پایان رولینگ‌شاتر در عکاسی موبایل؛ گلکسی S27 سامسونگ با فناوری گلوبال شاتر از راه می‌رسد

samsung-galaxy-s27-global-shutter-camera-upgrade_11zon — پایان رولینگ‌شاتر در عکاسی موبایل؛ گلکسی S27 سامسونگ با فناوری گلوبال شاتر از راه می‌رسد

پایان رولینگ‌شاتر در موبایل؛ گلکسی S27 و آغاز عصر جدید عکاسی

طلوع خورشید در دنیای عکاسی موبایل

تاریخ عکاسی موبایل، داستانی از پیشرفت‌های خیره‌کننده، مبارزات پنهان با محدودیت‌های فیزیکی و تلاش مداوم برای رسیدن به کیفیت دوربین‌های حرفه‌ای است. در این مسیر، ما شاهد ظهور لنزهای متعدد، افزایش مگاپیکسل‌ها، و پیشرفت‌های الگوریتمی چشمگیری بوده‌ایم. اما یک مانع اساسی، یک “نقطه کور” تکنولوژیک، سال‌هاست که کیفیت تصویربرداری را، به‌ویژه در سناریوهای پرسرعت، محدود کرده است: فناوری Rolling Shutter (شاتر غلتان).

این محدودیت به قدری ریشه‌ای است که اغلب اوقات ما متوجه آن نیستیم، مگر زمانی که با یک سوژه متحرک سریع روبرو می‌شویم؛ انحرافات عمودی در تیرهای چراغ برق، انعکاس‌های موج‌دار در آب، یا اعوجاج عجیب در هنگام فیلم‌برداری از یک ورزشکار. اما اکنون، به نظر می‌رسد سامسونگ قصد دارد با معرفی احتمالی گلکسی S27، این پارادایم قدیمی را به چالش بکشد و عصری جدید را آغاز کند: عصر Global Shutter (شاتر سراسری).

ورود Global Shutter به پرچمداران موبایل، یک جهش تکنولوژیک نیست، بلکه یک انقلاب بنیادین در نحوه ثبت نور توسط سنسورها است. این تغییر نه تنها تجربه‌ی عکاسی را برای کاربران عادی متحول می‌کند، بلکه درهای جدیدی را به روی کاربردهای پیشرفته هوش مصنوعی و واقعیت افزوده باز خواهد کرد. در این مقاله تحلیلی عمیق، به بررسی تاریخچه، محدودیت‌های فنی Rolling Shutter، جزئیات احتمالی سنسور S27 و پیامدهای این گذار بزرگ در صنعت موبایل خواهیم پرداخت. آیا گلکسی S27 می‌تواند میراث‌دار واقعی دوربین‌های حرفه‌ای در دنیای موبایل باشد؟

سیر تکامل دوربین موبایل تا امروز: مسیری پر از چالش‌های فیزیکی

داستان دوربین‌های موبایل از حسگرهای ساده VGA آغاز شد و به سیستم‌های پیچیده چندگانه در پرچمداران امروزی رسید. اما تمرکز اصلی همواره بر روی “چگونه بزرگتر و بیشتر” بوده است: مگاپیکسل‌های بیشتر، زوم اپتیکال، لنزهای تله‌فوتو، و افزایش اندازه فیزیکی سنسور. این رویکرد، اگرچه نتایج چشمگیری به همراه داشته، اما در مواجهه با قوانین فیزیک همواره با چالش‌هایی روبرو بوده است.

یکی از بزرگترین چالش‌ها، محدودیت فضای فیزیکی در طراحی گوشی‌های هوشمند است. این محدودیت باعث شده است که سنسورهای دوربین موبایل کوچک‌تر از سنسورهای دوربین‌های DSLR یا حتی دوربین‌های بدون آینه (Mirrorless) باشند. این امر مستقیماً بر کیفیت تصویر در نور کم و عمق میدان تأثیر می‌گذارد.

اما در کنار محدودیت‌های اندازه، نحوه خواندن داده‌ها از سنسور نیز یک گلوگاه تکنولوژیک حیاتی بوده است. تقریباً تمام سنسورهای CMOS کنونی در موبایل‌ها از معماری Rolling Shutter استفاده می‌کنند. این معماری برای دهه‌ها استاندارد بوده، اما با افزایش نیاز به فیلم‌برداری با نرخ فریم بالا و ثبت لحظات سریع، نقاط ضعف آن آشکارتر شده است. انتقال به Global Shutter، که برای سال‌ها محدود به دوربین‌های سینمایی گران‌قیمت و سنسورهای صنعتی بود، نشان‌دهنده بلوغ فناوری در نقطه‌ای است که دیگر نمی‌توان از آن چشم‌پوشی کرد.

توضیح عمیق و فنی Rolling Shutter و محدودیت‌ها

برای درک اهمیت Global Shutter، ابتدا باید بدانیم Rolling Shutter چگونه کار می‌کند و چرا یک محدودیت ذاتی در عکاسی مدرن محسوب می‌شود.

Rolling Shutter: خواندن خط به خط

در سنسورهای CMOS مبتنی بر Rolling Shutter، برخلاف تصور رایج که کل سنسور به صورت آنی نور را ثبت می‌کند، پیکسل‌ها به صورت متوالی و خط به خط (Row by Row) خوانده می‌شوند. این فرآیند شبیه به اسکن یک صفحه نمایش قدیمی CRT است که تصویر را از بالا به پایین ترسیم می‌کند.

فرض کنید یک سنسور با $N$ ردیف پیکسل داریم. سنسور ابتدا ردیف ۱ را می‌خوانَد، سپس ردیف ۲ و تا ردیف $N$ ادامه می‌دهد. زمان لازم برای خواندن کل سنسور (Readout Time) هرچند بسیار کوتاه است (معمولاً در حد چند میلی‌ثانیه)، اما این زمان به اندازه کافی طولانی است که سوژه در طول این فرآیند جابه‌جا شود.

