Hvordan pixel binning gør dine Galaxy S22-billeder fantastiske

Smartphone-industrien fortsætter sin helt store krig for kameraets overherredømme, med mærker, der forsøger at proppe så mange pixels i så mange kameraer som muligt. Fra de sølle 2-megapixel makro- og dybdekameraer til 108-megapixel snappers på telefoner som Galaxy S22 Ultra ser tallene kun ud til at gå op.

Snart, Samsungs 200-megapixel kamerasensor vil tage tingene til det næste niveau, men kernen i al denne megapixel-trolldom er en teknologi kaldet pixel binning - og det er nøglen til et kameras succes. Dog er ikke al pixel binning ens. Samsung bruger "tetra" 4-i-1 pixel binning på Galaxy S22, og "nona" 9-i-1 pixel binning på Galaxy S22 Ultra. Gør alt dette nogen forskel? Vi fandt ud af.

Hvorfor pixel binning er nødvendig

Hvad gør pixel binning? Kort sagt tillader det tilstødende pixels at fungere som én stor "superpixel", der indsamler flere data for at levere lysere billeder med mere nøjagtige farver og mindre støj. Før vi kommer ind i de tekniske detaljer, er det vigtigt at forstå, hvorfor det sker i første omgang.

Kamerasensoren på din telefon er den komponent, der opsamler og behandler al den optiske information, der tilføres den af ​​linsen foran. Sensoren er til gengæld i det væsentlige en plade af pixels. Millioner af dem, faktisk. Ligesom celler på en plante absorberer pixels lyset, som derefter gennemgår signalkonvertering at producere det billede, vi ser på vores telefons skærm.

Men her er den mærkelige del. Jo højere antal pixels der er, jo højere opløsning er billedet – hvilket giver flere detaljer og skarphed. Men efterhånden som vi bliver ved med at tilføje flere pixels, bør størrelsen af ​​sensorer også stige for at imødekomme dem. At gå fra 10 MP til 200 MP skulle resultere i en 20 gange større kamerasensor. Men fordi der er begrænset plads til rådighed inde i en smartphones chassis til at passe billedsensorer, kan denne størrelsesstigning ikke ske.

For at løse problemet er størrelsen af ​​pixels krympet, så flere af disse lysfølsomme elementer monteres på sensorpladen uden at øge størrelsen for meget. Men jo mindre en pixel bliver, jo dårligere bliver den til at absorbere lys - hvilket resulterer i matte detaljer og farver. Det er her, pixel-binning-teknologien kommer til undsætning ved algoritmisk at skabe større pixels, der er i stand til at absorbere mere lys. Når dette sker, du får flottere billeder.

Pixel binning-fordele er nemme at se

Når denne algoritme går i gang, skabes en større superpixel, der absorberer mere lysdata. Dette er især vigtigt i miljøer med lavt lys, hvor kamerasensoren skal opsamle så meget lys som muligt. I tilfælde af tetra pixel binning på Galaxy S22, når fire nabopixel af samme farve er slået sammen til én, øges deres lysfølsomhed med fire gange.

Som et resultat bliver de pixel-indbyggede billeder lysere med højere skarphed og større kontrast. Billedet ovenfor blev taget med den oprindelige 50 MP-opløsning på Galaxy S22s primære kamera. Læg mærke til niveauet af korn og slørede kanter. Nedenfor er et pixel-indbygget 12,5 MP-billede af det samme motiv taget af S22, der tilbyder veldefinerede linjer og meget bedre farvegengivelse med en lysere profil rundt om kanterne.

Men fordelene ved pixel binning er ikke begrænset til lavlysfotografering. Faktisk hæver teknologien også HDR (High Dynamic Range) output. Når du tager billeder af et motiv eller omgivelser med høj kontrast, giver pixel-binning-teknologien igen håndgribelige fordele.

Hver pixelgruppe (baseret på dens farve) har et forskelligt niveau af lysfølsomhed og eksponeringstid, hvilket betyder, at de indsamler lysinformation i en segmenteret form og med højere præcision. Som et resultat, når HDR-behandling anvendes på de optiske data, der indsamles af hver pixel-array, ser billederne slagkraftige ud med højere farvenøjagtighed og forbedret dynamisk område.

Samsungs forskellige tilgange til pixel binning

Skalaen af ​​pixel binning afhænger af selve antallet af pixels. For eksempel kombinerer et 48 MP-kamera fire pixels i en kunstigt forstørret superpixel for at levere 12 MP-billeder. Det er derfor, mærker markedsfører det som 4-i-1 pixel binning. Tilsvarende producerer kamerasensorer med 5o millioner eller 64 millioner pixels henholdsvis 12,5 MP og 16 MP billeder. I Samsungs marketingsprog kan du støde på navnet "Tetracell" for at definere denne proces.

På et teknisk niveau bevæger eller kombinerer pixels sig faktisk ikke fysisk. I stedet, det gøres på softwareniveau ved hjælp af remosaikalgoritmer. Det individuelle pixelarrangement er fortsat den sædvanlige RGB-sag. Tetracells opgave er at gruppere pixels med det samme farvefilter ved siden af ​​hinanden i et 2×2 pixel-array og flette dem sammen for at skabe et større kunstigt RGB-pixel-array til at indsamle mere lys. Tag et kig på billedet ovenfor for at se, hvordan det bliver.

