מקום של כבוד שמור לסמארטפון בהיסטוריה של הצילום. הזמינות הקבועה, הנגישות לאינטרנט, הרשתות החברתיות, הסטרימינג, הגיימינג והשיימינג - אי אפשר כבר לתאר אותם בלי הקלות שבה ניתן היום לתעד ויזואלית כל רגע ולחלוק אותו עם אחרים. צילום סתם, צילום וידיאו, צילום עצמי, צילום רחב, צילום מקרו, צילום תקריב - במיליארדי התמונות והסרטונים שאנחנו מעלים או מורידים מדי יום לרשת או אוגרים בסלולרי מונצח הפסיפס המרהיב של האנושות לגווניה.
קשה להאמין, אבל זה התחיל כגימיק. ב-2002, הציגה נוקיה לראשונה מצלמה בסלולרי, העדשה הבודדת ששולבה אז בדגם 7650 יצרה תמונות "מרוחות" ברזולוציית VGA ברמת פירוט מגוחכת. אבל הגימיק הספיק כדי "להוריד את האסימון" אצל יצרניות הסלולר כולן, שבתוך זמן קצר החלו להפנות משאבים עצומים לנושא. 18 שנה אחרי, מערכי העדשות המורכבים, המשולבים היום אפילו בסמארטפונים בינוניים, מגובים ביכולות עיבוד מסחררות, ומפיקים צילומים המזכירים את אלו של מצלמות מקצועיות.
חמש מצלמות שונות כולל הסמארטפון היומרני הכמעט-הכי-טרי בשוק - גלקסי S20 אולטרה של סמסונג. ארבע מהן ממוקמות בתוך חלון ריבועי גדול למדי בחלקו האחורי, ועוד אחת מסתתרת מאחורי חריר בראש המסך. למה צריך יותר מעדשה אחת - כמו במצלמה דיגיטלית רגילה - בטלפון ממוצע? ואיך קרה שמספר העדשות בסמארטפונים הולך ועולה עם השנים?
העדשות: להילחם בכללי הפיזיקה
לפני הכל, כדאי לבחון את יכולות הצילום שמציע ה-S20 אולטרה האימתני, שמחירו יעמוד בארץ על 4,500 שקל. הנה רשימה חלקית: צילום רגיל באיכות וברזולוציה שניתן להגדיל לשלטי חוצות, צילום בזווית רחבה מאוד (בלי עיוותים בסגנון "עין הדג"), צילום תקריב (זום) אופטי של עד X10 וזום דיגיטלי עד X100, צילום וידיאו ברמת איכות של 8K, שמספיקה להקרנת סרט קולנוע על מסך ענק, לכידת תמונות סטילס סופר-איכותיות מתוך וידיאו, צילום לילה, צילום וידיאו סופר-איטי, צילום עצמי (סלפי) רגיל ורחב, צילום דמות עם טשטוש רקע מקצועי (גם בסטילס וגם בווידיאו), מייצב פנימי מתקדם, שמבטל קפיצות ותזוזות, סריקת מסמכים, ועוד ועוד.
איך כל זה קשור לחמש המצלמות במכשיר? קשור ועוד איך. למרות הכסף הגדול שהושקע בפיתוח הצילום הסלולרי לאורך השנים, ההתקדמות בתחום הייתה דווקא איטית והדרגתית. מומחי האלקטרו-אופטיקה, שלאורך שנים תכננו את העדשות והמנגנונים במצלמות המסורתיות לפי כללי הפיזיקה, קיבלו חום כשהגיעו הבוסים החדשים מעולם הטלפוניה ודרשו מהם לרבע את המעגל - להקטין את העדשה מקוטר של כדור טניס או פינג-פונג שמתאים למצלמה, לקוטר של טיפת מים שמתאים לטלפון. ובמקביל - ללכוד אור יש מאין גם בחושך, והכי מגוחך - לייצר מנגנון של זום אופטי, שמחייב תנועה קדימה ואחורה, במכשיר שכל עוביו כ-7-8 מ"מ.
כך שמצלמות הסמארטפון של 2020 - ואלה ב"אולטרה" הן דוגמה מצויינת - הן כבר תוצר מרתק של כל המעקפים שייצר המוח האנושי בניסיון להתגבר על מגבלות הטבע. קחו למשל את הצורך המשווע של כל מצלמה בקליטת אור ופרטים רבים ככל האפשר, שמתנגש בצורך בעדשה ובחיישן קטנים. לפני 6 שנים בלבד יצאה חברת HTC – מהיצרניות היצירתיות והנועזות בענף – עם רעיון: היא שילבה בסמארטפון One M8 שלה לא עדשת צילום אחת, אלא שתיים, כל אחת עם מיקוד שונה. החשיפה הכפולה העניקה למצלמה מידע אופטי נוסף, וכדי לעשות בו שימוש נכון גוייס מעבד הטלפון: נכתב אלגוריתם מיוחד ש"שילב" בין התמונות בתוך חלקיקי שנייה ויצר מהן אחת, מוארת, מפורטת ועשירה יותר. HTC אפילו הציעה אז לראשונה לבצע מיקוד גם לאחר הצילום.