محدودیت‌های Rolling Shutter: اعوجاج و استروبوسکوپی

محدودیت اصلی زمانی آشکار می‌شود که سرعت حرکت سوژه (Motion Velocity) از سرعت خواندن سنسور (Sensor Readout Speed) سریع‌تر باشد. این وضعیت منجر به پدیده‌هایی مانند “Jello Effect” (اثر ژله‌ای) می‌شود:

اعوجاج سوژه‌های متحرک (Skew): تصور کنید در حال فیلم‌برداری از یک ماشین مسابقه هستید. زمانی که سنسور در حال خواندن ردیف‌های بالایی است، ماشین در موقعیت A قرار دارد. اما تا زمانی که سنسور به ردیف‌های پایینی می‌رسد، ماشین به موقعیت B جابه‌جا شده است. نتیجه نهایی، تصویری است که در آن خطوط عمودی مانند تیرهای چراغ برق، به صورت مورب ثبت می‌شوند.
Wagon-Wheel Effect (اثر چرخ واگن): این اثر معمولاً در فیلم‌برداری از پره‌های پنکه یا چرخ خودروها دیده می‌شود. چرخش سریع باعث می‌شود که نحوه خواندن خط به خط، جهت چرخش را به اشتباه تفسیر کند و پره‌ها به نظر برسد که کندتر می‌چرخند، یا حتی در خلاف جهت اصلی در حال چرخش هستند.
افتادگی سریع نور (Exposure Instability): در سناریوهای نوردهی طولانی یا عکاسی در نور کم، حتی لرزش‌های بسیار جزئی دست می‌تواند باعث شود که برخی خطوط سنسور در لحظه‌ای متفاوت و با نوردهی کمی متفاوت از خطوط دیگر ثبت شوند، که منجر به ایجاد نوارهای نوری ناخواسته می‌شود.

این محدودیت‌ها باعث شده‌اند که عکاسی ورزشی پرسرعت، فیلم‌برداری اکشن و حتی برخی کاربردهای پیشرفته مانند واقعیت افزوده (AR) با چالش‌های جدی مواجه شوند، زیرا داده‌های فضایی ثبت شده در زمان‌های کمی متفاوت، با هم همخوانی ندارند.

Global Shutter چیست؟ تعریف ساده و فنی

Global Shutter یا شاتر سراسری، یک رویکرد انقلابی در طراحی سنسورهای CMOS است که این مشکل متوالی بودن خواندن داده‌ها را حل می‌کند.

توضیح ساده: “عکس دسته‌جمعی”

تصور کنید می‌خواهید از یک گروه بزرگ عکس بگیرید. در روش Rolling Shutter، شما مجبورید اول به ردیف اول بگویید آماده باشند، بعد به ردیف دوم و … تا به ردیف آخر برسید و همه با هم آماده ثبت تصویر شوند. در این فاصله، ممکن است برخی افراد خمیازه بکشند یا چشمک بزنند.

در روش Global Shutter، شما به تمام پیکسل‌های سنسور به صورت همزمان دستور می‌دهید: “همین حالا ثبت کنید!”. تمامی پیکسل‌ها در یک لحظه دقیق و همزمان نور را جذب کرده و ثبت می‌کنند. این عمل مانند گرفتن یک عکس دسته‌جمعی واقعی است که در آن همه در یک لحظه ثبت شده‌اند.

توضیح فنی: معماری و عملکرد

فناوری Global Shutter از معماری متفاوتی در سطح هر پیکسل استفاده می‌کند. در سنسورهای Rolling Shutter، هر پیکسل شامل یک فوتودیود (برای جذب نور) و یک مدار برای خواندن بار الکتریکی است. در مقابل، سنسورهای Global Shutter مجهز به یک مدار ذخیره‌سازی (Storage Node) یا یک تراشه فعال (Active Pixel Array) در کنار هر فوتودیود هستند.

مراحل کار به این صورت است:

شروع نوردهی (Exposure Start): سیگنال شروع به تمام پیکسل‌ها به صورت همزمان ارسال می‌شود.
جذب نور: تمام فوتودیودها شروع به جمع‌آوری فوتون‌ها می‌کنند.
پایان نوردهی (Exposure End): سیگنال توقف به صورت همزمان به تمام پیکسل‌ها ارسال می‌شود.
انتقال و ذخیره: در لحظه پایان نوردهی، بار الکتریکی جمع‌آوری شده در هر فوتودیود، به صورت همزمان به مدار ذخیره‌سازی یا خواندن خودکار (ADC) در همان پیکسل منتقل می‌شود، یا برای پردازش بعدی آماده می‌شود.

این انتقال همزمان تضمین می‌کند که تمام داده‌های تصویر، صرف نظر از موقعیت پیکسل در سنسور، در یک بازه زمانی دقیق ثبت شده‌اند. این امر اعوجاجات ناشی از حرکت را کاملاً حذف می‌کند.

تفاوت Global Shutter و Rolling Shutter: از منظر کاربر عادی و حرفه‌ای

تمایز بین این دو فناوری درک تحولات آینده دوربین موبایل را تسهیل می‌کند.

زبان کاربر عادی

اگر شما کاربر عادی هستید و از موبایل برای عکاسی روزمره، شبکه‌های اجتماعی و ثبت لحظات خانوادگی استفاده می‌کنید، تفاوت اصلی در ویدئوها و تصاویر سریع آشکار می‌شود:

Rolling Shutter: وقتی از یک ماشین با سرعت بالا فیلم می‌گیرید، چرخ‌ها ممکن است کج و معوج به نظر برسند. همچنین هنگام راه رفتن سریع یا پریدن، ویدئو ممکن است کمی لرزان یا دارای خطوط ناهموار به نظر برسد.
Global Shutter: ویدئوها و عکس‌های شما کاملاً شفاف، بدون اعوجاج و با ثبات فضایی دقیق خواهند بود. حرکت‌های سریع مانند ورزش، بازی کودکان، یا حیوانات خانگی به شکل واقعی و بدون “ژلاتینی” شدن ثبت می‌شوند.

