Jak łączenie pikseli sprawia, że ​​zdjęcia z Galaxy S22 są wspaniałe

Branża smartfonów kontynuuje totalną wojnę o dominację w aparatach, a marki starają się zmieścić jak najwięcej pikseli w jak największej liczbie aparatów. Z tych marnych 2-megapikselowe kamery makro i głębi w przypadku 108-megapikselowych aparatów fotograficznych w telefonach takich jak Galaxy S22 Ultra liczby wydają się tylko rosnąć.

Wkrótce, 200-megapikselowy czujnik aparatu Samsunga przeniesie wszystko na wyższy poziom, ale w sercu całej tej megapikselowej magii znajduje się technologia zwana łączeniem pikseli w grupy — i jest to klucz do sukcesu aparatu. Jednak nie wszystkie łączenie pikseli w grupy jest takie samo. Samsung wykorzystuje „tetra” łączenie pikseli 4 w 1 w swoich urządzeniach Galaxy S22i „nona” łączenie pikseli 9 w 1 w witrynie Galaxy S22 Ultra. Czy to wszystko robi jakąś różnicę? Dowiedzieliśmy się.

Dlaczego konieczne jest łączenie pikseli w grupy

Do czego służy łączenie pikseli w grupy? Krótko mówiąc, pozwala sąsiednim pikselom działać jak jeden duży „super piksel”, zbierając więcej danych i dostarczając jaśniejsze zdjęcia z dokładniejszymi kolorami i mniejszym szumem. Zanim przejdziemy do szczegółów technicznych, ważne jest, aby przede wszystkim zrozumieć, dlaczego tak się dzieje.

Czujnik aparatu w telefonie to element, który zbiera i przetwarza wszystkie informacje optyczne dostarczane do niego przez obiektyw znajdujący się z przodu. Sensor z kolei to w zasadzie płytka pikseli. A właściwie miliony. Podobnie jak komórki rośliny, piksele absorbują światło, które następnie ulega konwersji sygnału do wytworzenia obrazu, który widzimy na ekranie naszego telefonu.

Ale tutaj jest dziwna część. Im większa liczba pikseli, tym wyższa rozdzielczość obrazu — co zapewnia więcej szczegółów i ostrości. Jednak w miarę dodawania kolejnych pikseli rozmiar czujników również powinien się zwiększać, aby je pomieścić. Przejście z 10 MP na 200 MP powinno skutkować 20-krotnie większym czujnikiem aparatu. Ponieważ jednak w obudowie smartfona jest mało miejsca na czujniki obrazu, takie zwiększenie rozmiaru nie jest możliwe.

Aby rozwiązać ten problem, zmniejszono rozmiar pikseli, umieszczając więcej tych światłoczułych elementów na płytce czujnika, bez nadmiernego zwiększania jej rozmiaru. Jednak im mniejszy jest piksel, tym gorzej pochłania światło, co skutkuje nijakimi szczegółami i kolorami. W tym miejscu na ratunek przychodzi technologia łączenia pikseli, algorytmicznie tworząc większe piksele, które są w stanie pochłonąć więcej światła. Kiedy to się stanie, otrzymasz lepiej wyglądające zdjęcia.

Korzyści z łączenia pikseli w grupy są łatwe do zauważenia

Kiedy ten algorytm zaczyna działać, tworzony jest większy superpiksel, który pochłania więcej danych świetlnych. Jest to szczególnie ważne w warunkach słabego oświetlenia, gdzie czujnik aparatu musi zebrać jak najwięcej światła. W przypadku łączenia tetra pikseli w Galaxy S22, gdy cztery sąsiednie piksele tego samego koloru zostaną połączone w jeden, ich czułość na światło wzrasta czterokrotnie.

W rezultacie zdjęcia podzielone na piksele są jaśniejsze, mają wyższą ostrość i większy kontrast. Powyższe zdjęcie zostało wykonane w natywnej rozdzielczości 50 MP główny aparat Galaxy S22. Zwróć uwagę na poziom ziarnistości i rozmyte krawędzie. Poniżej znajduje się zdjęcie tego samego obiektu o rozdzielczości 12,5 MP, podzielone na piksele, wykonane aparatem S22, oferujące dobrze zdefiniowane linie i znacznie lepsze odwzorowanie kolorów, z jaśniejszym profilem na krawędziach.