הרעיון הזה, של ריבוי עדשות כפיצוי על העדר עומק, רוחב ותנועה, אומץ במהירות – וכמובן בייתר הצלחה - על-ידי התעשייה כולה. ב-2016 החלה גם אפל, מלכת התחום, לשלב שתי מצלמות באייפון שלה.
טלפוטו: איך מקבלים "עומק"
רק שלא מספיק לשלב כמה מצלמות במכשיר; צריך גם לדעת לאחד ולעבד נכון את המידע הייחודי שנקלט בכל אחד מהחיישנים הצמודים לעדשות. בשאלות איזה מידע בדיוק אמורה לקלוט כל עדשה ולאיזה צורך, ואיך בדיוק לשלב אותו בתמונה הסופית, יש גישות שונות.
בראשית הדרך, וואווי, למשל, נהגה להפריד בין עדשה לצילום רגיל לבין עדשה לצילום ייעודי בשחור-לבן; השילוב המעובד בין שתי התמונות יצר תמונה עם חדות וניגודיות מרשימה. LG נעזרה בעדשה הנוספת לצילום רחב במיוחד, שמצליח לדחוס בפריים אחד את כל החבר'ה. חברות אחרות נעזרו בכפל המצלמות להגברת רגישות האור בתמונה, ליצירת תחושה של עומק תלת ממדי, ואפילו לזום (תקריב) בסיסי. מתברר, למשל, כי שילוב עדשה "ארוכה" יחסית (טלפוטו), בנוסף לעדשה רחבה רגילה, מאפשר סוף סוף להתמודד חלקית גם עם פעולה שלא התאפשרה עד אז בצילום הסלולרי - צילומי תקריב (זום).
הלהיט של השנתיים האחרונות הוא צילומי ה"רקע המטושטש": העדשה הנוספת, בסיוע נדיב של מעבד הסמארטפון ואלגוריתמים ייעודיים, שמבצעים מאחורי הקלעים חישובי מרחק מורכבים, יכולה ליצור גם תמונות יפהפיות במה שמוכר כ"בוקה" ו"עומק שדה" בשפה המקצועית: התמקדות בנושא הצילום – אדם, חיית מחמד, או צמח - תוך טשטוש הרקע.
כיום, בחלק מהסמארטפונים היותר-יקרים, עושה את העבודה הזו חיישן עומק ייעודי המכונה ToF. הוא יעיל בטווחים של עד 5 מטרים, ומעריך גדלים של אובייקטים ואת מיקומם היחסי בסביבה. אבל יש מכשירים, כמו פיקסל של גוגל וגלקסי S20, שמצליחים להגיע לתוצאה מעולה גם בלעדיו, באמצעות עיבוד תוכנה בלבד.
המעבד: נפלאות הבינה המלאכותית
איך עושים את זה בלי החיישן המיוחד? בשילוב של למידת מכונה ואלגוריתמים מתוחכמים, שמשתבח בשנים האחרונות ככל שעולה רמת מעבדי הסלולריים: מזינים למערכת הבינה המלאכותית מיליוני תמונות של בני אדם, חיות, מוצרי מזון ועצמים, וזו לומדת את קווי המתאר שלהם ויודעת "להפריד" אותם באופן דיגיטלי מהרקע. כך ניתן לבצע גם תמונות סלפי עם אפקט טשטוש הרקע בעזרת עדשה אחת בלבד.
גוגל, אגב, עושה שימוש בטכנולוגיית תוכנה נוספת לחיזוק תחושת העומק בתמונות הסלולריים שלה: החברה משתמשת בחיישנים שבהם כל פיקסל בתמונה מחולק פיזית לשניים. יש לכך יתרון, כי במצב כזה, המעבד יכול לחקות את השימוש שלנו בזוג עיניים לשם הערכת מרחק מעצמים הנמצאים מולנו. הוא מחשב את הפרש הזווית של האובייקט המצולם בין שני חצאי הפיקסל, ומחזק בהתאם את מימד העומק בתמונה. גוגל היא לא היחידה שעושה שימוש בחיישנים כאלו, אולם אלגוריתם התוכנה שלה מוצלח במיוחד.
גלקסי S20 אולטרה
בכלל, שימוש נכון ביכולות הבינה המלאכותית של מעבדי הסלולריים מאפשר כיום ליצרניות להשביח צילומים בלי להסתמך רק על איכותן הפיזית של העדשות. למשל, ברוב המכשירים החדשים תוכלו להפעיל תכונת HDR, טכניקה שמצליחה לחלץ בתמונה את מירב הפרטים, גם באזורים הכהים וגם הבהירים שלוכדת המצלמה.
זו הסיבה, שבגבם של הסמארטפונים המתקדמים בשוק אנחנו מוצאים כבר לא מצלמה אחת ולא שתיים אלא "מערך" שלם: עדשה רחבה רגילה, עדשה רחבה במיוחד, עדשת טלפוטו (זום), מבזק (פלאש) ולעתים גם את חיישן העומק (ToF). בחזית המכשיר תופיע עדשת סלפי אחת, ולעתים אפילו עדשה נוספת, לתמונת סלפי רחבה.
