Kuinka pikselien yhdistäminen tekee Galaxy S22 -valokuvistasi upeita

Älypuhelinteollisuus jatkaa täydellistä sotaa kameran ylivallan puolesta, ja brändit yrittävät tukkia mahdollisimman monta pikseliä mahdollisimman moneen kameraan. Niiltä vähäpätöisiltä 2 megapikselin makro- ja syvyyskamerat Galaxy S22 Ultran kaltaisten puhelimien 108 megapikselin snappereihin verrattuna luvut näyttävät vain kasvavan.

Pian, Samsungin 200 megapikselin kamerakenno vie asiat uudelle tasolle, mutta kaiken tämän megapikselivelhon ytimessä on pikselibinning-niminen tekniikka – ja se on avain kameran menestykseen. Kaikki pikselien binning eivät kuitenkaan ole samanlaisia. Samsung käyttää "tetra" 4-in-1 pikselin binning -järjestelmää Galaxy S22, ja "nona" 9-in-1 pikselin binning Galaxy S22 Ultra. Onko tällä kaikella mitään eroa? Saimme selville.

Miksi pikselien binning on tarpeen

Mitä pikselibinning tekee? Lyhyesti sanottuna sen avulla vierekkäiset pikselit voivat toimia yhtenä suurena "superpikselinä" keräämällä enemmän tietoa kirkkaampien kuvien tuottamiseksi tarkemmilla väreillä ja vähemmän kohinaa. Ennen kuin menemme teknisiin yksityiskohtiin, on tärkeää ymmärtää, miksi se ylipäätään tapahtuu.

Puhelimesi kameraanturi on komponentti, joka kerää ja käsittelee kaiken optisen tiedon, jonka edessä oleva linssi syöttää sille. Anturi puolestaan ​​on olennaisesti pikselien levy. Itse asiassa miljoonia. Aivan kuten kasvien solut, pikselit absorboivat valoa, joka sitten käy läpi signaalin muuntamisen tuottaaksemme kuvan, jonka näemme puhelimemme näytöllä.

Mutta tässä on outo osa. Mitä enemmän pikseleitä on, sitä suurempi on kuvan resoluutio, mikä mahdollistaa enemmän yksityiskohtia ja terävyyttä. Kuitenkin, kun lisäämme jatkuvasti lisää pikseleitä, myös antureiden koon pitäisi kasvaa niiden mukauttamiseksi. 10 megapikselistä 200 megapikseliin siirtymisen pitäisi johtaa 20 kertaa suurempaan kameraan. Mutta koska älypuhelimen rungossa on rajoitetusti tilaa kuvakentureille, koko ei voi kasvaa.

Ongelman ratkaisemiseksi pikseleiden kokoa pienennetään ja näitä valoherkkiä elementtejä voidaan sovittaa anturilevyyn lisäämättä sen kokoa liikaa. Mitä pienemmäksi pikseli kuitenkin pienenee, sitä huonommin se absorboi valoa, mikä johtaa haalistuviin yksityiskohtiin ja väreihin. Siellä pikselien yhdistämistekniikka tulee apuun luomalla algoritmisesti suurempia pikseleitä, jotka pystyvät absorboimaan enemmän valoa. Kun tämä tapahtuu, saat paremman näköisiä kuvia.

Pixel binningin edut ovat helposti nähtävissä

Kun tämä algoritmi käynnistyy, syntyy suurempi superpikseli, joka imee enemmän valodataa. Tämä on erityisen tärkeää hämärässä ympäristössä, jossa kameran anturin on kerättävä mahdollisimman paljon valoa. Galaxy S22:n tetrapikselin yhdistämisen tapauksessa, kun neljä samanväristä vierekkäistä pikseliä yhdistetään yhdeksi, niiden valoherkkyys kasvaa neljä kertaa.

Seurauksena on, että pikseleihin yhdistetyt valokuvat ovat kirkkaampia, terävämpiä ja kontrastiltaan suurempia. Yllä oleva kuva on otettu alkuperäisellä 50 megapikselin resoluutiolla Galaxy S22:n pääkamera. Huomaa rakeiden taso ja epäselvät reunat. Alla on S22:lla otettu pikseliin yhdistetty 12,5 megapikselin kuva samasta kohteesta. Se tarjoaa selkeät viivat ja paljon paremman värintoiston sekä kirkkaamman profiilin reunojen ympärillä.

