علم رنگ چیست و چه اهمیتی دارد؟

علم رنگ یکی از جدیدترین اصطلاحاتی است که در مورد آن بحث می‌شود و موضوعی جذاب برای طرفداران عکاسی به شمار می‌آید. امروزه نقد و بررسی دوربین‌‌ گوشی‌های هوشمند و دیگر دوربین‌ها بدون اشاره به نحوه ثبت رنگ آن‌ها میسر نمی‌شود.

بنابراین سوالی که پیش می‌آید این است که علم رنگ در دوربین گوشی‌های هوشمند به چه چیزی اطلاق می‌شود و چه اهمیتی دارد. در این مطلب سعی داریم به این موضوع بپردازیم.

رنگ چیست؟

پیش از اینکه به علم رنگ بپردازیم باید معنای رنگ را به خوبی درک کرده باشیم و نحوه تعریف آن را در یک تصویر دیجیتالی بدانیم. رنگ یکی از دو قسمت مهم هر تصویر دیجیتالی‌ای است، بخش دوم یک تصویر دیجیتالی را روشنایی تشکیل می‌دهد.

برای ثبت اطلاعاتی رنگی، دوربین‌های دیجیتال به طور معمول از یک فیلتر آرایه‌ای که در بخش فوقانی سنسور قرار دارد، استفاده می‌کنند. محبوب‌ترین CFA، فیلتر Bayer‌ است که از موزایکی دو در دو تشکیل شده و شامل یک بخش قرمز، یک بخش آبی و دو بخش سبز می‌شود. فیلتر Bayer از دو بخش سبز برای جمع‌آوری اطلاعات مربوط به روشنایی استفاده می‌کند. دلیل این کار حساسیت چشم انسان به رنگ سبز و روشنایی توصیف شده است.

Bayer نوری را که از سنسور عبور کرده، فیلتر می‌کند و هر پیکسل سنسور مقادیری به خصوص از رنگ را دریافت می‌نمایند. رنگ‌ها چه قرمز، سبز یا آبی باشند هنوز تصویر ناقصی را ارائه می‌دهند و این تصویر زمانی کامل می‌شود که فرایندی به نام debayering بر روی آن انجام پذیرد. در این فرآیند یک الگوریتم مقدار رنگ هر پیکسل را با استفاده از اطلاعات پیکسل همسایه ترسیم می‌کند و در نهایت تصویر کامل ایجاد می‌شود.

این فرایند تا حدودی به هک‌ کردن شبیه است زیرا اطلاعات رنگی ثبت شده تنها یک سوم تصویر دیجیتالی را تشکیل می‌دهند و دو سوم باقی مانده توسط حدس و گمان در دیگر رنگ‌های تصویر به دست می‌آید.

در زمان ثبت داده‌های خام و ذخیره تصویر با فرمت Jpeg، نرم‌ افزار دوربین کارهای زیادی را برای رندر بیت‌های به دست آمده از داده‌ها دریافتی انجام خواهد داد و در این بخش است که معقوله علم رنگ وارد می‌شود.

علم رنگ چیست؟

علم رنگ شرایطی است که نرم‌افزار دوربین نحوه رندر رنگ‌های تصویر نهایی بر اساس اطلاعات به دست آمده انتخاب می‌کند. رنگ‌ها تنها یک جنبه از تصویر را در اختیار دارند اما این رنگ‌ها مولفه‌ی تصویر را تشکیل می‌دهند و خاصیت یک دوربین را تعیین می‌کند.

بخشی از علم رنگ به فرایند debayering اختصاص دارد. زمان و هزینه بسیاری برای الگوریتم debayering صرف می‌شود تا بتواند به درستی مقدار رنگ هر یک از پیکسل‌های تصویر را به درستی حدس بزند. یکی از دلایلی که تصاویر دوربین‌های جدید نسبت به دوربین‌های قدیمی طبیعی‌تر شده‌اند مربوط به پیشرفت‌های صورت گرفته در الگوریتم debayering می‌شود.

به‌ دست آوردن مقدار رنگ هر پیکسل بخشی از معادله به شمار می‌رود. دوربین نیز تنظیمات مربوط به تعادل رنگ را انجام می‌دهد تا هر رنگی که ممکن است ناخواسته به علت روشنایی پدید آمده باشد، حذف گردد. معمولا تعادل رنگ بر روی آبی مایل به نارنجی و سبز مایل به قرمز تنظیم می‌شود. رنگ‌های آبی، سبز، قرمز و نارجی در جهت مخالف چرخه رنگ قرار می‌گیرند و پایه اصلی این چرخه را تشکیل می‌دهند. تنظیم سطح بر روی آبی و نارجی باعث می‌شود تا بتوان سردی و گرمی‌ تصویر را کنترل کرد و به همین دلیل است که آن را دمای رنگ می‌نامند.

