איך העולם עובד - איך פועלת מצלמה של טלפון חכם?

המצלמה שבטלפון החכם עושה המון דברים, ואת כולם די מהר ובמעט מאוד מקום. קודם כול, איך בכלל פועלת מצלמה?

---

תאריך עליית הפרק לאוויר: 24/06/2018.

‏[חסות]

‏אות פתיחה: "חינוכית".

‏[מוזיקת פתיחה]

‏קריין: איך העולם עובד? עם ארנון זמיר.

‏[מוזיקה ממשיכה להתנגן עד שמסתיימת]

‏בדיוק עשיתם ליפ סינק מדהים ל-Toy במיוזיקלי, או Face Swap בסנאפצ'ט, או אולי האח הקטן שלכם עשה משהו חמוד באמבטיה ואבא מצלם אותו בווידאו ושולח בוואטסאפ לכל המשפחה. כל הדברים האלה מתחילים במצלמה. ולא סתם במצלמה, במצלמה של הטלפון שלכם. אז בואו נדבר עכשיו על פלא הנדסי. מכונה שלמה, מפעל קטן, שנדחס לגודל של מטבע שקל.

‏יש לכם טלפון, זאת אומרת, אולי לכם עוד אין, אבל כבר ביקשתם שיקנו לכם. לאמא ולאבא כנראה יש, ויש בו מצלמה מאחורה ועוד אחת מלפנים, ולפעמים אפילו עוד אחת שלישית, סתם שיהיה. כמעט אף אחד כבר לא מסתובב היום עם מצלמה כמו של פעם, כזאת עם קופסה ועם עדשה [3 קליקים של מצלמה], אולי רק צלמים מקצועיים בחתונות. [2 קליקים] אה, והאבא הזה של אחד החברים שמסתובב עם מצלמה ישנה על הצוואר במסיבות סיום. [קליק]

‏המצלמה שבטלפון החכם עושה המון דברים ועושה אותם די מהר ובמעט מאוד מקום. אז קודם כל, איך בכלל פועלת מצלמה?

‏[צליל מעבר] רגע קצר של היסטוריה.

‏פעם היו מצלמות גדולות עם שתי עדשות מלפנים, כאלה עם אקורדיון מנייר וצלם שמחזיק את הפלאש ביד למעלה. המשפחה עומדת בלי תנועה, התינוק על הידיים, כולם לבושים כמו לחתונה. שלוש - שתיים - אחת [צליל של פלאש ישן]. הפלאש נשרף, המשפחה עוד לא מעיזה לזוז, והתמונה… ובכן, העדשה הייתה מוליכה את האור מקדמת המצלמה וממקדת אותו ככה שינחת על לוח קשיח בחלק האחורי. הלוח מצופה בתערובת חומרים שמגיבים לאור, וקרני האור שפוגעות בו משנות את הצבע שלו ומציירות עליו את התמונה. בשחור לבן, בבקשה [צליל של עט כותב על נייר]. העדשות הן שאוספות וממקדות את האור. אם האור היה מים, העדשות היו משפך. הם לוכדות טיפות של אור מכל הכיוונים ומכוונות אותו ככה שירטיבו בדיוק את הלוח במקום הנכון [פכפוך מים]. המצלמות התפתחו והלוחות הוחלפו בסרט פלסטי, בפילם, שעדיין היה טבול בחומרים כימיים שמשנים צבע באור. הוסיפו עוד כמה שכבות שכל אחת מהן מגיבה לאורך גל שונה, כלומר, לצבע שונה, וכך קיבלנו תמונות בצבע.

‏המצלמות עצמן השתכללו, ובמקום האקורדיון הזה היה לנו גליל שהוא העדשה, אבל העיקרון נותר זהה: האור מגיע מלפנים, העדשה ממקדת אותו בחלק האחורי, הפילם משנה את צבעו ו… [קליק] תמונה.

‏עכשיו מספיק עם ההיסטוריה, הבטחתי שזה יהיה קצר.

‏במצלמות של טלפון אין פילם. יש חיישן דיגיטלי שמתנהג כאילו הוא פילם. החיישן הזה הוא רשת של נקודות רגישות לאור. הוא נמצא בחלק האחורי של המצלמה מול העדשה, וכשלוחצים על הכפתור, [צליל צילום] קליק. העדשה מוליכה את האור וממקדת אותו בחיישן. הנקודות של החיישן מרגישות איפה פגע בהן האור ואיפה לא, ויש לנו תמונה. את החיישן אפשר לדמיין כמו דף משבצות במחברת חשבון, שכל המשבצות בו לבנות [צליל דפדוף]. האור שמגיע מלפנים פוגע בדף והופך חלק מהמשבצות שלו לשחורות. יש חיישנים שהמשבצות שלהם צפופות וקטנות, כלומר, הם ברזולוציה גבוהה, ובתמונות שלהם אפשר יהיה להבחין בפרטים הכי קטנים ולתפוס את השפריצים של האור באופן מדויק [צליל אלקטרוני]. בחיישנים אחרים, בעיקר במצלמות משוכללות פחות או קצת יותר ישנות, הריבועים הם גדולים והתמונות עלולות לצאת טיפה מטושטשות, בעיקר בשוליים.

