توضیح دهنده فناوری کانن: DIGIC چیست؟
عملکرد یک دوربین دیجیتال به عوامل زیادی بستگی دارد – حسگر تصویر، لنزی که استفاده می کنید و غیره. از این میان یکی از مهمترین آنها موتور پردازش تصویر است که تقریباً در تمام عملکردها و فرآیندهای عکاسی نقش دارد. در دوربینهای Canon EOS، هسته اصلی پشت برتر تصویربرداری، موتور پردازش تصویر DIGIC است که توسط Canon داخلی توسعه داده شده است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن به ادامه مطلب مراجعه کنید.
در این مقاله: توضیح دهنده فناوری کانن: DIGIC چیست؟
موتور پردازش تصویر چیست؟
هنگام عکاسی در داخل دوربین چه اتفاقی می افتد؟
DIGIC و تکنولوژی یادگیری عمیق
نقش DIGIC در عکاسی پیاپی با سرعت بالا
DIGIC، علم رنگ و کیفیت تصویر
امکان ساخت ویدیوی 8K
نتیجه
موتور پردازش تصویر چیست؟
قبل از اینکه بفهمیم یک موتور پردازش تصویر چه کار می کند، بیایید به نحوه ایجاد تصاویر توسط دوربین دیجیتال نگاه کنیم.
چگونه یک تصویر دیجیتال تولید می شود: توضیح ساده شده
(1) نور از صحنه از طریق لنز وارد دوربین می شود.
(2) نور توسط حسگر تصویر جمع آوری می شود.
(3) حسگر تصویر اطلاعات موجود در نور را در سیگنال های الکتریکی رمزگذاری می کند.
(4) این سیگنال های الکتریکی توسط موتور پردازش تصویر برای تشکیل تصویر دیجیتال پردازش می شوند. در دوربین های Canon EOS این موتور پردازش تصویر DIGIC نامیده می شود.
همانطور که نمودار بالا نشان می دهد، کار اصلی موتور پردازش تصویر دوربین های دیجیتال کمک به حسگر تصویر در تبدیل نور به یک تصویر دیجیتال است. اما بیش از این کار را انجام می دهد. دوربین های دیجیتال از اجزای مختلفی تشکیل شده اند، مانند واحد شاتر و قطعاتی که با لنز ارتباط برقرار می کنند، که همگی با هم کار می کنند زیرا دستورالعمل ها را از “مغز” دوربین – موتور پردازش تصویر DIGIC – می گیرند.
تاریخچه DIGIC
موتور پردازش تصویر DIGIC زمانی ایجاد شد که Canon از هنجار استفاده از پردازنده های LSI (یکپارچه در مقیاس بزرگ) جدا شد و تصمیم گرفت پردازنده های خود را توسعه دهد. «موتور تصویربرداری» پیشگامانه ای که به دست آمد، قادر به پردازش داده های بسیار بیشتری با سرعت بالا بود و راه را برای دوربین های پیشرفته تر و وضوح بالاتر هموار کرد.
اولین دوربینی که به این موتور تصویربرداری مجهز شد PowerShot S10 بود که در سال 1999 عرضه شد. پس از چندین دور اصلاح، در نهایت در EOS 10D (منتشر شده در سال 2003) با نام “DIGIC” گنجانده شد.
با نیم فشار دادن دکمه شاتر، موتور پردازش تصویر شروع به اندازه گیری نور می کند. از آنجا، بهترین تنظیمات نوردهی را برای صحنه محاسبه می کند و سپس با قسمت های مربوطه ارتباط برقرار می کند تا تنظیمات را بر اساس آن تنظیم کند.
هنگامی که AF را راه اندازی می کنید، DIGIC اطلاعات حسگر تصویر را برای شناسایی و ردیابی سوژه تجزیه و تحلیل می کند. در عین حال، با لنز ارتباط برقرار می کند تا مکانیسم فوکوس را در داخل لنز حرکت دهد و فوکوس را ایجاد کند.