50 MP-kameraet på Galaxy S22 bruger 1-mikron pixels, men når pixel-binning-teknologien sætter ind, fusionerer det en 2×2-array af tilstødende 1-mikron pixels. Dette giver os en større superpixel, der måler 2 mikron på tværs. Dette er tetra-metoden. Men når du har et 108 MP kamera på en telefon som Galaxy S22 Ultra, bliver størrelsen af ​​pixels endnu mindre.

I stedet for 4-i-1 pixel-binning, er denne 108 MP-sensor afhængig af, hvad Samsung kalder "Nonacell"-teknologi. Den kombinerer ni tilstødende pixels til én. Denne sammenlægning af et 3×3 pixel-array skaber en større superpixel, der er 2,4 mikron stor. Derved kommer opløsningen ned fra den oprindelige 108MP til 12MP, men billederne bliver lysere med bedre farvenøjagtighed. Dette er nona pixel binning-metoden.

Som nævnt ovenfor kæmper mindre pixels med at indsamle lysdata, hvorfor de mister detaljer på billeder. Ovenstående venstre billede er et segment fra et 108 MP-billede i fuld opløsning taget af Galaxy S22 Ultras primære kamerasensor, som kommer med mindre 0,8 mikron pixels. Til højre er et segment beskåret fra et 50 MP-billede taget af Galaxy S22s hovedkamera, som pakker større 1-mikron pixels. På grund af større pixels indsamler Galaxy S22s kamerasensor flere lysdata, og som et resultat kan du se flere detaljer på læderarmbåndet med forbedret skarphed og langt bedre eksponering.

Men når pixel binning sætter i gang, skaber Galaxy S22 Ultras kamerasensor en større 2,4 mikron superpixel der indsamler flere lysdata end Galaxy S22s primære kamera, som kunstigt skaber en mindre 2-mikron super pixel. Ikke overraskende er resultaterne omvendt.

Som du kan se på billedet ovenfor, tilbyder Galaxy S22 Ultras større superpixel forbedret motivadskillelse med højere kontrol over skarphed, flere overfladedetaljer og bedre farvenøjagtighed. Men pixel binning handler ikke kun om at bringe detaljer frem i svagt lys. Det spiller også en stor rolle i gengivelse af farver, styring af dynamisk område og andre afgørende parametre.

På billedet ovenfor til venstre gør Galaxy S22 et meget bedre stykke arbejde med motiveksponering, dybdeestimering og farve gengivelse i et 50 MP-billede i fuld opløsning sammenlignet med 108 MP-billedet af den samme scene fra Galaxy S22 Ultra. De mindre pixels på Galaxy S22 Ultras primære kamera resultere i udvaskede farver på bygningerne og en samlet mindre punchy profil.

Ligesom lowlight-scenariet fremhæver pixel binning igen forskellen og vender resultaterne. Takket være de større superpixels skabt af Galaxy S22 Ultras kamerasensor, viser billedet til højre ovenfor murstensriller mere præcist i billedet, og farverne viste sig tættere på virkeligheden end på billedet taget af vaniljegalaksen S22. Det er dog værd at påpege her, at pixel binning ikke er den eneste faktor, der bestemmer billedkvaliteten. Meget afhænger af sensorens mærke, de underliggende algoritmer og blænde, blandt andre faktorer.

Fremtiden for pixel binning på smartphones

Uden en ende på pixelkrigene i sigte er den næste udvikling 200 MP kamerasensorer. Faktisk rygtes det, at Motorola lancerer den første telefon med så kraftfuld billedhardware. I dette tilfælde vil remosaikalgoritmerne kombinere ikke mindre end 16 pixels til en stor enhed. Tag for eksempel Samsungs egen 200MP ISOCELL HP-1 sensor, som introducerer en ny hybrid form for pixel binning.

Afhængigt af lyssituationen udfører den en hybrid 4×4 pixel-binning-proces, der sker i to trin. For det første udfører sensoren 4-i-1 binning, der involverer et 2×2-array på 0,64 mikron pixels. Dette skaber en større superpixel, der måler 1,28 mikron og producerer billeder med en opløsning på 50 megapixel. Dernæst laver sensoren endnu en omgang 4-i-1 binning, der involverer et 2×2-array af 1,28 mikron pixels, hvilket skaber en endnu større superpixel, der måler 2,56 mikron. Ved afslutningen af ​​denne proces falder den endelige billedopløsning til håndterbare 12,5 megapixel.

Deri ligger hvorfor pixel binning er så nødvendigt. Efterhånden som smartphones kamerasensorer bliver ved med at få flere og flere pixels, bliver behovet for kvalitetspixel-binning så meget desto vigtigere. Og det er en teknologi, der hele tiden udvikler sig. Uanset om det er tetra, nona eller hybrid pixel binning nævnt ovenfor, er virksomheder stadig ved at finde ud af, hvilke metoder der fungerer bedst til forskellige kameraer.

Redaktørens anbefalinger

• Asus’ seneste Android-telefon kan være en stor trussel mod Galaxy S23 Ultra
• Galaxy Tab S9 Ultra ligner en af ​​2023s mest spændende tablets
• Et problem med en top Galaxy S23 Ultra-kamerafunktion er blevet rettet
• Hvad er Bixby? Sådan bruger du Samsungs AI-assistent
• De bedste Samsung Galaxy S23 Ultra skærmbeskyttere: top 12 valg