نحوه تعیین دمای رنگ دوربین بستگی به تنظیمات نرم‌افزار دوربین دارد. برخی از دوربین‌ها طوری طراحی شده‌اند تا موزانه رنگ سفید را برای هر صحنه، به طور دقیق تنظیم کنند در حالی که برخی دیگر از دوربین‌ها ممکن به صورت جزئی تصاویری با دمای گرم‌تر یا سردتری ثبت نمایند. در گوشی‌های هوشمند، این مورد را می‌توان به راحتی در آیفون‌ها مشاهده کرد که دمای تصاویر آن‌ها به سوی طیف سبز و نارنجی چرخه رنگ می‌رود و باعث می‌شود پوست افراد و رنگ محیط گرم‌تر به نمایش درآید.

در حال حاضر مشخصه‌های معمول تصاویر شامل اشباع رنگ، روشنایی/ گاما، وضوح، کنتراست و تطابق درجه می‌شوند. هر یک از این مشخصه‌ها در تولید تصویر نهایی به کار می‌روند و کلیت تصویر نهایی را تعیین می‌کنند.

به عنوان مثال، در گذشته گوشی‌های سامسونگ تمایل داشتند تا اشباع رنگ و کنتراست تصاویر را افزایش دهند، با این حال اخیرا سامسونگ رویه خود را تغییر داده و به افزایش روشنایی تصاویر روی آورده است. دوربین گوشی‌های هواوی بر روی تصاویری با کنتراست و وضوح بالا تمرکز دارند و در برخی مواقع در این زمینه بیش از حد اغراق می‌کنند و باعث می‌شود هنگام تماشا بر روی صفحه نمایش موبایل جذاب به نظر برسند اما بر روی صفحه نمایش‌ها بزرگ از جذابیت آن‌ها کاسته شده و کیفیت‌شان تغییر می‌کند. گوشی‌های پیکسل نیز کنتراست و گامای بسیاری را به همراه نوردهی HDR+ در تصاویر ایجاد می‌کنند و به طور کلی جزئیات را در تصاویر ثبت شده برجسته کرده و اشباع رنگ و کنتراست را افزایش می‌دهند و دمای رنگ در آن‌ها رو به سردی دارد. حالت تصاویری که گوشی‌های پیکسل ایجاد می‌کنند، جذابیت خاص خود را دارند و به همین دلیل است که بسیاری از افراد این نوع تصاویر را می‌پسندند.

در همین حال اپل مقادیر گاما، کنتراست و وضوح تصاویرش را به صورت محافظانه‌کارانه و بر اساس سیاست خاص خود انتخاب می‌نماید. یکی از دلایلی که بسیار از افراد تصور می‌کنند که تصاویر ثبت شده توسط آیفون‌ها طبیعی‌ هستند مربوط به این خط منش اپل می‌شود. البته این مورد در این چند سال اخیر مقداری تغییر کرده است و آیفون‌هایی که در طی این سال‌ها عرضه گشته‌اند، کنتراست و اشباع رنگ‌ در تصاویر آن‌ها افزایش یافته و دمای رنگ آن‌ها گرم‌تر شده است. آیفون 2018 به لطف بهرمندی از قابلیت HDR هوشمند در تطابق درجه نوردهی نیز عملکرد مناسبی دارد.

امروزه برخی از گوشی‌های هوشمند جدید از هوش مصنوعی به منظور تطبیق تنظیمات رنگ بر اساس صحنه‌های مختلف استفاده می‌کنند در حالی که گوشی‌های قدیمی‌تر از تنظیمات پیش‌فرض برای هر تصویر بهره می‌بردند. بسیاری از گوشی‌های جدید همچون محصولات هواوی و الجی اکنون می‌توانند سوژه هر تصویر را شناسایی کنند و کنتراست، اشباع رنگ و وضوح را بر اساس آن سوژه خاص مطابقت دهند. آن‌ها همچنین می‌توانند به صورت گزینشی طیف خاصی از رنگ‌ها همچون سبز مخصوص برای فضای گیاهی، نارنجی برای غذاها و آبی برای مناظر روز استفاده کنند و همچنین می‌توانند نوردهی رنگ‌ها را به منظور افزایش کنتراست سوژه‌ها تطبیق دهند.