البته، این پایان کاری نیست که DIGIC انجام می دهد. در واقع، این تازه آغاز کار است. فلوچارت زیر نشان می دهد که چگونه DIGIC در هر مرحله از ساخت تصویر، قبل و بعد از رها کردن شاتر نقش دارد:
بله، این میزان پردازشی است که فقط برای یک تصویر لازم است! حالا تصور کنید اگر ۱۰ فریم در ثانیه عکس بگیرید، فرآیند فوق باید ۱۰ بار در یک ثانیه تکرار شود. هر چه رزولوشن سنسور تصویر بالاتر باشد، داده های بیشتری برای پردازش در هر عکس و بار سنگینی بر دوش پردازنده خواهد بود. به همین دلیل است که یک موتور پردازش تصویر سریع و قدرتمند برای عملکرد بهتر دوربین بسیار مهم است.
چگونه DIGIC در طول سال ها بهبود یافته است
2002 DIGIC به پردازش سیگنال تنها با یک تراشه پردازنده دست یافت
2004 DIGIC II سریعتر، نویز کمتر
2006 DIGIC III تصاویر با وضوح بالاتر. از تشخیص چهره پشتیبانی می کند
2008 DIGIC 4 تصاویر با وضوح بالاتر. سریعتر؛ حرکت را تشخیص می دهد
2011 DIGIC 5 کاهش بهتر نویز. تراز سفیدی بهتر
قابلیت فیلمبرداری DIGIC 6 2013 (Full HD/60p)
2016 DIGIC 7 تصاویر با وضوح بالاتر; عملکرد بیشتر (ردیابی موضوع، تشخیص، تثبیت تصویر
2018 DIGIC 8 عملکرد بهتر عکسبرداری و قابلیت فیلمبرداری (4K)
2020 DIGIC X قابلیت ویدئو بهبود یافته (>4K)؛ سریعتر؛ پشتیبانی از الگوریتم یادگیری عمیق
DIGIC X: پشتیبانی از فناوری یادگیری عمیق
آخرین نسخه DIGIC DIGIC X است که از فناوری یادگیری عمیق همراه با پیشرفت های مختلف دیگر پشتیبانی می کند.
چرا DIGIC برای فناوری یادگیری عمیق ضروری است؟
یادگیری عمیق شکلی از یادگیری ماشینی است که از لایه های زیادی از شبکه های عصبی مصنوعی استفاده می کند که بر اساس ساختارهای مشابه در مغز انسان هستند. استفاده از فناوری یادگیری عمیق توسعه الگوریتم های تشخیص موضوع را سرعت می بخشد به طوری که آنها می توانند دامنه وسیع تری از انواع موضوعات را با دقت بهتر تشخیص دهند. یادگیری عمیق چیزی است که به آموزش الگوریتم دوربین مجهز به DIGIC X کمک کرد تا پرنده را به عنوان پرنده تشخیص دهد.
دوربین ها به تنهایی نمی توانند “یاد بگیرند”: این به قدرت پردازشی بیشتری نسبت به بدنه دوربین نیاز دارد. در عوض، آنها با الگوریتم های یادگیری عمیق که از یادگیری انجام شده در آزمایشگاه توسعه حاصل می شود، بارگذاری می شوند. اجرای اینها به مدارهای تخصصی و قدرت پردازشی نیاز دارد که DIGIC X دارد.
EOS-1D X Mark III: اولین بازی DIGIC X
اولین دوربین مجهز به DIGIC X، EOS-1D X Mark III، قادر به تشخیص سر از طریق یادگیری عمیق بود. این قابلیتهای تشخیص چهره موجود را تکمیل کرد و ردیابی سوژه را در طول صحنههایی مانند ورزشهایی که ممکن است صورت ورزشکار مسدود شود، بهبود بخشید.
EOS R5 و EOS R6: تشخیص حیوانات از طریق یادگیری عمیق
EOS R5 و EOS R6 از فناوری یادگیری عمیق برای تشخیص چشمها، صورت و کل بدن گربهها، سگها و پرندگان بهره میبرند.