Mutta pikselien yhdistämisen edut eivät rajoitu hämärässä valokuvaamiseen. Itse asiassa tekniikka parantaa myös HDR (High Dynamic Range) -lähtöä. Kun otetaan kuvia korkeakontrastisesta kohteesta tai ympäristöstä, pikselien yhdistämistekniikka tuottaa jälleen konkreettisia etuja.

Jokaisella pikseliryhmällä (värinsä perusteella) on erilainen valoherkkyys ja valotusaika, mikä tarkoittaa, että ne keräävät valoinformaatiota segmentoidussa muodossa ja suuremmalla tarkkuudella. Tämän seurauksena, kun HDR-käsittelyä sovelletaan kunkin pikseliryhmän keräämään optiseen dataan, valokuvat näyttävät teräviltä, ​​niiden väritarkkuudella ja dynaamisella alueella on parempi.

Samsungin erilaiset lähestymistavat pikselien yhdistämiseen

Pikselien yhdistämisen laajuus riippuu itse pikselien määrästä. Esimerkiksi 48 megapikselin kamera yhdistää neljä pikseliä yhdeksi keinotekoisesti suurennetuksi superpikseliksi 12 megapikselin kuvien tuottamiseksi. Siksi brändit markkinoivat sitä 4-in-1-pikselin binning-muodossa. Vastaavasti 5o miljoonan tai 64 miljoonan pikselin kameraanturit tuottavat 12,5 megapikseliä ja 16 megapikseliä. Samsungin markkinointikielessä saatat kohdata nimen "Tetracell" määrittelemään tämän prosessin.

Teknisellä tasolla pikselit eivät itse asiassa liiku tai yhdisty fyysisesti. Sen sijaan, se tehdään ohjelmistotasolla käyttämällä remosaiikkialgoritmeja. Yksittäinen pikselijärjestely on edelleen tavallinen RGB-tapaus. Tetracellin tehtävänä on ryhmitellä pikseleitä samalla värisuodattimella vierekkäin 2 × 2 pikselin matriisiin ja yhdistää ne luomaan suurempi keinotekoinen RGB-pikselimatriisi lisäämään valoa. Katso yllä olevaa kuvaa nähdäksesi, miten se osoittautuu.

Galaxy S22:n 50 megapikselin kamera käyttää 1 mikronin pikseleitä, mutta kun pikselien yhdistämistekniikka käynnistyy, se yhdistää 2 × 2 joukon vierekkäisiä 1 mikronin pikseleitä. Tämä antaa meille suuremman superpikselin, jonka halkaisija on 2 mikronia. Tämä on tetra-menetelmä. Mutta kun sinulla on 108 megapikselin kamera Galaxy S22 Ultran kaltaisessa puhelimessa, pikselien koko pienenee entisestään.

4-in-1 pikselin yhdistämisen sijaan tämä 108 megapikselin anturi perustuu Samsungin "Nonacell" -tekniikkaan. Se yhdistää yhdeksän vierekkäistä pikseliä yhdeksi. Tämä 3 × 3 pikselin ryhmän yhdistäminen luo suuremman superpikselin, joka on kooltaan 2,4 mikronia. Tällöin resoluutio laskee alkuperäisestä 108 megapikselistä 12 megapikseliin, mutta valokuvat tulevat kirkkaammiksi ja paremmalla väritarkkuudella. Tämä on nona pixel binning -menetelmä.

Kuten edellä mainittiin, pienemmät pikselit kamppailevat valotietojen keräämisen kanssa, joten ne menettävät valokuvien yksityiskohdat. Yllä oleva vasemmanpuoleinen kuva on osio täyden resoluution 108 megapikselin kuvasta, joka on otettu Galaxy S22 Ultran ensisijaisella kameratunnistimella, jossa on pienempiä 0,8 mikronin pikseleitä. Oikealla on 50 megapikselin kuvasta leikattu segmentti otettu Galaxy S22:n pääkameralla, joka sisältää suurempia 1 mikronin pikseleitä. Suurempien pikselien ansiosta Galaxy S22:n kameran anturi kerää enemmän valodataa, ja sen seurauksena näet enemmän yksityiskohtia nahkarannekkeesta parannetun terävyyden ja paljon paremman valotuksen ansiosta.

Kuitenkin, kun pikselien yhdistäminen alkaa toimia, Galaxy S22 Ultran kameraanturi luo suuremman 2,4 mikronin superpikselin joka kerää enemmän valodataa kuin Galaxy S22:n pääkamera, joka luo keinotekoisesti pienemmän 2 mikronin superkameran pikseli. Ei ole yllättävää, että tulokset ovat päinvastaisia.