بنابراین، تصویر نهایی‌ای که گوشی هوشمند ثبت می‌کنند، مجموعه‌ای متشکل از پارامترها است. زمانی که شما بدانید چه پارامترهایی در تصویر نهایی به کار رفته است، می‌توانید متوجه شوید که شرکت‌های سازنده کدام بخش‌ها را افزایش یا کاهش داده‌اند تا تصویر خاص برند خود را ایجاد کنند. در حال حاضر، بسیاری از برندهای بزرگ پارامترهای خود را طوری تنظیم کرده‌اند تا به راحتی توسط کاربران و طرفداران‌شان قابل شناسایی باشد در حالی که برندهای جدید و تازه تاسیس همواره میان محصولات‌شان در حال تغییر متدهای تصاویر خود هستند.

لازم به ذکر است که نرم‌افزار دوربین نیز تنظیمات متعددی را بر روی تصویر نهایی اعمال می‌کند. مواردی همچون کاهش نویز، تصحیح لنز، بهبود دهنده نوردهی و تثبیت کننده نیز در کیفیت تصویر نهایی موثر هستند اما نمی‌توان در این مقاله در رابطه با آن‌ها پرداخت.

علم رنگ چه اهمیتی دارد؟

اکنون که مفهوم کلی علم رنگ را آشنا شدیم باید بدانیم تا چه حد از آن استفاده می‌شود و به دلیل اهمیت آن پی ببریم.

 این مورد در گوشی‌های هوشمند به صورت محدود به کار گرفته می‌شود. علم رنگ در دوربین گوشی‌های هوشمند به صورتی است که تنها هنگام تصویربرداری در فرمت JPEG و فیلم‌برداری ویدئو تاثیر دارد. اگر شما در حالت RAW شروع به تصویربرداری کنید، هیچ پردازشی بر روی تصاویر صورت نمی‌پذیرد و شما می‌توانید تصاویر را مطابق علاقه خود تنظیم نمایید. به همین دلیل است که اگر دوربین مناسبی در اختیار کاربر باشد، به طور معمول در حالت RAW با آن تصویربرداری می‌کند و از این طریق علم رنگ و تنظیماتی را که سازنده به صورت پیش‌فرض در آن قرار داده است، نادیده خواهد گرفت.

با این حال در گوشی‌های هوشمند، کاربران به طور معمول با فرمت JPEG تصویربرداری می‌کنند بنابراین مولفه‌های رنگی که تولیدکننده در گوشی خود استفاده کرده است، اهمیت بسیاری دارد. فرمت JPEG به گونه‌ای است که پس از ثبت تصویر به علت کمبود اطلاعات نمی‌توان بر روی آن پردازش‌های دیگری به منظور تغییر یا بهبود تصویر انجام داد و تصویر به صورت فشرده‌ شده ذخیره می‌شود.

علاوه بر این، نحوه کارکرد تصویربرداری بر روی یک گوشی هوشمند نسبت به یک دوربین DSLR یا دیگر دوربین‌های عکاسی متفاوت است و آن را به وضوح می‌توان مشاهده کرد. معمولا افراد پس از ثبت عکس، آن را بدون تغییرات اضافی در فضای مجازی به اشتراک می‌گذارند، این افراد که با گوشی‌های هوشمند به ثبت تصاویر می‌پردازند، به طور معمول عکاسان تازه‌کاری هستند. بنابراین تصویر نهایی پردازش شده اهمیت بسیاری برای آن‌ها دارد و عکاسانی که از دوربین‌های DSLR کمتر به چنین موردی توجه می‌کنند.

به همین دلیل است که کاربران تصویر ثبت شده توسط گوشی‌های پیکسل و آیفون‌ها را مطلوب تلقی می‌کنند. هر دو گوشی می‌تواند تصاویر JPEG را بدون نیاز به تنظیمات اضافی با کیفیت مناسب تولید کنند. همین موضوع موجب می‌شد تا گوشی‌های شرکت سونی در زمینه رنگ تصاویر ضعیف عمل نمایند.

همانطور که گفته شد علم رنگ دوربین‌ها زمانی در تصاویر ملموس است که شما آن را در فرمت JPEG ثبت کرده باشید و در صورتی در فرمت RAW به ثبت تصاویر بپردازید، می‌توانید آن را به گونه‌ای که دلخواه خود در بیاورید یا اینکه آن را مشابه دیگر تصاویر گوشی‌های هوشمند کنید. با این حال فرمت RAW به سادگی برای گوشی‌های هوشمند عملی نیست و کاربران چندان علاقه‌ای به آن ندارند. ثبت تصاویر در حالت دستی و سپس پردازش فایل RAW‌ بر روی یک کامپیوتر، باعث هدر رفتن وقتتان می‌شود زیرا برای انجام این کار باید از یک دوربین عکاسی مناسب به جای یک گوشی هوشمند استفاده کنید.