زبان حرفه‌ای (تکنیکال)

برای عکاسان و توسعه‌دهندگان، تفاوت‌ها فراتر از ظاهر تصویر است و به نحوه پردازش داده‌ها مربوط می‌شود:

ویژگیRolling Shutter (استاندارد)Global Shutter (جدید)نحوه خواندن دادهمتوالی (خط به خط)همزمان (همه پیکسل‌ها با هم)زمان نوردهی مؤثرمتغیر در طول زمان خواندنثابت و همزمان برای تمام پیکسل‌هااعوجاج حرکتیبله (Skew, Jello Effect)خیر (بدون اعوجاج حرکتی)نویز و Overlapنویز کمتر در نوردهی‌های کوتاه، عدم تداخل بین ردیف‌هااحتمال نویز بیشتر در برخی معماری‌ها (شرطی)پیچیدگی ساختارساده‌تر، اشغال فضای کمتر توسط مداراتپیچیده‌تر، نیاز به مدارات خواندن/ذخیره‌سازی بیشتر در هر پیکسلکاربرد ایده‌آلعکاسی استاتیک، نور کمعکاسی پرسرعت، فیلم‌برداری اکشن، AR/VR

جزئیات فنی سنسور شایعه‌شده گلکسی S27: ورود به دنیای نیمه‌هادی‌های پیشرفته

شایعات موثق حول گلکسی S27 (یا احتمالاً S25/S26 بسته به دور جدید نام‌گذاری) حاکی از آن است که سامسونگ قصد دارد از یک سنسور پیشرفته با معماری Global Shutter استفاده کند. این سنسور احتمالاً نه یک ارتقاء ساده، بلکه یک تغییر کامل در زیرساخت دریافت تصویر خواهد بود. تحلیل‌های فنی نشان می‌دهد که تمرکز بر کارایی و حفظ کیفیت در کنار Global Shutter کلید اصلی طراحی بوده است.

تراکم پیکسل و اندازه فیزیکی

گفته می‌شود سامسونگ از یک سنسور با رزولوشن نسبتاً پایین (حدود ۱۲ مگاپیکسل) استفاده خواهد کرد، اما تمرکز اصلی بر روی کیفیت فیزیکی هر پیکسل است.

اندازه پیکسل ($\mathbf{1.5\mu m}$): حفظ اندازه پیکسل در حدود $1.5$ میکرومتر (در مقایسه با $1.4\mu m$ یا $1.6\mu m$ در نسل‌های قبلی) یک نقطه توازن مهم است. اندازه بزرگتر پیکسل به معنای جمع‌آوری فوتون بیشتر و نویز کمتر در نور کم است. با وجود پیچیدگی معماری Global Shutter، سامسونگ توانسته است اندازه فیزیکی پیکسل را حفظ کند که این یک دستاورد مهندسی بزرگ محسوب می‌شود.

معماری Stacked CMOS پیشرفته (2×2 Stack)

برای جای دادن تمام مدارات لازم برای Global Shutter—شامل مدارات خواندن، ذخیره‌سازی و مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) در کنار فوتودیود—به فضای بیشتری نیاز است. راهکار سامسونگ در اینجا استفاده از معماری پیشرفته Stacked CMOS است.

در این معماری، سنسور به دو یا چند لایه تقسیم می‌شود:

لایه بالایی (Pixel Array Layer): شامل آرایه فوتودیودها که مسئول جذب نور هستند.
لایه پایینی (Logic Layer): شامل مدارهای پردازشی، منطقی، حافظه بافر و ADCها.

استفاده از ساختار 2×2 Stack (دو لایه اصلی روی هم) امکان می‌دهد تا پیچیدگی‌های لازم برای Global Shutter را بدون افزایش بیش از حد اندازه فیزیکی سنسور یا کاهش شدید اندازه پیکسل‌ها پیاده‌سازی کرد. این ساختار به طور موازی، پردازش داده‌ها را سریع‌تر کرده و فضای مورد نیاز برای مدارات اضافی Global Shutter را فراهم می‌آورد.

ADC در هر پیکسل (ADC per Pixel)

یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌ها، ادغام مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) در سطح یا نزدیکی هر پیکسل است.

در سنسورهای معمولی Rolling Shutter، یک یا چند ADC باید به صورت سریالی داده‌های چندین ردیف پیکسل را بخوانند و تبدیل کنند. این فرآیند کند است و خود عامل اصلی کندی در خواندن داده‌هاست.

در سنسور Global Shutter شایعه‌شده، با داشتن ADC per Pixel، فرآیند تبدیل آنالوگ به دیجیتال تقریباً همزمان با انتقال داده‌ها از فوتودیود انجام می‌شود. این موازی‌سازی عظیم در تبدیل داده، سرعت خواندن (Readout Speed) سنسور را به شدت افزایش می‌دهد، که برای عکاسی با فریم بالا (High Frame Rate) و سینمایی حیاتی است.

[ \text{سرعت خواندن} \propto \frac{1}{\text{تعداد ADC} \times \text{زمان تبدیل}} ]

داشتن چندین ADC به این معنی است که داده‌ها در یک لحظه قرائت و تبدیل شده و آماده انتقال به پردازشگر تصویر (ISP) سامسونگ می‌شوند.

