Como o binning de pixels torna suas fotos do Galaxy S22 ótimas

A indústria de smartphones continua sua guerra total pela supremacia das câmeras, com as marcas tentando colocar o máximo de pixels possível no maior número possível de câmeras. Daqueles insignificantes Câmeras macro e de profundidade de 2 megapixels aos snappers de 108 megapixels em telefones como o Galaxy S22 Ultra, os números só parecem aumentar.

Breve, Sensor de câmera de 200 megapixels da Samsung levará as coisas para o próximo nível, mas no centro de toda essa magia dos megapixels está uma tecnologia chamada pixel binning – e é a chave para o sucesso de uma câmera. No entanto, nem todos os pixels são iguais. A Samsung usa binning “tetra” de 4 em 1 pixels no Galáxia S22e binning “nona” de 9 em 1 pixels no Galaxy S22 Ultra. Tudo isso faz alguma diferença? Nós descobrimos.

Por que o binning de pixels é necessário

O que o binning de pixels faz? Resumindo, permite que pixels adjacentes funcionem como um grande “super pixel”, coletando mais dados para fornecer fotos mais brilhantes com cores mais precisas e menos ruído. Antes de entrarmos nos detalhes técnicos, é importante entender por que isso acontece.

O sensor da câmera do seu telefone é o componente que coleta e processa todas as informações ópticas fornecidas pela lente frontal. O sensor, por sua vez, é essencialmente uma placa de pixels. Milhões deles, na verdade. Assim como as células de uma planta, os pixels absorvem a luz, que então sofre conversão de sinal para produzir a imagem que vemos na tela do nosso telefone.

Mas aqui está a parte estranha. Quanto maior o número de pixels, maior será a resolução da imagem — permitindo mais detalhes e nitidez. No entanto, à medida que adicionamos mais pixels, o tamanho dos sensores também deve aumentar para acomodá-los. Passar de 10MP para 200MP deve resultar em um sensor de câmera 20 vezes maior. Mas como há espaço limitado disponível dentro do chassi de um smartphone para acomodar sensores de imagem, esse aumento de tamanho não pode acontecer.

Para resolver o problema, o tamanho dos pixels é reduzido, cabendo mais desses elementos fotossensíveis na placa do sensor sem aumentar muito seu tamanho. No entanto, quanto menor fica um pixel, pior fica a absorção de luz – resultando em detalhes e cores sem brilho. É aí que a tecnologia de pixel binning vem em socorro, criando algoritmicamente pixels maiores que são capazes de absorver mais luz. Quando isso acontece, você consegue fotos mais bonitas.

Os benefícios do binning de pixels são fáceis de ver

Quando esse algoritmo entra em ação, é criado um super pixel maior que absorve mais dados de luz. Isto é especialmente importante em ambientes com pouca luz, onde o sensor da câmera precisa coletar o máximo de luz possível. No caso do binning tetra pixel no Galaxy S22, quando quatro pixels vizinhos da mesma cor são mesclados em um, sua sensibilidade à luz aumenta quatro vezes.

Como resultado, as fotos com pixels ficam mais brilhantes, com maior nitidez e maior contraste. A imagem acima foi capturada na resolução nativa de 50MP de a câmera principal do Galaxy S22. Observe o nível de granulação e as bordas borradas. Abaixo está uma foto de 12,5 MP com pixels do mesmo assunto capturada pelo S22, oferecendo linhas bem definidas e reprodução de cores muito melhor, com um perfil mais brilhante nas bordas.

Mas os benefícios do binning de pixels não se limitam à fotografia com pouca luz. Na verdade, a tecnologia também eleva a saída HDR (High Dynamic Range). Ao tirar fotos de um assunto ou ambiente de alto contraste, a tecnologia de pixel binning produz novamente benefícios tangíveis.

Cada grupo de pixels (com base em sua cor) possui um nível diferente de fotossensibilidade e tempo de exposição, o que significa que coletam informações de luz de forma segmentada e com maior precisão. Como resultado, quando o processamento HDR é aplicado aos dados ópticos coletados por cada matriz de pixels, as fotos parecem nítidas, com maior precisão de cores e faixa dinâmica aprimorada.

As diferentes abordagens da Samsung para pixel binning

A escala do binning de pixels depende do número de pixels em si. Por exemplo, uma câmera de 48MP combina quatro pixels em um super pixel artificialmente ampliado para fornecer fotos de 12MP. É por isso que as marcas o comercializam como binning de pixels 4 em 1. Da mesma forma, sensores de câmera com 5 milhões ou 64 milhões de pixels produzem imagens de 12,5 MP e 16 MP, respectivamente. No jargão de marketing da Samsung, você pode encontrar o nome “Tetracell” para definir esse processo.

Em um nível técnico, os pixels não se movem ou se combinam fisicamente. Em vez de, isso é feito em nível de software usando algoritmos remosaicos. O arranjo individual de pixels continua a ser o caso RGB usual. O trabalho da Tetracell é agrupar pixels com o mesmo filtro de cor próximos uns dos outros em uma matriz de pixels 2×2 e mesclá-los para criar uma matriz de pixels RGB artificial maior para coletar mais luz. Dê uma olhada na imagem acima para ver como ficou.