Kuten yllä olevasta kuvasta näet, Galaxy S22 Ultran suurempi superpikseli tarjoaa paremman kohteiden erottelun, paremman terävyyden hallinnan, enemmän pinnan yksityiskohtia ja paremman väritarkkuuden. Mutta pikselien yhdistäminen ei ole pelkästään yksityiskohtien tuomista esiin hämärässä. Sillä on myös valtava rooli värien toistamisessa, dynaamisen alueen hallinnassa ja muissa tärkeissä parametreissa.

Yllä olevassa kuvassa vasemmalla Galaxy S22 tekee paljon paremmin kohteen valotuksen, syvyysarvioinnin ja värien suhteen toisto täysresoluutiolla 50 megapikselin otoksella verrattuna Galaxy S22:n saman kohtauksen 108 megapikselin kuvaukseen Ultra. Pienemmät pikselit Galaxy S22 Ultran ensisijaisessa kamerassa tuloksena on haalistuneita värejä rakennuksissa ja yleisesti vähemmän iskevä profiili.

Aivan kuten hämärässä, pikselien yhdistäminen korostaa jälleen eroa ja kääntää tuloksia. Galaxy S22 Ultran kameratunnistimen luomien suurempien superpikseleiden ansiosta oikealla olevan kuvan yläpuolella oleva kuva kuvaa tiiliurat tarkemmin kuvassa ja värit tulivat lähemmäksi todellisuutta kuin vanilja Galaxyn ottamassa kuvassa S22. Tässä on kuitenkin syytä huomauttaa, että pikselien yhdistäminen ei ole ainoa tekijä kuvanlaadussa. Paljon riippuu anturin merkistä, taustalla olevat algoritmit ja aukko, muiden tekijöiden ohella.

Älypuhelimien pikselien yhdistämisen tulevaisuus

Koska pikselisodoilla ei ole loppua näkyvissä, seuraava kehitys on 200 megapikselin kameraanturit. Itse asiassa Motorolan huhutaan lanseeraavan ensimmäisen puhelimen, joka on niin tehokas kuvantamislaitteisto. Tässä tapauksessa remosaiikkialgoritmit yhdistävät vähintään 16 pikseliä yhdeksi suureksi yksiköksi. Otetaan esimerkiksi Samsungin oma 200 megapikselin ISOCELL HP-1 -sensori, joka esittelee uuden hybridimuodon pikselien yhdistämisestä.

Valaistustilanteesta riippuen se suorittaa hybridi 4 × 4 pikselin yhdistämisprosessin, joka tapahtuu kahdessa vaiheessa. Ensin anturi suorittaa 4-in-1-binningin, joka sisältää 2 × 2 -ryhmän 0,64 mikronin pikseliä. Tämä luo suuremman superpikselin, joka on kooltaan 1,28 mikronia ja tuottaa valokuvia 50 megapikselin resoluutiolla. Seuraavaksi anturi suorittaa toisen 4-in-1-binning-kierroksen, joka sisältää 2 × 2 -ryhmän 1,28 mikronin pikseliä ja luo vielä suuremman superpikselin, joka on kooltaan 2,56 mikronia. Tämän prosessin lopussa lopullinen kuvan resoluutio putoaa hallittavaan 12,5 megapikseliin.

Tässä piilee, miksi pikselien binning on niin tarpeellista. Kun älypuhelimen kameran anturit saavat yhä enemmän pikseleitä, laadukkaan pikselien yhdistämisen tarve tulee entistä tärkeämmäksi. Ja se on tekniikka, joka kehittyy jatkuvasti. Olipa kyseessä tetra, nona tai edellä mainittu hybridipikselin yhdistäminen, yritykset selvittävät edelleen, mitkä menetelmät toimivat parhaiten eri kameroille.

Toimittajien suositukset

• Asusin uusin Android-puhelin voi olla suuri uhka Galaxy S23 Ultralle
• Galaxy Tab S9 Ultra näyttää yhdeltä vuoden 2023 jännittävimmistä tableteista
• Ongelma huippuluokan Galaxy S23 Ultra -kameraominaisuuden kanssa on korjattu
• Mikä on Bixby? Kuinka käyttää Samsungin AI-avustajaa
• Parhaat Samsung Galaxy S23 Ultra -näytönsuojat: 12 parasta valintaa