Jednak zalety łączenia pikseli w grupy nie ograniczają się do fotografii przy słabym oświetleniu. W rzeczywistości technologia ta podnosi również poziom wyjściowy HDR (High Dynamic Range). Podczas robienia zdjęć obiektów lub otoczenia o wysokim kontraście technologia łączenia pikseli ponownie zapewnia wymierne korzyści.

Każda grupa pikseli (w zależności od koloru) ma inny poziom światłoczułości i czasu ekspozycji, co oznacza, że ​​zbierają informacje o świetle w formie segmentowej i z większą precyzją. W rezultacie, gdy do danych optycznych zebranych przez każdą matrycę pikseli zastosowano przetwarzanie HDR, zdjęcia wyglądają wyraziście, charakteryzują się większą dokładnością kolorów i ulepszonym zakresem dynamicznym.

Różne podejścia firmy Samsung do łączenia pikseli w grupy

Skala łączenia pikseli w grupy zależy od liczby samych pikseli. Na przykład aparat 48 MP łączy cztery piksele w jeden sztucznie powiększony superpiksel, aby uzyskać zdjęcia o rozdzielczości 12 MP. Dlatego marki reklamują to jako łączenie pikseli 4 w 1. Podobnie czujniki aparatu z 5 milionami lub 64 milionami pikseli wytwarzają obrazy odpowiednio 12,5 MP i 16 MP. W żargonie marketingowym Samsunga można spotkać się z nazwą „Tetracell”, aby zdefiniować ten proces.

Z technicznego punktu widzenia piksele w rzeczywistości nie poruszają się ani nie łączą fizycznie. Zamiast, odbywa się to na poziomie oprogramowania przy użyciu algorytmów remosaicznych. Indywidualny układ pikseli nadal jest zwykłą sprawą RGB. Zadaniem Tetracell jest grupowanie pikseli z tym samym filtrem kolorów obok siebie w szyku 2×2 piksele i łączenie ich w celu utworzenia większego układu sztucznych pikseli RGB w celu gromadzenia większej ilości światła. Spójrz na obrazek powyżej, aby zobaczyć, jak to się skończy.

Aparat 50 MP w Galaxy S22 wykorzystuje piksele o wielkości 1 mikrona, ale gdy technologia łączenia pikseli zaczyna działać, łączy układ 2 × 2 sąsiadujących ze sobą pikseli o wielkości 1 mikrona. Daje to większy superpiksel o średnicy 2 mikronów. To jest metoda tetra. Ale jeśli masz aparat 108 MP w telefonie takim jak Galaxy S22 Ultra, rozmiar pikseli staje się jeszcze mniejszy.

Zamiast łączenia pikseli w grupy 4 w 1, ten czujnik o rozdzielczości 108 MP wykorzystuje technologię, którą Samsung nazywa „Nonacell”. Łączy dziewięć sąsiednich pikseli w jeden. To połączenie układu pikseli 3×3 tworzy większy superpiksel o rozmiarze 2,4 mikrona. W ten sposób rozdzielczość spada z natywnych 108 MP do 12 MP, ale zdjęcia stają się jaśniejsze i mają lepszą dokładność kolorów. Jest to metoda łączenia pikseli w grupy Nona.

Jak wspomniano powyżej, mniejsze piksele mają trudności z gromadzeniem danych o świetle, przez co tracą na szczegółach na zdjęciach. Powyższe zdjęcie po lewej stronie to fragment zdjęcia w pełnej rozdzielczości 108 MP wykonanego przez główny czujnik aparatu Galaxy S22 Ultra, który ma mniejsze piksele o wielkości 0,8 mikrona. Po prawej stronie znajduje się fragment wycięty ze zdjęcia o rozdzielczości 50 MP zrobione głównym aparatem Galaxy S22, który zawiera większe piksele o wielkości 1 mikrona. Dzięki większym pikselom czujnik aparatu Galaxy S22 zbiera więcej danych o świetle, dzięki czemu na skórzanej bransoletce widać więcej szczegółów, z lepszą ostrością i znacznie lepszą ekspozycją.

Jednak gdy zaczyna działać łączenie pikseli, czujnik aparatu Galaxy S22 Ultra tworzy większy superpiksel o wielkości 2,4 mikrona który zbiera więcej danych o świetle niż główny aparat Galaxy S22, który sztucznie tworzy mniejszy, 2-mikronowy super piksel. Nic dziwnego, że wyniki są odwrotne.

