Πώς το binning pixel κάνει τις φωτογραφίες σας Galaxy S22 υπέροχες

Η βιομηχανία των smartphone συνεχίζει τον ολοκληρωτικό της πόλεμο για την υπεροχή της κάμερας, με τις επωνυμίες να προσπαθούν να στριμώξουν όσο το δυνατόν περισσότερα pixels σε όσο το δυνατόν περισσότερες κάμερες. Από αυτά τα ασήμαντα Κάμερες macro και βάθους 2 megapixel για τα snappers των 108 megapixel σε τηλέφωνα όπως το Galaxy S22 Ultra, οι αριθμοί φαίνεται να αυξάνονται.

Σύντομα, Ο αισθητήρας κάμερας 200 megapixel της Samsung θα πάει τα πράγματα στο επόμενο επίπεδο, αλλά στην καρδιά όλης αυτής της μαγείας των megapixel βρίσκεται μια τεχνολογία που ονομάζεται binning pixel — και είναι το κλειδί για την επιτυχία μιας κάμερας. Ωστόσο, δεν είναι όλα τα pixel binning ίδια. Η Samsung χρησιμοποιεί "tetra" 4-σε-1 pixel binning στο Galaxy S22, και "nona" 9-σε-1 pixel binning στο Galaxy S22 Ultra. Όλα αυτά κάνουν κάποια διαφορά; Ανακαλύψαμε.

Γιατί είναι απαραίτητο το binning pixel

Τι κάνει το pixel binning; Εν ολίγοις, επιτρέπει στα γειτονικά pixel να λειτουργούν ως ένα μεγάλο «super pixel», συλλέγοντας περισσότερα δεδομένα για να αποδίδουν φωτεινότερες φωτογραφίες με πιο ακριβή χρώματα και λιγότερο θόρυβο. Πριν μπούμε στις τεχνικές λεπτομέρειες, είναι σημαντικό να καταλάβουμε γιατί συμβαίνει εξαρχής.

Ο αισθητήρας κάμερας στο τηλέφωνό σας είναι το εξάρτημα που συλλέγει και επεξεργάζεται όλες τις οπτικές πληροφορίες που τροφοδοτούνται σε αυτόν από τον φακό μπροστά. Ο αισθητήρας, με τη σειρά του, είναι ουσιαστικά μια πλάκα εικονοστοιχείων. Εκατομμύρια από αυτούς, στην πραγματικότητα. Ακριβώς όπως τα κύτταρα σε ένα φυτό, τα pixel απορροφούν το φως, το οποίο στη συνέχεια υφίσταται μετατροπή σήματος για να παράγουμε την εικόνα που βλέπουμε στην οθόνη του τηλεφώνου μας.

Αλλά εδώ είναι το περίεργο μέρος. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των pixel, τόσο μεγαλύτερη είναι η ανάλυση της εικόνας — επιτρέποντας περισσότερες λεπτομέρειες και ευκρίνεια. Ωστόσο, καθώς συνεχίζουμε να προσθέτουμε περισσότερα pixel, το μέγεθος των αισθητήρων θα πρέπει επίσης να αυξηθεί για να τα χωρέσει. Η μετάβαση από τα 10 MP στα 200 MP θα οδηγήσει σε 20 φορές μεγαλύτερο αισθητήρα κάμερας. Αλλά επειδή υπάρχει περιορισμένος διαθέσιμος χώρος μέσα στο πλαίσιο ενός smartphone για την τοποθέτηση αισθητήρων εικόνας, αυτή η αύξηση μεγέθους δεν μπορεί να συμβεί.

Για να λυθεί το πρόβλημα, το μέγεθος των εικονοστοιχείων συρρικνώνεται, προσαρμόζοντας περισσότερα από αυτά τα φωτοευαίσθητα στοιχεία στην πλάκα του αισθητήρα χωρίς να αυξάνεται υπερβολικά το μέγεθός του. Ωστόσο, όσο μικρότερο γίνεται ένα εικονοστοιχείο, τόσο χειρότερο γίνεται στην απορρόφηση του φωτός - με αποτέλεσμα να υπάρχουν αδιάφορες λεπτομέρειες και χρώματα. Εκεί έρχεται να σώσει η τεχνολογία pixel-binning δημιουργώντας αλγοριθμικά μεγαλύτερα pixel που είναι ικανά να απορροφούν περισσότερο φως. Οταν συμβαίνει αυτό, παίρνετε πιο όμορφες φωτογραφίες.