A câmera de 50 MP do Galaxy S22 emprega pixels de 1 mícron, mas quando a tecnologia de binning de pixels entra em ação, ela mescla uma matriz 2×2 de pixels adjacentes de 1 mícron. Isso nos dá um super pixel maior que mede 2 mícrons de diâmetro. Este é o método tetra. Mas quando você tem uma câmera de 108MP em um telefone como o Galaxy S22 Ultra, o tamanho dos pixels fica ainda menor.

Em vez de binning de pixels 4 em 1, este sensor de 108 MP depende do que a Samsung chama de tecnologia “Nonacell”. Ele combina nove pixels vizinhos em um. Essa fusão de uma matriz de 3 × 3 pixels cria um super pixel maior com 2,4 mícrons de tamanho. Ao fazer isso, a resolução cai dos 108 MP nativos para 12 MP, mas as fotos ficam mais brilhantes e com melhor precisão de cores. Este é o método de binning nona pixel.

Como mencionado acima, pixels menores têm dificuldade em coletar dados de luz e, portanto, perdem detalhes nas fotos. A imagem acima à esquerda é um segmento de uma imagem de 108 MP de resolução total tirada pelo sensor de câmera principal do Galaxy S22 Ultra, que vem com pixels menores de 0,8 mícron. À direita está um segmento recortado de uma foto de 50 MP tirada pela câmera principal do Galaxy S22, que contém pixels maiores de 1 mícron. Devido aos pixels maiores, o sensor da câmera do Galaxy S22 coleta mais dados de luz e, como resultado, você pode ver mais detalhes na pulseira de couro, com nitidez aprimorada e exposição muito melhor.

No entanto, quando o binning de pixels entra em ação, o sensor da câmera do Galaxy S22 Ultra cria um super pixel maior de 2,4 mícrons que coleta mais dados de luz do que a câmera principal do Galaxy S22, que cria artificialmente um super menor de 2 mícrons pixel. Não é novidade que os resultados são invertidos.

Como você pode ver na imagem acima, o super pixel maior do Galaxy S22 Ultra oferece melhor separação de assuntos com maior controle de nitidez, mais detalhes de superfície e melhor precisão de cores. Mas o binning de pixels não se trata apenas de realçar detalhes com pouca luz. Ele também desempenha um papel importante na reprodução de cores, no gerenciamento da faixa dinâmica e em outros parâmetros cruciais.

Na imagem acima à esquerda, o Galaxy S22 faz um trabalho muito melhor na exposição do assunto, estimativa de profundidade e cor reprodução em uma foto de 50 MP com resolução total, em comparação com a foto de 108 MP da mesma cena do Galaxy S22 Ultra. Os pixels menores na câmera principal do Galaxy S22 Ultra resultam em cores desbotadas nos edifícios e em um perfil geral menos marcante.

Assim como no cenário de pouca luz, o binning de pixels novamente destaca a diferença e inverte os resultados. Graças aos super pixels maiores criados pelo sensor da câmera do Galaxy S22 Ultra, a imagem à direita acima captura o ranhuras de tijolo com mais precisão na foto e as cores ficaram mais próximas da realidade do que na foto tirada pelo vanilla Galaxy S22. No entanto, vale ressaltar aqui que o binning de pixels não é o único fator na decisão da qualidade da imagem. Depende muito da marca do sensor, os algoritmos subjacentes e a abertura, entre outros fatores.

O futuro do binning de pixels em smartphones

Sem o fim da guerra de pixels à vista, a próxima evolução são os sensores de câmera de 200MP. Na verdade, há rumores de que a Motorola lançará o primeiro telefone com um hardware de imagem tão poderoso. Nesse caso, os algoritmos remosaicos vão combinar nada menos que 16 pixels em uma unidade grande. Tomemos, por exemplo, o sensor ISOCELL HP-1 de 200 MP da própria Samsung, que apresenta uma nova forma híbrida de binning de pixels.

Dependendo da situação de iluminação, ele realiza um processo híbrido de binning de pixels 4×4 que acontece em duas etapas. Primeiro, o sensor realiza binning 4 em 1 que envolve uma matriz 2×2 de pixels de 0,64 mícron. Isso cria um super pixel maior que mede 1,28 mícron e produz fotos com resolução de 50 megapixels. Em seguida, o sensor faz outra rodada de binning 4 em 1 que envolve uma matriz 2×2 de pixels de 1,28 mícron, criando um super pixel ainda maior que mede 2,56 mícrons. No final deste processo, a resolução final da imagem cai para gerenciáveis ​​12,5 megapixels.

É aí que reside o motivo pelo qual o binning de pixels é tão necessário. À medida que os sensores das câmeras dos smartphones obtêm cada vez mais pixels, a necessidade de binning de pixels de qualidade torna-se ainda mais importante. E é uma tecnologia em constante evolução. Seja tetra, nona ou o binning híbrido de pixels mencionado acima, as empresas ainda estão descobrindo quais métodos funcionam melhor para diferentes câmeras.

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