چرا ۱۲ مگاپیکسل انتخاب شده؟ تحلیل فنی و تجاری

انتخاب رزولوشن ۱۲ مگاپیکسل برای یک سنسور پرچمدار در عصری که بسیاری از رقبا به ۵۰ یا حتی ۲۰۰ مگاپیکسل مهاجرت کرده‌اند، شاید در نگاه اول غیرمنطقی به نظر برسد. اما این انتخاب یک استراتژی کاملاً فنی و تجاری هوشمندانه است که مستقیماً با چالش‌های پیاده‌سازی Global Shutter در ارتباط است.

محدودیت‌های فیزیکی معماری Global Shutter

پیاده‌سازی Global Shutter نیاز به افزودن مدارات اضافی (مانند مدار ذخیره‌سازی و ADC) در کنار هر فوتودیود دارد. این امر به شدت بر “نسبت پر شدن پیکسل” (Pixel Fill Factor) تأثیر می‌گذارد، یعنی درصدی از سطح پیکسل که واقعاً نور جذب می‌کند.

کاهش حساسیت در تراکم بالا: اگر سامسونگ سعی می‌کرد یک سنسور ۱۰۰ مگاپیکسلی با پیکسل‌های کوچک‌تر (مثلاً $0.8\mu m$) را با معماری Global Shutter بسازد، با مشکلات زیر روبرو می‌شد:
- فضای فیزیکی محدود: جای دادن تمام مدارات اضافی در کنار یک پیکسل بسیار کوچک، کارایی را به شدت پایین می‌آورد یا نیاز به سنسور بزرگتری داشت که در گوشی جا نمی‌شد.
- کاهش کارایی در نور کم: کاهش فضای جذب نور به دلیل مدارات اضافه، باعث افت شدید حساسیت سنسور در نور کم می‌شد، که یک نقص بزرگ برای یک پرچمدار محسوب می‌شود.
حفظ اندازه پیکسل (Aperture Size): با حفظ اندازه پیکسل در $1.5\mu m$، سامسونگ اطمینان حاصل می‌کند که سنسور اصلی می‌تواند نور کافی جذب کند و نویز را در حداقل نگه دارد، حتی با پیچیدگی‌های اضافی Global Shutter. برای رسیدن به ۱۲ مگاپیکسل با این اندازه پیکسل، ابعاد سنسور حدود $1/1.5$ اینچ خواهد بود که یک اندازه بزرگ اما قابل مدیریت برای طراحی ماژول دوربین گوشی است.

استراتژی تجاری: کیفیت بر کمیت

در بازار موبایل، مفهوم “مگاپیکسل‌شویی” کم‌رنگ شده و کاربران بیشتر به دنبال نتایج واقعی هستند. سامسونگ با این انتخاب نشان می‌دهد که اولویت، ارائه یک قابلیت انقلابی (Global Shutter) با حفظ کیفیت پایه عکاسی (نور کم و نویز پایین) است، نه صرفاً افزایش اعداد روی کاغذ.

عملکرد بهتر در ویدئو: ۱۲ مگاپیکسل برای فیلم‌برداری 4K با نرخ فریم بالا (مثلاً ۱۲۰ فریم بر ثانیه) و حتی 8K با نرخ مناسب، کاملاً کافی است. Global Shutter در اینجا اهمیت حیاتی دارد و ارزش ۱۲ مگاپیکسل بهینه را چندین برابر می‌کند.
پشتیبانی از هوش مصنوعی: داده‌های با کیفیت‌تر (بدون اعوجاج حرکتی) برای آموزش و اجرای مدل‌های هوش مصنوعی (مانند HDR و ترکیب تصاویر) بسیار کارآمدتر هستند.

بنابراین، ۱۲ مگاپیکسل انتخابی است که به سامسونگ اجازه می‌دهد Global Shutter را با بالاترین کیفیت نوری ممکن و در یک بسته فیزیکی معقول، به بازار عرضه کند.

کاربردهای واقعی Global Shutter در موبایل: فراتر از عکس‌های بدون اعوجاج

اهمیت واقعی Global Shutter نه تنها در حذف اثرات منفی Rolling Shutter، بلکه در باز کردن قابلیت‌های جدیدی است که تا پیش از این فقط در دوربین‌های حرفه‌ای امکان‌پذیر بودند.

۱. عکاسی ورزشی و اکشن (Action Photography)

این واضح‌ترین حوزه تأثیر است. در عکاسی از مسابقات اتومبیل‌رانی، دویدن، بسکتبال یا هر فعالیت سریع دیگری، گلکسی S27 قادر خواهد بود لحظات اوج را با وضوح کامل فضایی ثبت کند. دیگر خبری از تیرهای چراغ برق خمیده یا اعوجاج پره‌های هلیکوپتر نخواهد بود. این امر به خصوص برای عکاسانی که از موبایل به عنوان ابزار اصلی یا پشتیبان استفاده می‌کنند، یک مزیت رقابتی بزرگ است.

۲. ثبت سوژه‌های سریع (مانند کودکان و حیوانات)

مواجهه با یک کودک در حال دویدن یا یک حیوان خانگی که ناگهان حرکت می‌کند، کابوس دوربین‌های Rolling Shutter است. Global Shutter تضمین می‌کند که هر فریم، بازتابی دقیق از واقعیت آن لحظه است. اگرچه لرزش دست (که توسط تثبیت‌کننده اپتیکال یا نرم‌افزاری اصلاح می‌شود) همچنان وجود دارد، اما اعوجاج ناشی از حرکت سوژه کاملاً از بین می‌رود.