Τα οφέλη του Pixel binning είναι εύκολα ορατά

Όταν αυτός ο αλγόριθμος ξεκινάει σε δράση, δημιουργείται ένα μεγαλύτερο super pixel που απορροφά περισσότερα δεδομένα φωτός. Αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε περιβάλλοντα χαμηλού φωτισμού όπου ο αισθητήρας της κάμερας χρειάζεται να συλλέξει όσο το δυνατόν περισσότερο φως. Στην περίπτωση binning tetra pixel στο Galaxy S22, όταν τέσσερα γειτονικά pixel του ίδιου χρώματος συγχωνεύονται σε ένα, η ευαισθησία τους στο φως αυξάνεται κατά τέσσερις φορές.

Ως αποτέλεσμα, οι φωτογραφίες που περιέχουν pixel αποδεικνύονται φωτεινότερες με μεγαλύτερη ευκρίνεια και μεγαλύτερη αντίθεση. Η παραπάνω εικόνα τραβήχτηκε στην εγγενή ανάλυση 50MP του την κύρια κάμερα του Galaxy S22. Παρατηρήστε το επίπεδο των κόκκων και τις θολές άκρες. Παρακάτω είναι μια λήψη 12,5MP με pixel binned του ίδιου θέματος που τραβήχτηκε από το S22, προσφέροντας σαφώς καθορισμένες γραμμές και πολύ καλύτερη αναπαραγωγή χρωμάτων, με πιο φωτεινό προφίλ γύρω από τις άκρες.

Ωστόσο, τα οφέλη του binning pixel δεν περιορίζονται στη φωτογραφία σε χαμηλό φωτισμό. Στην πραγματικότητα, η τεχνολογία αυξάνει επίσης την έξοδο HDR (High Dynamic Range). Κατά τη λήψη φωτογραφιών ενός θέματος ή ενός περιβάλλοντος με υψηλή αντίθεση, η τεχνολογία pixel-binning αποφέρει και πάλι απτά οφέλη.

Κάθε ομάδα pixel (με βάση το χρώμα της) έχει διαφορετικό επίπεδο φωτοευαισθησίας και χρόνου έκθεσης, πράγμα που σημαίνει ότι συλλέγει πληροφορίες φωτός σε τμηματοποιημένη μορφή και με μεγαλύτερη ακρίβεια. Ως αποτέλεσμα, όταν εφαρμόζεται η επεξεργασία HDR στα οπτικά δεδομένα που συλλέγονται από κάθε διάταξη εικονοστοιχείων, οι φωτογραφίες φαίνονται δυνατές, με υψηλότερη χρωματική ακρίβεια και βελτιωμένο δυναμικό εύρος.

Οι διαφορετικές προσεγγίσεις της Samsung στο binning pixel

Η κλίμακα της binning pixel εξαρτάται από τον αριθμό των pixels. Για παράδειγμα, μια κάμερα 48MP συνδυάζει τέσσερα pixel σε ένα τεχνητά μεγεθυσμένο super pixel για να προσφέρει φωτογραφίες 12MP. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι επωνυμίες το εμπορεύονται ως binning pixel 4-in-1. Ομοίως, οι αισθητήρες κάμερας με 5o εκατομμύρια ή 64 εκατομμύρια pixel παράγουν εικόνες 12,5MP και 16MP, αντίστοιχα. Στο γλωσσικό μάρκετινγκ της Samsung, μπορεί να συναντήσετε το όνομα "Tetracell" για να ορίσετε αυτήν τη διαδικασία.

Σε τεχνικό επίπεδο, τα εικονοστοιχεία στην πραγματικότητα δεν κινούνται ούτε συνδυάζονται φυσικά. Αντι αυτου, γίνεται σε επίπεδο λογισμικού χρησιμοποιώντας ρημοσαϊκούς αλγόριθμους. Η μεμονωμένη διάταξη pixel συνεχίζει να είναι η συνηθισμένη υπόθεση RGB. Η δουλειά της Tetracell είναι να ομαδοποιεί εικονοστοιχεία με το ίδιο φίλτρο χρώματος το ένα δίπλα στο άλλο σε μια διάταξη εικονοστοιχείων 2×2 και να τα συγχωνεύει για να δημιουργήσει μια μεγαλύτερη τεχνητή διάταξη εικονοστοιχείων RGB για τη συλλογή περισσότερου φωτός. Ρίξτε μια ματιά στην παραπάνω εικόνα για να δείτε πώς γίνεται.