البته رنگ تنها یک قسمت از تصویر را تشکیل می‌دهد. در کیفیت کلی تصویر، موارد دیگری همچون کیفیت لنز و سنسور نیز باید در نظر گرفته شود. یک سنسور با کیفیت قادر خواهد بود تا تصاویر با جزئیات بیشتر و نویز کمتر تولید کند و یک لنز با کیفیت باعث می‌شود تا وضوح تصاویر افزایش یابد و از تحریف آن‌ها جلوگیری می‌کند. این دو مولفه تاثیر بیشتر نسبت به علم رنگ بر روی تصویر نهایی دارند. 

بنابراین اکثر نگرانی‌ها همواره از سوی کیفیت سنسور و لنز دوربین احساس می‌شود اما خوشبختانه امروزه کیفیت ساخت آن‌ها افزایش یافته و از این نظر کمبودی مشاهده نمی‌شود. با این حال استفاده صحیح از مولفه‌های علم رنگ کماکان مرسوم نیست.

امروزه چیزی که یک تصویر با کیفیت و خوب را از یک تصویر بی‌کیفیت جدا می‌سازد به علم رنگ آن‌ها مرتبط می‌شود. در سال‌های اخیر بسیاری از گوشی‌های هوشمند از سنسورهای ساخت سونی استفاده می‌کنند که به طور کلی از ساختار مشابه‌ای نیز بهره می‌برند. با این حالت بین تصاویری که گوشی‌های الجی و گوگل ثبت کرده‌اند، تفاوت‌های قابل توجه‌ای مشاهده می‌شود.علم رنگ همانطور که  یک شاخه علمی است، می‌توان آن را یک هنر نیز در نظر گرفت و برای به‌دست آوردن نتیجه مطلوب باید بسیاری از پارامترها به درستی استفاده شوند تا بهترین تصویر را تولید کنند. البته این مورد به سلیقه افراد بستگی دارد و نمی‌توان گفت که تصویر نهایی مورد پسند همگان است اما با این حال تصویر نهایی می‌تواند مقبول اکثریت افراد باشد.

همچنین باید اذعان داشت که علم رنگ مناسب به معنای رنگ‌های دقیق نیست. ثبت تصاویر با رنگ‌های دقیق بستگی به سلیقه افراد دارد و بیشتر بر روی دوربین بالارده‌ای اهمیت دارد که توسط عکاسان حرفه‌ای استفاده می‌شود. با این حال اکثر افرادی که با دوربین گوشی‌های هوشمند به ثبت تصاویر می‌پردازند، نیازی به رنگ‌های دقیق ندارد و تصاویر را تنها برای اشتراک گذاری و کارهای ساده می‌خواهند. یک تصویر با رنگ‌های دقیق اختیارات بسیاری در زمینه ویرایش دستی فراهم می‌سازد اما افراد به طور معمول تصاویری را می‌پسندند که در نگاه اول بی‌نقص و عالی به نظر برسند و نیازی به تغییرات اضافی نداشته باشند تا بتوانند آن را به اشتراک بگذارند. به همین دلیل است که امروزه تصاویر ثبت شده توسط آیفون جدید دیگر همچون گذشته چندان طبیعی نیستند.

بنابراین یک تصویر با رنگ‌های طبیعی به معنای علم رنگ خوب نیست. علم رنگ یک موضوع کاملا سلیقه‌ای است و نمی‌توان آن را به صورت خوب یا بد توصیف کرد. این مورد به کاربر مربوط می‌شود و امکان دارد یک تصویر خاص را به دیگر تصویر ترجیح دهد. در سال اخیر، تولیدکنندگان سعی کرده تا مولفه‌های تصویر را مطابق علاقه اکثر افراد قرار دهند اما با این حال برخی دیگر از سازندگان کماکان در مرحله یادگیری این موارد هستند و به همین دلیل است که برخی اوقات اشتباهتی در زمینه صورت می‌گیرد. همانطور که گفته شد برندهای مختلف مقادیر مختلفی برای مولفه‌های تصویر در نظر دارند و علم رنگ تاثیر بسزایی در نحوه نمایش تصویر بر جای می‌گذارد.