini LF (به قیمت حدود 100 هزار یورو) این تفاوت به ۵ گام، و نسبت به دوربین سینمایی ARRI ALEXA 35 (به قیمت حدود 50 هزار یورو) حتی به ۷ گام می‌رسد. این تفاوت‌ها نشان می‌دهد که اگرچه آیفون‌های کنونی عملکرد خوبی دارند، هنوز در سطح دوربین‌های سینمایی حرفه‌ای قرار نمی‌گیرند.

معماری انباشته با دو لایه تخصصی
در طراحی جدید اپل، از معماری دو لایه بهره گرفته شده است. لایه اول، «دای حسگر» یا همان بخش دریافت‌کننده نور است که شامل دیودهای نوری و مدار آنالوگ سفارشی برای جذب نور است. لایه دوم، «دای منطقی» نام دارد که وظیفه پردازش تصویر، از جمله حذف نویز، را بر عهده دارد. این معماری از نوع انباشته است، یعنی دو تراشه به‌صورت عمودی روی هم قرار گرفته‌اند.
در حالی که طراحی‌های انباشته در صنعت حسگر تصویر تازگی ندارند و شرکت سونی نیز رویکرد مشابهی دارد، تفاوت اپل در چند جنبه کلیدی آن است. به عنوان اولین تمایز باید به این نکته شاره کنیم که در این طرح، در هر پیکسل از مکانیزمی به نام LOFIC یا خازن تجمیع افقی استفاده شده که اجازه می‌دهد هر پیکسل بسته به میزان نور صحنه، نور را در سه سطح شارژ متفاوت ذخیره کند.
نقطه تفاوت دوم نیز در آن است که هر پیکسل مجهز به مدار حافظه جریانی اختصاصی است که به‌طور آنی نویز حرارتی را اندازه‌گیری و حذف می‌کند، به‌طوری که نیاز به اصلاح نرم‌افزاری پس از ثبت تصویر به حداقل می‌رسد. نکته جالب دیگر اینکه اپل برای این طراحی از ساختار پیکسلی سه ترانزیستوری  (3T)استفاده کرده، در حالی که ساختار رایج در صنایع حرفه‌ای معمولاً از چهار ترانزیستور (4T) بهره می‌برد که به‌طور سنتی نویز کمتری ایجاد می‌کند.
نکته قابل‌توجه دیگر، نحوه ترکیب این حسگر با تراشه پردازشی زیر آن است که به اپل این امکان را می‌دهد تا برای هر پیکسل، یک شاتر اختصاصی تعریف کرده و عملیات حذف نویز را پیش از خروج سیگنال از حسگر انجام دهد. این سطح از یکپارچگی بین سخت‌افزار و پردازش تصویر می‌تواند نتایج تصویری فوق‌العاده‌ای به همراه داشته باشد.

این سنسورها را در کدام محصولات اپل خواهیم دید؟
اگر این فناوری در محصول نهایی وارد شود، آیفون آینده می‌تواند از نظر تصویربرداری، نه‌تنها از سایر گوشی‌های هوشمند پیشی بگیرد بلکه از بسیاری از دوربین‌های سینمایی نیز فراتر رود. ترکیب این حسگر پیشرفته با موتور پردازش عصبی اپل (Neural Engine) و انسجام سخت‌افزار و نرم‌افزار اختصاصی اپل می‌تواند کیفیت تصویربرداری را به سطحی برساند که تا پیش از این در دستگاهی با فرم‌فکتور موبایل ممکن نبود.
برخی تحلیل‌گران معتقدند که این فناوری می‌تواند در محصولاتی مانند آیفون 18 پرو یا نسل‌های بعدی Apple Vision Pro به‌کار گرفته شود. نتیجه چنین پیشرفتی، تصویربرداری HDR واقعی در دستگاه‌های موبایل، ضبط ویدیو بدون نویز در به صورت بلادرنگ و ثبت تصاویر حرفه‌ای در دستگاه‌هایی با ابعاد باریک و جمع‌وجور خواهد بود.
همچنین تأثیرات این نوآوری ممکن است تنها محدود به گوشی‌های هوشمند نباشد. حوزه‌هایی نظیر فیلم‌سازی با موبایل، پخش محتوای HDR، کیفیت بصری در واقعیت افزوده و واقعیت مجازی، و حتی کیت‌های فیلم‌برداری حرفه‌ای با ابعاد کوچک نیز می‌توانند از این تحول بهره‌مند شوند.

البته هنوز هیچ چیز قطعی نیست
با وجود تمام این جزئیات هیجان‌انگیز، نباید فراموش کرد که پتنت، صرفاً ثبت یک ایده است و تضمینی برای عرضه محصول نهایی نیست. در گذشته نیز اپل بارها پتنت‌هایی را به ثبت رسانده که هرگز وارد فاز تولید نشده‌اند. از سوی دیگر، برخی از تحلیل‌گران و کاربران فنی در فضای مجازی نظیر Reddit نیز پرسش‌هایی در خصوص امکان‌پذیری علمی این سطح از عملکرد مطرح کرده‌اند که هنوز بی‌پاسخ مانده است.
با این حال، این حرکت نشان‌دهنده آن است که اپل به‌دنبال استفاده از توانایی‌های داخلی خود در طراحی تراشه و مهندسی سیلیکون برای ورود به حوزه‌هایی فراتر از موبایل است. اگر این فناوری به‌ثمر بنشیند، احتمالاً شاهد یکی از بزرگ‌ترین تحولات در صنعت تصویربرداری دیجیتال طی سال‌های اخیر خواهیم بود.