הפיקסלים: 9 שהופכים לאחד
אחרי תקופה לא קצרה שבה התחרו יצרניות הסלולר במספר המגה-פיקסלים במצלמות שלהן, השוק למד בהדרגה שהמספר הזה מלמד אולי על רמת הרזולוציה של התמונה ועל היכולת להגדיל אותה, אבל רחוק מאוד מללמד על איכותה. הנה, אחד מסמארטפוני הצילום המתקדמים בעולם, סוני Xperia Pro, שהושק בשבוע שעבר ומיועד לצלמים מקצועיים, מגיע, למשל, "רק" עם עדשות ברזולוציית 12 מגה-פיקסל.
כלומר, נכון שככל שהתמונה מורכבת מנקודות רבות יותר וצפופות יותר על אותו שטח חיישן כך יש סיכוי שתהיה מפורטת יותר, אבל אז, כל נקודה בפני עצמה קולטת פחות אור. בעולם הצילום מילות המפתח העיקריות הן עדיין "חשיפה" ו"אור" והגודל בהחלט קובע - יש חשיבות עצומה לגודל הפיקסל ולמידת רגישותו לאור. האור שמגיע לחיישן דרך העדשה עובר למידע דיגיטלי, שעובר למעבד, שמרכיב את התמונה מסך כל המידע שנקלט אצלו.
מצד שני, גלקסי S20 אולטרה החדש מוכיח כי בטיפול נכון למספר פיקסלים גדול יכולים להיות יתרונות עצומים לאו דווקא בתחום הרזולוציה: העדשה העיקרית שלו מונה לא פחות מ-108 (!) מגה-פיקסלים של 0.8 מיקרומטר (מיליונית המטר) כל אחד. הרעיון הוא, שהפיקסלים יודעים להתמזג ביניהם בהתאם למצב הצילום - כך, בתנאי תאורה גרועים (חושך או אור בוהק במיוחד) מתמזגים 9 פיקסלים לאחד, גדול במיוחד. המיזוג מפחית אומנם את הרזולוציה, אבל מגביר את רגישות האור ומאפשר לא רק צילום של תמונות חדות מאוד, שניתן להגדיל או לחתוך אותן בלי לאבד חדות ופרטים, אלא גם צילום במגוון רחב מאוד של תנאי תאורה.
הזום: משחק המראות
אבל גם אחרי שהתמודדנו עם בעיות האור, הרזולוציה והמיקוד בסלולרי – נושא התקריב, הזום, שבמצלמה המסורתית מחייב עדשות גדולות, עומק פיזי ומנגנון לתנועת העדשות, נותר לא מפוצח ממש עד לאחרונה.
בגלקסי S20 אולטרה מתמודדת סמסונג עם הנושא באמצעות חיישן מיוחד בן 48 מגה-פיקסל, המתבסס על רעיון הפריסקופ של צוללת ועדשות מקופלות: החיישן נמצא בתוך קרבי המכשיר, ואת המידע קולטת מראה בזווית של 90 מעלות, המשולבת בחלון העדשות בגב הסמארטפון. ממנה עוברת התמונה למערך אנכי של עדשות נוספות הממוקמות בתוך המכשיר, ומוגדלת אופטית פי 5. בסוף הדרך מחכה החיישן, שבו התמונה מוגדלת שוב פי 2, ללא איבוד פרטים.
הרעיון, המיוחס לקורפוטוניקס הישראלית שנרכשה על-ידי סמסונג לפני שנה, אינו חדש: וואווי ו-OPPO הסיניות כבר עשו בו שימוש בו בעבר הקרוב, אבל עם חיישנים הרבה פחות איכותיים. כאן הוא מגיע מלוטש ומציע זום אופטי בהגדלה איכותית של פי 10 - כלומר גם אחרי הגדלה או מיקוד ניתן יהיה להבחין בפרטי פרטים מבלי שתקטן הרזולוציה. תוסיפו לזה עיבוד בינה מלאכותית מתקדם, שמונע אובדן פרטים ומשפר את איכות התמונה גם בהגדלה עצומה.
אפשר לומר שבאולטרה, סמסונג סוגרת מעגל ומחזירה למרכז הבמה את מספר המגה-פיקסלים בחיישן. עכשיו, היא אומרת למהנדסי הסמארטפונים בעולם: אחרי שטיפלנו במה שהכי חשוב - בלכידת האור, בשמירת הפרטים, ובעיבוד התמונה - אפשר כבר ליהנות גם מהיתרונות שיכול להקנות חיישן ענק, בעיקר בהגדלה ובחיתוך חלקים מתמונה בלי טשטוש. צריך רק לוודא מראש שהסמארטפון שלכם עתיר זיכרון איחסון: כל תמונה עשויה "לשקול" כ-30 מגה-בייט.