Η κάμερα 50 MP στο Galaxy S22 χρησιμοποιεί pixel 1 μικρού, αλλά όταν η τεχνολογία binning pixel ξεκινάει δράση, συγχωνεύει μια συστοιχία 2×2 παρακείμενων pixel 1 micron. Αυτό μας δίνει ένα μεγαλύτερο super pixel που έχει διάμετρο 2 micron. Αυτή είναι η μέθοδος tetra. Αλλά όταν έχετε μια κάμερα 108MP σε ένα τηλέφωνο όπως το Galaxy S22 Ultra, το μέγεθος των pixel γίνεται ακόμη μικρότερο.

Αντί για τοποθέτηση εικονοστοιχείων 4 σε 1, αυτός ο αισθητήρας 108 MP βασίζεται σε αυτό που η Samsung αποκαλεί τεχνολογία "Nonacell". Συνδυάζει εννέα γειτονικά pixel σε ένα. Αυτή η συγχώνευση μιας διάταξης εικονοστοιχείων 3×3 δημιουργεί ένα μεγαλύτερο super pixel μεγέθους 2,4 μικρών. Με αυτόν τον τρόπο, η ανάλυση μειώνεται από τα εγγενή 108MP σε 12MP, αλλά οι φωτογραφίες γίνονται πιο φωτεινές με καλύτερη ακρίβεια χρώματος. Αυτή είναι η μέθοδος binning nona pixel.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, τα μικρότερα pixel δυσκολεύονται να συλλέξουν δεδομένα φωτός, επομένως χάνουν τις λεπτομέρειες στις φωτογραφίες. Η παραπάνω αριστερή εικόνα είναι ένα τμήμα από μια εικόνα πλήρους ανάλυσης 108 MP που τραβήχτηκε από τον κύριο αισθητήρα κάμερας του Galaxy S22 Ultra, ο οποίος διαθέτει μικρότερα pixel 0,8 micron. Στα δεξιά υπάρχει ένα τμήμα που έχει περικοπεί από λήψη 50MP λήψη από την κύρια κάμερα του Galaxy S22, το οποίο συσκευάζει μεγαλύτερα pixel 1 μικρού. Λόγω των μεγαλύτερων εικονοστοιχείων, ο αισθητήρας κάμερας του Galaxy S22 συλλέγει περισσότερα δεδομένα φωτός και ως εκ τούτου, μπορείτε να δείτε περισσότερες λεπτομέρειες στο δερμάτινο βραχιόλι, με βελτιωμένη ευκρίνεια και πολύ καλύτερη έκθεση.

Ωστόσο, όταν το binning pixel ξεκινάει σε δράση, ο αισθητήρας κάμερας του Galaxy S22 Ultra δημιουργεί ένα μεγαλύτερο super pixel 2,4 micron που συλλέγει περισσότερα δεδομένα φωτός από την κύρια κάμερα του Galaxy S22, η οποία δημιουργεί τεχνητά ένα μικρότερο super 2 micron εικονοκύτταρο. Όπως ήταν αναμενόμενο, τα αποτελέσματα αντιστρέφονται.

Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, το μεγαλύτερο super pixel του Galaxy S22 Ultra προσφέρει βελτιωμένο διαχωρισμό θέματος με υψηλότερο έλεγχο της ευκρίνειας, περισσότερες λεπτομέρειες επιφάνειας και καλύτερη ακρίβεια χρωμάτων. Αλλά το binning pixel δεν αφορά αποκλειστικά την ανάδειξη λεπτομερειών σε χαμηλό φωτισμό. Παίζει επίσης τεράστιο ρόλο στην αναπαραγωγή χρωμάτων, στη διαχείριση του δυναμικού εύρους και σε άλλες κρίσιμες παραμέτρους.

Στην παραπάνω εικόνα στα αριστερά, το Galaxy S22 κάνει πολύ καλύτερη δουλειά στην έκθεση του θέματος, την εκτίμηση βάθους και το χρώμα αναπαραγωγή σε λήψη πλήρους ανάλυσης 50MP, σε σύγκριση με το στιγμιότυπο 108MP της ίδιας σκηνής από το Galaxy S22 Υπερ. Τα μικρότερα pixel στην κύρια κάμερα του Galaxy S22 Ultra έχουν ως αποτέλεσμα ξεπλυμένα χρώματα στα κτίρια και συνολικά λιγότερο τραχύ προφίλ.