۳. فیلم‌برداری با نرخ فریم بالا و اسلوموشن

Global Shutter برای فیلم‌برداری سینمایی بسیار حیاتی است. فیلم‌برداری در نرخ فریم بالا (HFR) مانند ۲۴۰ فریم بر ثانیه یا بالاتر، که برای اسلوموشن استفاده می‌شود، با Rolling Shutter مشکل‌ساز می‌شود زیرا بازه زمانی خواندن سنسور در هر فریم کوتاه است و ممکن است نشت نور (Light Leakage) یا ناهمگونی‌های عجیب ایجاد شود. Global Shutter این محدودیت‌ها را برطرف کرده و امکان ضبط ویدئوهای اکشن بسیار نرم و با کیفیت سینمایی را فراهم می‌کند.

۴. تقویت قابلیت‌های AI Camera و Depth Mapping

یکی از کاربردهای آینده‌نگرانه، استفاده از Global Shutter در سامانه‌های سنجش عمق (Depth Sensing) و واقعیت افزوده (AR) است.

برای اینکه یک اپلیکیشن AR بتواند اشیای مجازی را به صورت دقیق روی دنیای واقعی قرار دهد، نیاز به درک فضایی بسیار دقیق دارد. Rolling Shutter باعث می‌شود که داده‌های عمق تصویر گرفته شده در نقاط مختلف سنسور، همخوانی فضایی نداشته باشند (زیرا سوژه در طول خواندن جابه‌جا شده است). Global Shutter، با تضمین ثبت همزمان داده‌های رنگی و عمقی، پایه‌ای بسیار مستحکم‌تر برای الگوریتم‌های نقشه‌برداری سه‌بعدی و ادغام واقعیت مجازی/افزوده فراهم می‌کند.

تأثیر بر فیلم‌برداری، اسلوموشن و تثبیت ویدئو

تأثیر Global Shutter بر ویدئو به مراتب چشمگیرتر از عکاسی ثابت است.

فیلم‌برداری و حذف اثر Jello

یکی از بزرگترین ایرادات فیلم‌برداری با موبایل‌های امروزی، بخصوص در حالت‌های حرفه‌ای یا زمانی که لرزشگیرهای الکترونیکی بیش از حد فعال می‌شوند، پدیده Jello Effect است. Global Shutter این مشکل را به طور کامل حذف می‌کند. تصاویر ویدئویی ثبت شده با این فناوری، ثبات هندسی بی‌نظیری خواهند داشت، حتی اگر تثبیت‌کننده دیجیتال (EIS) فعال باشد.

عملکرد اسلوموشن بهینه

در ضبط اسلوموشن، هرچه نرخ فریم بالاتر باشد، زمان نوردهی برای هر فریم باید کمتر باشد. در Rolling Shutter، برای رسیدن به فریم‌ریت‌های بسیار بالا، نیاز به مدارات خواندن فوق‌العاده سریع است که اغلب منجر به نویز شدید می‌شود یا عملاً غیرقابل دستیابی است.

Global Shutter به لطف ADCهای مجاور پیکسل، می‌تواند فریم‌های بسیار زیادی را در یک بازه زمانی مشخص پردازش کند. این امر به سامسونگ اجازه می‌دهد تا نرخ فریم‌های بالاتر را با نوردهی مناسب‌تر و نویز کمتر ثبت کند، و در نتیجه ویدئوهای اسلوموشن بسیار با کیفیت‌تری ارائه دهد.

تثبیت ویدئو (Stabilization)

تثبیت ویدئو (OIS و EIS) بر اساس مقایسه فریم‌های متوالی کار می‌کند. اگر فریم‌ها در اثر Rolling Shutter دچار اعوجاج فضایی باشند، الگوریتم‌های تثبیت‌کننده برای اصلاح لرزش، باید همزمان اعوجاج را نیز شناسایی و تصحیح کنند که پیچیدگی محاسباتی را افزایش می‌دهد و گاهی اوقات منجر به نتایج غیرطبیعی می‌شود. با داده‌های فضایی ثابت ارائه شده توسط Global Shutter، الگوریتم‌های تثبیت می‌توانند به طور مؤثری صرفاً بر روی حذف لرزش‌های ناخواسته تمرکز کنند، که منجر به ویدئوهای روان‌تر و طبیعی‌تر می‌شود.

مقایسه مستقیم با آیفون و برنامه‌های احتمالی اپل

همیشه رقابت بر سر دوربین‌های سامسونگ و اپل داغ بوده است. اپل در چند سال اخیر تمرکز زیادی بر روی پردازش تصویر نرم‌افزاری و حفظ دقت رنگ‌ها داشته است، در حالی که سامسونگ در زمینه سخت‌افزار (مانند زوم اپتیکال و نمایشگرها) پیشرو بوده است.

وضعیت فعلی اپل: Rolling Shutter غالب

اپل تاکنون، مانند اکثر سازندگان اندرویدی، از سنسورهای Rolling Shutter در آیفون‌های خود استفاده کرده است. آیفون‌ها به دلیل پردازش تصویر بسیار قوی اپل و الگوریتم‌های پیشرفته، اعوجاجات Rolling Shutter را تا حد زیادی پنهان می‌کنند، به خصوص در سناریوهای معمولی. با این حال، در شرایط پرسرعت یا فیلم‌برداری اکشن حرفه‌ای، اثرات Rolling Shutter همچنان قابل مشاهده است.

چرا اپل ممکن است عقب بماند؟

اپل معمولاً فناوری‌هایی را در آیفون به کار می‌برد که:

کاملاً بالغ شده باشند (از نظر پایداری و هزینه‌تولید).
بتوانند تأثیر چشمگیری بر تجربه کاربری ارائه دهند.

Global Shutter فناوری‌ای است که پیاده‌سازی آن بسیار پرهزینه و پیچیده است. سامسونگ، به عنوان پیشرو در تولید سنسور (از طریق بخش سامسونگ الکترونیکس) و همچنین یکی از بزرگترین خریداران سنسور، منابع لازم برای سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه و جذب اولین نسخه‌های این سنسورها را دارد.