‏ולמה צריך את העדשה? החיישן עצמו הוא קטן מאוד ואילו האור מגיע אלינו משטח גדול מאוד ומכל הכיוונים. אם נצלם בלי עדשה, החיישן כמובן עדיין ירגיש שפוגע בו אור, אבל אנחנו נקבל כתמים אקראיים של צבע, כי האור מתיז עליו מכל הכיוונים. העדשה בעצם מוליכה אור מהשטח שלפני המצלמה ומצמצמת אותו לגודל של החיישן. [צליל צילום]

‏ולמה צריך את העדשה? החיישן עצמו הוא קטן מאוד ואילו האור מגיע אלינו משטח גדול מאוד ומכל הכיוונים. אם נצלם בלי עדשה, החיישן כמובן עדיין ירגיש אור שפוגע בו, אבל אנחנו נקבל כתמים אקראיים של צבע, כי האור יתיז עליו מכל הכיוונים. העדשה בעצם מוליכה אור מהשטח שלפני המצלמה ומצמצמת אותו לגודל החיישן.

‏העדשה במצלמה של טלפון מורכבת מחמש או שש לוחיות זכוכית קטנות [נקישת זכוכית]. עד כמה קטנות? הן בגודל של ציפורן ובעובי של דף נייר. הלוחיות האלה מאוד-מאוד מדויקות, כי לכל אחת מהן יש תפקיד מיוחד. הראשונה אוספת קרני אור ומכוונת אותם באופן כללי לתוך המצלמה. השנייה ממקדת אותן, כך שהן יפגעו לא רק בתוך שטח מסוים, אלא במרחק מסוים מהמצלמה. השלישית מתקנת עיוותים בשוליים, וכן הלאה. אף על פי שהן ממש-ממש קטנות, בדרך כלל הלוחית האחרונה, או השתיים האחרונות, מותקנות על מנוע חשמלי קטנטן [צליל מנוע ברקע] שמקרב ומרחיק אותן כדי לתקן את המיקוד.

‏מאחורי כל המערך הזה נמצא המִפתח. זה חור קטנטן שדרכו עובר האור שיגיע לחיישן. מאחוריו - אני מקווה שניחשתם - נמצא החיישן. המרחק בין העדשה לבין החיישן הוא בערך חצי סנטימטר, ובגלל שהטלפונים הם מאוד דקים, כל המנגנון הזה, כולל המנוע וחמש השכבות של העדשה, מתגורר בתוך חמישה עד שמונה מילימטרים.

‏עכשיו, צבענו את המשבצות בשחור, ומהר לפני שהמחברת מתייבשת, צריך לרשום את המצב של כל משבצת בכרטיס הזיכרון, ולהתכונן לתמונה הבאה. המצלמה הדיגיטלית שומרת את התמונה, כמו שכל מחשב שומר כל דבר, בתור אוסף של מספרים. [צליל הדפסה במדפסת ישנה ברקע] זה כאילו מספרתם את כל המשבצות שבמחברת, ובכל אחת מהן כתבתם '1' אם היא רטובה, '0' אם היא יבשה, ו-'6' אם היא בצבע אדום. בסופו של דבר תקבלו רצף ארוך-ארוך-ארוך של מספרים, שהוא התמונה שלכם.

‏אבל המצלמה לא מסתפקת בזה, וכאן נכנסת לתמונה גם התוכנה של הטלפון. טלפון חכם הוא בעצם מחשב קטן ודי חזק, ולכן אפשר להשתמש בו גם כדי לשפר את התמונה. המפתחים מוסיפים שכבת אלגוריתמים - תוכנות מחשב - שלוקחות את התמונה ועושות בה שינויים שהופכים אותה אפילו עוד יותר איכותית. אפשר, למשל, לעשות תיקוני צבע בתמונה עוד לפני שהמשתמש ראה אותה. התוכנה שבטלפון מנסה גם לנחש את רמת הבהירות הכללית בתמונה, ולפצות על יותר מדי אור או פחות מדי אור. ויש עוד טריקים שכמה מהטלפונים משתמשים בהם. למשל, משתמשים במצלמה השנייה. ברגע הצילום, שתי המצלמות פועלות ביחד והתוכנה מאחדת את שתי התמונות לאחת שהיא יותר טובה מכל אחת מהתמונות בנפרד.

‏כל המורכבות הזאת מסתתרת בתוך העיגול הקטנטן הזה שמאחורי הטלפון שאתם יכולים לכסות באצבע אחת. ומזל שהצליחו להפוך את המצלמות לכל-כך קטנות, אחרת איך הייתם יכולים לעשות ליפ סינק [בהתרגשות] ל-Toy של נטע?

‏אות סיום: "חינוכית".

‏קריין: הופק על ידי פודקאסט ישראל מדיה בע"מ.

‏[חסות]

---

לעוד פרקים של הפודקאסט לחצו על שם הפודקאסט למטה