Σε ένα αναλυτικό άρθρο η Google ρίχνει φως στο πως τα Google Pixel smartphones βγάζουν πλέον και αστροφωτογραφίες.

Η λειτουργία Night Sight πρωτοχρησιμοποιήθηκε στο Google Pixel 3, επιτρέποντας την φωτογράφιση σε χαμηλό φωτισμό.

Πλέον η νέα έκδοση της λειτουργίας, επιτρέπει εκθέσεις έως και 4 λεπτά στο Google Pixel 4 και 1 λεπτό στα Google Pixel 3 και 3a, κάτι που επιτρέπει και την λήψη του νυχτερινού έναστρου ουρανού.

Ας δούμε τι λέει η Google σχετικά με την βελτιωμένη λειτουργία:

Η ποσότητα φωτός που ανιχνεύεται από τον αισθητήρα εικόνας της κάμερας έχει αυτό ονομάζεται “θόρυβος λήψης”, που προκαλεί κόκκο στις εικόνες. Η εμφάνιση του θορύβου λήψης μειώνεται με την αύξηση του φωτός. Ως εκ τούτου, είναι καλύτερο για τη φωτογραφική μηχανή να συγκεντρώσει όσο το δυνατόν περισσότερο φως για να παράγει μια εικόνα υψηλής ποιότητας.

Το πόσο φως φθάνει στον αισθητήρα εικόνας σε δεδομένο χρονικό διάστημα περιορίζεται από το άνοιγμα του διαφράγματος του φακού της κάμερας. Η επέκταση του χρόνου έκθεσης για μια φωτογραφία αυξάνει τη συνολική ποσότητα φωτός που έχει τραβήξει, αλλά εάν η έκθεση είναι μεγάλη, η κίνηση στη σκηνή που φωτογραφίζεται και η αστάθεια της λήψης στο χέρι μπορεί να προκαλέσει θόλωση.

Για να ξεπεραστεί αυτό, η λειτουργία Night Sight χωρίζει την έκθεση σε μια σειρά πολλαπλών καρέ με μικρότερους χρόνους έκθεσης και αντίστοιχα λιγότερη θόλωση της κίνησης. Τα καρέ πρώτα ευθυγραμμίζονται, αντισταθμίζοντας τόσο το κούνημα της μηχανής όσο και την κίνηση του θέματος μέσα στη σκηνή, και έπειτα γίνεται προσεκτική επεξεργασία των λήψεων όπου δεν είναι δυνατή η τέλεια ευθυγράμμιση. Ενώ τα μεμονωμένα καρέ μπορεί να έχουν αρκετό κόκκο, η εικόνα που έχει προκύψει από την σύνθεση τους, φαίνεται πολύ καθαρότερη.

Λίγο μετά την διάθεση της αρχικής λειτουργία Night Sight, ξεκινήσαμε να πειραματιζόμαστε με τη λήψη φωτογραφιών σε πολύ σκοτεινά περιβάλλοντα με στόχο την καταγραφή των αστεριών. Διαπιστώσαμε ότι, όπως και με τα προηγούμενα πειράματά μας, οι εικόνες υψηλής ποιότητας απαιτούν χρόνους έκθεσης αρκετών λεπτών. Είναι σαφές ότι αυτό δεν μπορεί να λειτουργήσει με μια φορητή κάμερα.

Το τηλέφωνο πρέπει να τοποθετηθεί σε τρίποδο, βράχο ή οτιδήποτε άλλο μπορεί να είναι διαθέσιμο για να κρατήσει σταθερή τη μηχανή.

Όπως και με τις λήψεις στο χέρι της λειτουργίας Night Sight, τα πλάνα τοπίου κατά τη διάρκεια της νύχτας πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τη σκηνή – τα δέντρα κυματίζουν στον άνεμο, τα σύννεφα μετακινούνται στον ουρανό και το φεγγάρι και τα αστέρια ανεβαίνουν στα ανατολικά και βυθίζονται στα δυτικά. Οι θεατές θα ανεχτούν την καταγραφή της κίνησης των κλαδιών των δέντρων ή των σύννεφων σε μια φωτογραφία που όμως έχει οξύτητα, αλλά τα αστέρια με κίνηση που μοιάζουν με τμήματα μικρής γραμμής φαίνονται λάθος. Για να μετριάσουμε αυτό, χωρίζουμε την έκθεση σε καρέ με χρόνους έκθεσης αρκετά μικρούς ώστε να κάνουν τα αστέρια να μοιάζουν με σημεία φωτός. Λαμβάνοντας φωτογραφίες πραγματικού νυκτερινού ουρανού διαπιστώσαμε ότι ο χρόνος έκθεσης ανά καρέ δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 16 δευτερόλεπτα.