اگر سامسونگ با گلکسی S27 موفق به پیاده‌سازی موفقیت‌آمیز Global Shutter شود، اپل مجبور خواهد بود برای حفظ مزیت رقابتی خود در بخش ویدئو و عکاسی اکشن، به سرعت این فناوری را در نسل‌های بعدی آیفون (احتمالاً آیفون ۱۷ یا ۱۸) بگنجاند. این امر یک رقابت جدید را شکل خواهد داد: اولین پیاده‌سازی پایدار و بهینه Global Shutter.

چالش‌ها و محدودیت‌های Global Shutter: هزینه، نور کم و مصرف انرژی

انتقال از Rolling Shutter به Global Shutter بدون چالش نیست. اگر این فناوری به این خوبی بود، چرا تمام تولیدکنندگان مدت‌هاست از آن استفاده نمی‌کنند؟ پاسخ در چهار چالش اصلی نهفته است:

۱. هزینه تولید (Cost of Manufacturing)

همانطور که بحث شد، معماری Global Shutter به مدارهای ذخیره‌سازی و تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC) در سطح هر پیکسل نیاز دارد. این امر پیچیدگی فرآیند ساخت سنسور را به شدت افزایش می‌دهد.

هزینه تراشه: تولید سنسورهای Stacked CMOS با مدارات اضافی، گران‌تر از سنسورهای Rolling Shutter استاندارد است. این افزایش هزینه مستقیماً به قیمت نهایی گوشی، به ویژه در مدل‌های پایه، منتقل می‌شود، مگر آنکه سامسونگ بتواند از طریق تولید انبوه (مانند S27) هزینه را کاهش دهد.

۲. عملکرد در نور کم (Low Light Performance)

این بزرگترین دغدغه فنی است. در Rolling Shutter، تمام سطح پیکسل برای جذب نور استفاده می‌شود. در Global Shutter، به دلیل نیاز به مدارهای خواندن/ذخیره‌سازی در کنار فوتودیود، سطح مؤثر جذب نور (Effective Aperture) کاهش می‌یابد (افت Fill Factor).

اگرچه معماری پیشرفته سامسونگ با حفظ پیکسل‌های $1.5\mu m$ تلاش می‌کند این مشکل را کاهش دهد، اما به طور کلی، انتظار می‌رود سنسورهای Global Shutter در مقایسه با بهترین سنسورهای Rolling Shutter هم‌اندازه، کمی نویز بیشتری در شرایط نوری بسیار ضعیف تولید کنند، مگر اینکه سامسونگ با الگوریتم‌های نرم‌افزاری بسیار پیشرفته‌ای این شکاف را پر کند.

۳. مصرف انرژی (Power Consumption)

پردازش موازی چندین برابر داده در سطح سنسور، انرژی بیشتری مصرف می‌کند. زمانی که تمام ADCها به صورت همزمان کار می‌کنند، جریان الکتریکی بالاتری نسبت به خواندن متوالی در Rolling Shutter مصرف می‌شود. این امر می‌تواند عمر باتری را، به ویژه هنگام فیلم‌برداری مداوم با فریم‌ریت بالا، تحت تأثیر قرار دهد. مدیریت حرارت و مصرف انرژی در این سنسورها یک نقطه تمرکز مهندسی حیاتی خواهد بود.

۴. پیچیدگی‌های نرم‌افزاری و ISP

داده‌های خروجی از یک سنسور Global Shutter، از نظر فضایی سازگار هستند، اما نحوه پردازش آن‌ها در پردازشگر سیگنال تصویر (ISP) باید برای این نوع ورودی بهینه شود. الگوریتم‌های HDR، کاهش نویز و حتی فوکوس خودکار (AF) باید برای سازگاری با زمان‌بندی دقیق Global Shutter تنظیم شوند.

آینده عکاسی موبایل پس از S27: استانداردسازی سخت‌افزار

اگر گلکسی S27 با موفقیت Global Shutter را معرفی کند، این اتفاق صرفاً یک ویژگی جدید نخواهد بود؛ بلکه نشانگر یک بلوغ در فناوری سنسور است که مسیر آینده عکاسی موبایل را تعیین می‌کند.

حرکت به سوی “سنسورهای سینمایی”

با موفقیت GS، انتظار می‌رود که طی ۲ تا ۳ سال آینده، این فناوری از سنسورهای پرچمدار به مدل‌های میان‌رده رده بالا نیز نفوذ کند. دوربین‌های موبایل دیگر تنها به دنبال “عکس‌های زیبا” نخواهند بود، بلکه به دنبال “دقت فیزیکی” و “ثبات زمانی-مکانی” در ثبت تصویر خواهند بود. این امر به شدت به پیشرفت هوش مصنوعی و AR کمک خواهد کرد.

ادغام با فناوری‌های سنجش محیطی

Global Shutter زمینه را برای ادغام بهتر دوربین‌های معمولی با حسگرهای زمان پرواز (ToF) و LiDAR فراهم می‌کند. اگر تمام اجزای ثبت تصویر (رنگ، عمق، زمان) در یک لحظه ثبت شوند، موتورهای رندرینگ سه‌بعدی در گوشی‌های هوشمند قادر خواهند بود مدل‌های محیطی بسیار دقیق‌تری بسازند.

پایان عصر مگاپیکسل‌شویی افراطی

احتمالاً شاهد تمرکز کمتر بر مگاپیکسل‌های ۲۰۰+ و تمرکز بیشتر بر کیفیت پیکسل (اندازه فیزیکی، نویز، و معماری خواندن) خواهیم بود. سنسورهای ۱۲ تا ۵۰ مگاپیکسلی با معماری پیشرفته و قابلیت‌های Global Shutter، عملکردی بسیار بهتر از سنسورهای حجیم‌تر و پیچیده‌تر Rolling Shutter خواهند داشت.