Jak widać na powyższym obrazku, większy superpiksel Galaxy S22 Ultra zapewnia lepszą separację obiektów, większą kontrolę nad ostrością, więcej szczegółów powierzchni i lepszą dokładność kolorów. Ale łączenie pikseli nie polega wyłącznie na wydobywaniu szczegółów przy słabym oświetleniu. Odgrywa także ogromną rolę w reprodukcji kolorów, zarządzaniu zakresem dynamiki i innymi kluczowymi parametrami.

Na powyższym obrazku po lewej stronie Galaxy S22 radzi sobie znacznie lepiej z ekspozycją obiektu, oceną głębi i kolorem reprodukcja w pełnej rozdzielczości zdjęcia 50 MP w porównaniu do zdjęcia tej samej sceny w rozdzielczości 108 MP z Galaxy S22 Ultra. Mniejsze piksele w głównym aparacie Galaxy S22 Ultra skutkuje wyblakłymi kolorami budynków i ogólnie mniej wyrazistym profilem.

Podobnie jak w scenariuszu przy słabym oświetleniu, łączenie pikseli w grupy ponownie podkreśla różnicę i odwraca wyniki. Dzięki większym super pikselom utworzonym przez czujnik aparatu Galaxy S22 Ultra zdjęcie po prawej stronie powyżej przedstawia ceglane rowki dokładniej na zdjęciu a kolory wyszły bliższe rzeczywistości niż na zdjęciu zrobionym przez waniliową Galaxy S22. Warto jednak w tym miejscu zaznaczyć, że łączenie pikseli w grupy nie jest jedynym czynnikiem decydującym o jakości obrazu. Wiele zależy od marki czujnika, podstawowe algorytmy i aperturę, między innymi.

Przyszłość łączenia pikseli w smartfonach

Nie widać końca wojen pikselowych, następną ewolucją są czujniki aparatu o rozdzielczości 200 MP. Krążą pogłoski, że Motorola wprowadzi na rynek pierwszy telefon wyposażony w tak potężny sprzęt do przetwarzania obrazu. W tym przypadku algorytmy remosaic zamierzają połączyć nie mniej niż 16 pikseli w jedną dużą jednostkę. Weźmy na przykład własny czujnik ISOCELL HP-1 o rozdzielczości 200 MP firmy Samsung, który wprowadza nową hybrydową formę łączenia pikseli w grupy.

W zależności od sytuacji oświetleniowej wykonuje hybrydowy proces łączenia pikseli 4×4, który odbywa się w dwóch etapach. Po pierwsze, czujnik wykonuje binowanie 4 w 1, które obejmuje matrycę 2×2 pikseli o wielkości 0,64 mikrona. Tworzy to większy superpiksel o wielkości 1,28 mikrona i generuje zdjęcia w rozdzielczości 50 megapikseli. Następnie czujnik wykonuje kolejną rundę łączenia 4 w 1, która obejmuje matrycę 2×2 pikseli o wielkości 1,28 mikrona, tworząc jeszcze większy superpiksel o wielkości 2,56 mikrona. Pod koniec tego procesu ostateczna rozdzielczość obrazu spada do możliwych do utrzymania 12,5 megapiksela.

W tym właśnie tkwi powód, dla którego łączenie pikseli w grupy jest tak konieczne. Ponieważ w czujnikach aparatów smartfonów pojawia się coraz więcej pikseli, potrzeba wysokiej jakości łączenia pikseli w grupy staje się coraz ważniejsza. Jest to technologia, która stale się rozwija. Niezależnie od tego, czy jest to tetra, nona, czy wspomniane powyżej hybrydowe łączenie pikseli w grupy, firmy wciąż zastanawiają się, które metody sprawdzają się najlepiej w przypadku różnych aparatów.

Zalecenia redaktorów

• Najnowszy telefon z Androidem Asusa może stanowić duże zagrożenie dla Galaxy S23 Ultra
• Galaxy Tab S9 Ultra wygląda jak jeden z najbardziej ekscytujących tabletów roku 2023
• Naprawiono problem z najlepszą funkcją aparatu w Galaxy S23 Ultra
• Co to jest Bixby? Jak korzystać z asystenta AI firmy Samsung
• Najlepsze zabezpieczenia ekranu Samsung Galaxy S23 Ultra: 12 najlepszych wyborów