EOS R3، EOS R7، EOS R10 و فراتر از آن
EOS R3 از یادگیری عمیق برای پشتیبانی از:
– تشخیص وسایل نقلیه موتوری
– تشخیص تنه انسان
– تشخیص سر ورزشکاران ورزش های زمستانی که از عینک و کلاه ایمنی استفاده می کنند
– تشخیص چشمی پیشرفته
EOS R3 و EOS R7 و EOS R10 پس از آن نیز از فناوری یادگیری عمیق برای بهبود دقت تراز سفیدی خودکار خود استفاده کردند.
عکاسی پیاپی با سرعت بالا و ردیابی دقیق سوژه
DIGIC در طول عکسبرداری مداوم چه می کند؟
جریان پردازشی که قبلاً در این مقاله ذکر شد را به خاطر دارید؟ در طول عکسبرداری مداوم، این جریان برای هر عکس گرفته شده تکرار می شود. علاوه بر این، DIGIC محاسباتی را برای پیش بینی موقعیت سوژه های متحرک و حفظ تمرکز آنها انجام می دهد. در دوربینهایی که از AF مبتنی بر یادگیری عمیق پشتیبانی میکنند، این شامل اجرای الگوریتم یادگیری عمیق با پردازش سنگین میشود.
EOS R3 در حال حاضر سریعترین قابلیتهای عکاسی پیاپی را در بین تمام دوربینهای EOS دارد: تصاویر با وضوح کامل تا 30 فریم در ثانیه با شاتر الکترونیکی در هنگام انتشار، و تا 195 فریم در ثانیه (برای حداکثر 50 عکس) با بهروزرسانی میانافزار 1.2. 0، در جولای 2022 اعلام شد. تصور کنید: کل گردش کار پردازش 50 بار در کمتر از یک ثانیه انجام شد. این گواهی بر سرعت و قدرت DIGIC X است.
سنگ بنای کیفیت تصویر
موتور پردازش تصویر بعد از گرفتن عکس چه می کند؟
بیایید روندی که در ابتدای مقاله توضیح داده شد را دوباره مرور کنیم. در واقع، بخش (4) این فرآیند بسیار پیچیده تر است. برای بیان آن به زبان ساده، بیشتر شبیه این است:
دادههای RAW مانند نسخه دیجیتالی نگاتیوهای فیلم هستند – قبل از اینکه بتوانیم تصویر را مشاهده کنیم، باید به صورت دیجیتالی توسعه داده شوند (پردازش شوند). این موتور پردازش تصویر DIGIC است که حسگر تصویر را کنترل می کند، سیگنال های الکتریکی را می خواند و توسعه تصویر دیجیتال را انجام می دهد.
این را بدانید: نقش DIGIC در علم رنگ
سنسور تصویر به خودی خود “کور رنگ” است – فقط می تواند اطلاعاتی در مورد قدرت نوری که به آن می رسد را ضبط کند، اما نه رنگ. تصاویر رنگی عمدتاً به این دلیل به دست می آیند:
1. آرایه فیلتر رنگی RGB (CFA) واقع در جلوی حسگر تصویر، که نور را به اجزای جداگانه قرمز (R)، سبز (G) و آبی (B) فیلتر می کند. سنسور تصویر به تنهایی نمیتواند رنگها را متمایز کند، اما میتواند قدرت نور را در هر جزء جذب کند، و سپس آن را به عنوان سیگنال الکتریکی به پردازشگر تصویر منتقل میکند. این سیگنال ها نیز در فایل RAW به عنوان داده دیجیتال کدگذاری می شوند.
2. یک الگوریتم debayering (یا demosaicing)، که موتور پردازش تصویر از آن برای پردازش داده های R، G و B از حسگر تصویر استفاده می کند و سپس رنگ های موجود در تصویر را (“بازسازی”) ارائه می دهد.
اینها دو عامل اصلی پشت آنچه که بسیاری از آن به عنوان “علم رنگ” دوربین یاد می کنند، هستند. اینکه چگونه رنگها مستقیماً از دوربین رندر میشوند، نشاندهنده این است که یک موتور پردازش تصویر چگونه دادههای رنگی را مدیریت میکند.