گلکسی S27 می‌تواند اولین دستگاهی باشد که نشان می‌دهد چگونه محدودیت‌های فیزیکی سخت‌افزاری می‌توانند با نوآوری‌های معماری در سطح میکروچیپ غلبه شوند.

جمع‌بندی تحلیلی و آینده‌نگرانه

معرفی Global Shutter در گلکسی S27، در صورت وقوع، نقطه عطفی است که می‌تواند صنعت دوربین موبایل را وارد فاز جدیدی کند. برای سال‌ها، مهندسان موبایل مجبور بوده‌اند با محدودیت‌های ذاتی Rolling Shutter کنار بیایند؛ فناوری که در بهترین حالت، یک مصالحه بین سرعت خواندن و کیفیت تصویر بود.

با بهره‌گیری از معماری 2×2 Stacked CMOS و ADC per Pixel، سامسونگ در حال تلاش برای ارائه یک راه‌حل کامل است که همزمان، چالش‌های اساسی نور کم و نیاز به فضای فیزیکی محدود را مدیریت کند. ۱۲ مگاپیکسل انتخابی هوشمندانه برای این مرحله اولیه است، که بر کارایی ثابت شده (پیکسل بزرگتر) و عملکرد انقلابی (بدون اعوجاج حرکتی) تأکید دارد.

این تغییر، تنها عکاسی از فوتبال یا کنسرت‌ها را بهبود نمی‌بخشد؛ بلکه زیربنای نسل بعدی اپلیکیشن‌های واقعیت ترکیبی (MR) و قابلیت‌های هوش مصنوعی را خواهد ساخت. در حالی که چالش‌هایی نظیر هزینه و مصرف انرژی باقی است، عبور از Rolling Shutter توسط سامسونگ، فشار شدیدی بر رقبایی مانند اپل وارد می‌کند تا آن‌ها نیز به این “عصر جدید عکاسی” بپیوندند. گلکسی S27 تنها یک گوشی هوشمند نخواهد بود؛ بلکه یک پلتفرم عکاسی متحول شده است.

سوالات متداول (FAQ) در مورد Global Shutter و گلکسی S27

در این بخش، به ۲۰ پرسش کلیدی و کاربردی درباره فناوری Global Shutter و تأثیر آن بر گوشی‌های هوشمند آینده سامسونگ پاسخ داده شده است.

1. Global Shutter دقیقاً چه مشکلی را حل می‌کند؟
Global Shutter مشکل اصلی Rolling Shutter، یعنی “اعوجاج ناشی از حرکت” (Skewing) را حل می‌کند. Rolling Shutter به صورت خط به خط تصویربرداری می‌کند و باعث می‌شود سوژه‌های متحرک سریع در تصویر خمیده یا کج به نظر برسند؛ GS با ثبت همزمان تمام پیکسل‌ها، این اعوجاج را حذف می‌کند.

2. آیا Global Shutter جایگزین لرزشگیر اپتیکال (OIS) می‌شود؟
خیر. Global Shutter فقط اعوجاج ناشی از حرکت سوژه در برابر سنسور را از بین می‌برد. OIS و EIS برای مقابله با لرزش‌های ناخواسته دست کاربر طراحی شده‌اند. GS و OIS مکمل یکدیگر هستند.

3. آیا سنسور Global Shutter در گلکسی S27 نویز بیشتری تولید خواهد کرد؟
این یک نگرانی فنی است. معماری GS نیاز به مدارهای اضافی دارد که فضای جذب نور پیکسل را کاهش می‌دهد (افت Fill Factor). اگرچه سامسونگ تلاش کرده است با حفظ اندازه پیکسل $1.5\mu m$ این تأثیر را به حداقل برساند، در شرایط نوری بسیار ضعیف، ممکن است کمی نویز بیشتری نسبت به بهترین سنسورهای Rolling Shutter مشاهده شود، مگر اینکه پردازش نرم‌افزاری جبران کند.

4. منظور از “ADC per Pixel” چیست؟
به جای اینکه چند پیکسل داده‌های خود را به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) بفرستند، در معماری GS پیشرفته، هر پیکسل دارای ADC اختصاصی خود است. این امکان تبدیل داده‌ها را به صورت موازی فراهم کرده و سرعت خواندن سنسور را به شدت افزایش می‌دهد.

5. ۱۲ مگاپیکسل بودن سنسور GS در S27 یک نقطه ضعف است؟
خیر، این یک تصمیم طراحی آگاهانه است. ۱۲ مگاپیکسل با پیکسل‌های بزرگ $1.5\mu m$ کیفیت نوری بالاتری (بهتر در نور کم) نسبت به سنسورهای بسیار پرمگاپیکسل با پیکسل‌های کوچک فراهم می‌کند، به‌ویژه هنگامی که پیچیدگی ساخت GS اعمال می‌شود.

6. آیا کاربران عادی در استفاده روزمره متوجه Global Shutter خواهند شد؟
در عکاسی روزمره (عکاسی ثابت، مناظر)، احتمالاً متوجه تفاوت چشمگیری نخواهند شد. تفاوت اصلی در فیلم‌برداری ویدئوهای اکشن، بازی کودکان، ورزش و ضبط لحظات بسیار سریع آشکار می‌شود.

7. Global Shutter چه تأثیری بر فیلم‌برداری سینمایی خواهد داشت؟
تأثیر آن بر فیلم‌برداری انقلابی است. حذف Jello Effect در ویدئوها و امکان ضبط فریم‌ریت‌های بسیار بالا با کیفیت فضایی دقیق، قابلیت‌های سینمایی گوشی را به سطح دوربین‌های حرفه‌ای نزدیک‌تر می‌کند.