Ενώ ο αριθμός των καρέ που μπορούμε να καταγράψουμε για μία φωτογραφία και συνεπώς ο συνολικός χρόνος έκθεσης περιορίζεται από τεχνικούς λόγους, διαπιστώσαμε ότι επηρεάζεται περισσότερο από την υπομονή που δείχνει ο φωτογράφος. Λίγοι είναι πρόθυμοι να περιμένουν περισσότερα από τέσσερα λεπτά για μια φωτογραφία, οπότε περιορίσαμε μια μόνο εικόνα Night Sight σε 15 καρέ με έως και 16 δευτερόλεπτα ανά καρέ.

Warm pixels και Hot Pixels

Όσο αφορά τα Warm pixels και Hot Pixels που εμφανίζονται στις εικονες η Google βρήκε μία απλή λύση.

Το λογισμικό τα αναγνωρίζει στην εικόνα και τα αντικαθιστά από γειτονικά pixel, μέσα στο ίδιο καρέ, τα οποία δεν παρουσιάζουν πρόβλημα.

Οθόνη ως σκόπευτρο και σύνθεση κάδρου

Όσο αφορά το πως ο φωτογράφος κάνει το κάδρο του και εκεί η Google εξηγεί ότι δεν είναι τόσο απλό όσο το να στοχεύσεις με το smartphone τον ουρανό.

Τα smartphones χρησιμοποιούν τις οθόνες τους ως ηλεκτρονικά σκόπευτρα – η κάμερα καταγράφει μια συνεχή ροή καρέ που εμφανίζεται ως ζωντανό βίντεο για να βοηθήσει με τη σύνθεση της λήψης. Τα καρέ χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα από το σύστημα αυτόματης εστίασης της, την αυτόματη έκθεση και τα αυτόματα συστήματα ισορροπίας λευκού.

Αυτό σημαίνει ότι η οθόνη ενημερώνεται τουλάχιστον 15 φορές ανά δευτερόλεπτο, γεγονός που περιορίζει το χρόνο έκθεσης στα 66 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Αυτό καθιστά δύσκολη την προβολή λεπτομερούς εικόνας σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού. Σε επίπεδα φωτισμού κάτω από το ισοδύναμο του φωτός της πανσέληνου, το σκόπευτρο γίνεται κυρίως γκρι – μπορεί να δείχνει μερικά φωτεινά αστέρια, αλλά τίποτα από το τοπίο – και η δημιουργία μίας λήψης γίνεται δύσκολη.

Για να βοηθήσει στη διαμόρφωση του κάδρου σε εξαιρετικά χαμηλή φωτεινότητα, η λειτουργία Night Sight εμφανίζει ένα post-shutter viewfinder (σκόπευτρο μετά τη λήψη). Αφού πατήσετε το κουμπί λήψης, κάθε καρέ μεγάλης έκθεσης εμφανίζεται στην οθόνη μόλις ληφθεί. Με χρόνους έκθεσης έως και 16 δευτερόλεπτα, αυτά τα καρέ έχουν συγκεντρώσει σχεδόν 250 φορές περισσότερο φως από τα κανονικά καρέ της οθόνη, επιτρέποντας στον φωτογράφο να βλέπει εύκολα τις λεπτομέρειες της εικόνας μόλις καταγραφεί το πρώτο καρέ. Η σύνθεση του κάδρου μπορεί στη συνέχεια να ρυθμιστεί μετακινώντας το τηλέφωνο ενώ η έκθεση συνεχίζεται. Μόλις η σύνθεση είναι σωστή, η αρχική λήψη μπορεί να σταματήσει και μπορεί να ληφθεί μία δεύτερη λήψη όπου όλα τα καρέ έχουν την επιθυμητή σύνθεση.