Ακριβώς όπως το σενάριο χαμηλού φωτισμού, το binning pixel υπογραμμίζει ξανά τη διαφορά και ανατρέπει τα αποτελέσματα. Χάρη στα μεγαλύτερα super pixels που δημιουργήθηκαν από τον αισθητήρα κάμερας του Galaxy S22 Ultra, η εικόνα πάνω δεξιά απεικονίζει τούβλο αυλακώσεις με μεγαλύτερη ακρίβεια στην εικόνα και τα χρώματα αποδείχθηκαν πιο κοντά στην πραγματικότητα από ό, τι στην εικόνα που τραβήχτηκε από το vanilla Galaxy S22. Ωστόσο, αξίζει να επισημάνουμε εδώ ότι το binning pixel δεν είναι ο μοναδικός παράγοντας για τον καθορισμό της ποιότητας της εικόνας. Πολλά εξαρτώνται από την κατασκευή του αισθητήρα, τους υποκείμενους αλγόριθμους και το διάφραγμα, μεταξύ άλλων παραγόντων.

Το μέλλον του pixel binning σε smartphone

Χωρίς να φαίνεται τέλος στους πολέμους των pixel, η επόμενη εξέλιξη είναι οι αισθητήρες κάμερας 200MP. Στην πραγματικότητα, η Motorola φημολογείται ότι θα κυκλοφορήσει το πρώτο τηλέφωνο με τόσο ισχυρό υλικό απεικόνισης. Σε αυτή την περίπτωση, οι αλγόριθμοι remosaic πρόκειται να συνδυάσουν τουλάχιστον 16 pixel σε μια μεγάλη μονάδα. Πάρτε για παράδειγμα τον αισθητήρα ISOCELL HP-1 των 200MP της Samsung, ο οποίος εισάγει μια νέα υβριδική μορφή binning pixel.

Ανάλογα με την κατάσταση φωτισμού, εκτελεί μια υβριδική διαδικασία 4×4 pixel-binning που συμβαίνει σε δύο στάδια. Πρώτον, ο αισθητήρας εκτελεί binning 4-σε-1 που περιλαμβάνει μια συστοιχία 2×2 pixel 0,64 micron. Αυτό δημιουργεί ένα μεγαλύτερο super pixel με μέγεθος 1,28 micron και παράγει φωτογραφίες σε ανάλυση 50 megapixel. Στη συνέχεια, ο αισθητήρας κάνει έναν άλλο γύρο binning 4-σε-1 που περιλαμβάνει μια συστοιχία 2×2 από 1,28-micron pixel, δημιουργώντας ένα ακόμα μεγαλύτερο super pixel που έχει μέγεθος 2,56-micron. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας, η τελική ανάλυση εικόνας πέφτει σε διαχειρίσιμα 12,5 megapixel.

Εκεί έγκειται γιατί το binning pixel είναι τόσο απαραίτητο. Καθώς οι αισθητήρες κάμερας smartphone παίρνουν όλο και περισσότερα pixel, η ανάγκη για ποιοτικό binning pixel γίνεται όλο και πιο σημαντική. Και είναι μια τεχνολογία που εξελίσσεται συνεχώς. Είτε πρόκειται για tetra, nona ή για το υβριδικό binning pixel που αναφέρθηκε παραπάνω, οι εταιρείες εξακολουθούν να ανακαλύπτουν ποιες μέθοδοι λειτουργούν καλύτερα για διαφορετικές κάμερες.

Συστάσεις των συντακτών

• Το τελευταίο τηλέφωνο Android της Asus θα μπορούσε να είναι μια μεγάλη απειλή για το Galaxy S23 Ultra
• Το Galaxy Tab S9 Ultra μοιάζει με ένα από τα πιο συναρπαστικά tablet του 2023
• Ένα πρόβλημα με μια κορυφαία λειτουργία κάμερας Galaxy S23 Ultra διορθώθηκε
• Τι είναι το Bixby; Πώς να χρησιμοποιήσετε τον βοηθό AI της Samsung
• Τα καλύτερα προστατευτικά οθόνης Samsung Galaxy S23 Ultra: κορυφαίες 12 επιλογές