8. آیا این فناوری انرژی بیشتری مصرف می‌کند؟
بله. فعال‌سازی همزمان تعداد زیادی مدار منطقی و ADC در سطح سنسور، به طور بالقوه مصرف انرژی را در هنگام ثبت تصویر یا فیلم‌برداری افزایش می‌دهد، که باید توسط مدیریت حرارتی و باتری سامسونگ کنترل شود.

9. آیا اپل نیز به زودی از Global Shutter استفاده خواهد کرد؟
اپل معمولاً فناوری‌های اثبات‌شده را پذیرش می‌کند. با توجه به معرفی احتمالی GS توسط سامسونگ در S27، اپل احتمالاً در نسل‌های بعدی آیفون (احتمالاً آیفون ۱۷ یا ۱۸) بر روی پیاده‌سازی خود از این فناوری کار خواهد کرد تا عقب نماند.

10. آیا Global Shutter برای عکاسی HDR بهتر است؟
بله. HDR نیاز به گرفتن چند تصویر با نوردهی‌های متفاوت (کم، متوسط، زیاد) دارد. در Rolling Shutter، حرکت سوژه بین این تصاویر باعث تداخل می‌شود. GS تضمین می‌کند که هر سه تصویر در یک لحظه دقیق ثبت شده‌اند، که منجر به ترکیب HDR بسیار تمیزتر و بدون سایه شبح (Ghosting) می‌شود.

11. معماری 2×2 Stack در سنسور به چه معناست؟
این به معنای لایه‌بندی فیزیکی سنسور است. یک لایه شامل فوتودیودها (لایه جذب نور) و لایه دوم شامل مدارهای پردازشی و منطقی است که روی هم چیده شده‌اند تا فضای کمتری اشغال کنند.

12. آیا سنسور GS به لنزهای پیچیده‌تری نیاز دارد؟
خیر. Global Shutter یک فناوری مربوط به نحوه خواندن داده از سنسور است و مستقیماً نیازمند تغییر در طراحی اپتیکال لنز نیست، اما ممکن است به دلیل الزامات جدید پردازشی، ISP داخلی بهینه‌سازی شود.

13. چه مدت طول می‌کشد تا یک تصویر با Global Shutter پردازش شود؟
زمان تبدیل آنالوگ به دیجیتال (ADC) در GS بسیار سریع است. پردازش کلی تصویر (ISP) به قدرت پردازنده گوشی بستگی دارد، اما خواندن داده‌ها از سنسور بسیار سریع‌تر از حالت متوالی Rolling Shutter خواهد بود.

14. آیا Global Shutter می‌تواند جایگزین سنسورهای ToF شود؟
خیر، اما آن را تکمیل می‌کند. ToF برای اندازه‌گیری فاصله از طریق زمان پرواز نور طراحی شده است. GS داده‌های فضایی را در یک لحظه ثبت می‌کند، که باعث می‌شود نقشه‌برداری عمق (Depth Mapping) بسیار دقیق‌تر و سازگارتر با تصویر رنگی شود.

15. آیا هزینه تولید این سنسورها باعث افزایش قیمت کلی گلکسی S27 می‌شود؟
بله، به طور بالقوه. فناوری‌های پیشرفته اولیه معمولاً هزینه بالایی دارند. اگر سامسونگ این فناوری را ابتدا در مدل‌های اولترا معرفی کند، انتظار می‌رود که به عنوان یک عامل افزایش دهنده قیمت نقش داشته باشد.

16. آیا این فناوری برای دوربین سلفی نیز مفید است؟
بله، اگرچه احتمال پیاده‌سازی آن در سنسورهای سلفی کوچک‌تر در اولویت پایین‌تری قرار دارد. با این حال، برای اپلیکیشن‌های AR مبتنی بر سلفی یا تشخیص ژست‌های سریع، مزیت‌های GS محسوس خواهد بود.

17. آیا Global Shutter تأثیری بر فوکوس خودکار (Autofocus) دارد؟
به طور مستقیم خیر، اما به دلیل داده‌های فضایی سازگارتر، الگوریتم‌های تشخیص فاز (PDAF) می‌توانند دقیق‌تر و سریع‌تر عمل کنند، زیرا لایه‌های مختلف تصویر با فازهای مختلف حرکت نمی‌کنند.

18. چرا سامسونگ قبل از S27 از این فناوری استفاده نکرد؟
Global Shutter نیازمند رسیدن به بلوغ در سه حوزه بود: ۱) کوچک‌سازی و یکپارچه‌سازی تراشه (Stacked CMOS)، ۲) افزایش کارایی در نور کم، و ۳) کاهش هزینه‌های تولید برای استفاده در پلتفرم‌های مصرفی. اکنون به نظر می‌رسد که این نقاط عطف تکنولوژیک به دست آمده‌اند.

19. آیا می‌توان با Global Shutter از فلاش‌های استودیویی همگام‌سازی کرد؟
بله. از آنجایی که تمام پیکسل‌ها در یک لحظه نوردهی را متوقف می‌کنند، امکان همگام‌سازی بسیار دقیق با فلاش‌های خارجی (Strobe Flashes) فراهم می‌شود که در Rolling Shutter به دلیل زمان‌بندی خواندن، یک چالش بزرگ است.

20. بزرگترین مزیت تجاری برای سامسونگ از معرفی GS در S27 چیست؟
مزیت تجا؟** مزیت تجاری اصلی، ایجاد یک شکاف تکنولوژیک قابل توجه نسبت به رقبا، به ویژه اپل، در حوزه کلیدی ویدئو و عکاسی اکشن است و تثبیت جایگاه سامسونگ به عنوان رهبر نوآوری در سخت‌افزار دوربین موبایل. “`

برچسب ها: سامسونگ گلکسی S27

ورود / ثبت نام