Αυτόματη Εστίαση

Όσο αφορά το πρόβλημα απόδοσης του συστήματος αυτόματης εστίασης σε χαμηλό φωτισμό, η τεχνική της Google είναι σχεδόν ίδια με πριν, εφαρμόζοντας το post-shutter autofocus. Αφού ο χρήστης πιέσει το κουμπί λήψης, η κάμερα καταγράφει δύο καρέ αυτόματης εστίασης με χρόνους έκθεσης έως και ένα δευτερόλεπτο, αρκετό για να ανιχνεύσει τις λεπτομέρειες της εικόνας ακόμα και σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού. Αυτά τα καρέ χρησιμοποιούνται μόνο για την εστίαση του φακού και δεν συμβάλλουν άμεσα στην τελική εικόνα.

Όταν έχουμε πάρα πολύ χαμηλό φωτισμό για να εφαρμοστεί η παραπάνω τεχνική, η κάμερα του Google Pixel εστιάζει στο άπειρο. Επιπλέον, το Night Sight περιλαμβάνει κουμπιά χειροκίνητης εστίασης, επιτρέποντας στο φωτογράφο να εστιάζει σε κοντινά αντικείμενα σε πολύ σκοτεινές συνθήκες.

Επεξεργασία του ουρανού

Υπάρχει όμως ακόμα ένα πρόβλημα για λήψεις σε χαμηλό φωτισμό:

Όταν προβάλλονται εικόνες σε πολύ σκοτεινό περιβάλλον σε μια οθόνη, εμφανίζονται πολύ φωτεινότερες από τις αρχικές σκηνές. Αυτό μπορεί να αλλάξει την αντίληψη του θεατή για την ώρα της ημέρας κατά την οποία λήφθηκαν οι φωτογραφίες. Τη νύχτα αναμένουμε ότι ο ουρανός θα είναι σκοτεινός. Εάν μια φωτογραφία που τραβήξατε τη νύχτα δείχνει έναν λαμπερό ουρανό, τότε το βλέπουμε σαν μια σκηνή ημέρας, ίσως με ελαφρώς ασυνήθιστο φωτισμό.

Η λύση της Google;

Αυτή η επίδραση αντισταθμίζεται στη λειτουργία Night Sight με την εκλεκτική σκίαση του ουρανού σε φωτογραφίες σκηνών χαμηλού φωτισμού. Για να γίνει αυτό, χρησιμοποιούμε την εκμάθηση μηχανών για να εντοπίσουμε ποιες περιοχές μιας εικόνας αντιπροσωπεύουν τον ουρανό. Ένα νευρωνικό δίκτυο που είναι εκπαιδευμένο σε πάνω από 100.000 εικόνες που έχουν επισημανθεί με το χέρι, εντοπίζοντας τα περιγράμματα των περιοχών του ουρανού, προσδιορίζει κάθε pixel σε μια φωτογραφία ως “ουρανό” ή “όχι ουρανό”.

Αποτέλεσματα λήψεων

Όπως αναφέρει η Google σε ένα τρίποδο, η λειτουργία Night Sight παράγει εικόνες με οξύτητα από έναστρους ουρανούς, και όσο υπάρχει τουλάχιστον ένα μικρό ποσό φωτός από το φεγγάρι, τα τοπία θα είναι καθαρά και πολύχρωμα.

Φυσικά υπάρχουν περιορισμοί:

Ενώ μπορούμε να καταγράψουμε ένα τοπίο με φεγγάρι ή λεπτομέρειες πάνω στην επιφάνεια του φεγγαριού, το εξαιρετικά μεγάλο εύρος φωτεινότητας, το οποίο μπορεί να υπερβεί τις 500.000: 1, μέχρι στιγμής μας εμποδίζει να καταγράψουμε και τα δύο στην ίδια εικόνα. Επίσης, όταν τα αστέρια είναι η μόνη πηγή φωτισμού, μπορούμε να πάρουμε σαφείς εικόνες του ουρανού, αλλά το τοπίο είναι ορατό μόνο ως σιλουέτα.