وقتی فیلتر رنگ را از حسگر تصویر بردارید چه اتفاقی می افتد؟ اینجا پیدا کنید – اما این را به تنهایی امتحان نکنید!
توسعه و پردازش RAW
هنگامی که DIGIC داده های RAW را به صورت دیجیتالی توسعه می دهد، معمولا پردازش 14 بیتی را انجام می دهد، از جمله حذف کردن داده های RGB برای “بازسازی” رنگ ها. در عین حال، کاهش نویز را نیز انجام می دهد و وضوح، کنتراست، تن رنگ ها و تعادل رنگ سفید را تنظیم می کند.
DIGIC همچنین پس پردازش را برای بهبود کیفیت و ظاهر بصری تصویر مستقیم از دوربین انجام می دهد. این موارد شامل اعمال:
– تصحیح انحراف لنز
– فیلترهای خلاقانه
– ادغام HDR در دوربین
– نوردهی های متعدد
پردازش تصویر زمانی کامل می شود که تصویر به JPEG (8 بیتی) و/یا HEIF (10 بیتی) تبدیل شود، فشرده شود و روی کارت حافظه نوشته شود. اکنون می دانید که چرا فایل های JPEG یا HEIF مستقیم خارج از دوربین شما بسیار بهتر از فایل های RAW به نظر می رسند!
قدرت پردازشی که ویدیوی 8K را فعال می کند
امروزه فیلمبرداری با وضوح بالا به یک عملکرد ضروری در تمام دوربین های دیجیتال تبدیل شده است. با این حال، به دلیل حجم دادههای موجود در هر فریم، برای ضبط ویدیوی با کیفیت و وضوح بالا، قدرت پردازش فوقالعادهای لازم است.
تا قبل از DIGIC 7، کانن عمدتاً در هنگام توسعه موتورهای پردازش تصویر خود، عکاسی ثابت را در اولویت قرار می داد. با این حال، از DIGIC 8 به بعد، شروع به تمرکز بیشتر روی عملکردهای پردازش ویدیویی کرد. این موضوع باعث شد تا دوربینهایی با قابلیتهای ویدیویی بهتر از قبل، از فیلمبرداری 4K تا پشتیبانی از ویژگیهای ویدیوی بیشتر، تولید شوند.
یک فریم 4K DCI/UHD به ترتیب 8.85 و 8.3 مگاپیکسل است. چیزی که بسیار کمتر از یک عکس ثابت در یک دوربین است، AF و نوردهی خودکار باید برای هر فریم دوباره محاسبه شوند. این به این معنی است که جریان پردازشی که در بالا معرفی شد، 60 بار در ثانیه هنگام فیلمبرداری 60 فریم بر ثانیه تکرار می شود.
تقریباً همه دوربینهای DIGIC X میتوانند به دلیل کوچک بودن 4K به این دلیل باشد که بیش از حد نمونهبرداری شده است – به این معنی که دادههای بیشتری نسبت به 4K مدیریت میکنند. در واقع، یک فریم 8K چهار برابر بزرگتر از یک فریم 4K است و EOS R5 C قادر به ضبط 8K DCI 60P RAW است. این نشان دهنده قابلیت های DIGIC X است.
به طور خلاصه: DIGIC، هسته عملکرد دوربین
هنگام بحث در مورد عملکرد دوربین، بسیاری از افراد به ویژگی هایی مانند محدوده دینامیکی سنسور تصویر توجه می کنند. با این حال، ما نباید از موتور پردازش تصویر غافل شویم که عملکرد آن کیفیت نهایی تصویر را تعیین می کند.
در تلاش Canon برای کیفیت تصویر بالا، DIGIC سالها اصلاح شده است. آخرین نسخه آن، DIGIC X، با در نظر گرفتن عکاسی ثابت و فیلمبرداری توسعه یافته است. با مدارهای تخصصی خود برای پردازش الگوریتمهای یادگیری عمیق و همچنین پیشرفتهایی که فرآیندهای مختلف آن را سرعت میبخشد، یک جزء اصلی برای دستیابی به کیفیت تصویر فوقالعاده و تجربه عکاسی بدون درز حیاتی است.