Hur pixelbinning gör dina Galaxy S22-foton fantastiska

Smarttelefonindustrin fortsätter sitt totala krig för kameraöverhöghet, med varumärken som försöker stoppa in så många pixlar i så många kameror som möjligt. Från de ynka 2-megapixel makro- och djupkameror till 108-megapixel snappers på telefoner som Galaxy S22 Ultra verkar siffrorna bara gå uppåt.

Snart, Samsungs 200 megapixel kamerasensor kommer att ta saker till nästa nivå, men i hjärtat av all denna megapixel-trolldom är en teknik som kallas pixel binning - och den är nyckeln till en kamerans framgång. Dock är inte all pixelbinning densamma. Samsung använder "tetra" 4-i-1 pixel binning på Galaxy S22, och "nona" 9-i-1 pixel binning på Galaxy S22 Ultra. Gör allt detta någon skillnad? Vi kom på.

Varför pixel binning är nödvändigt

Vad gör pixel binning? Kort sagt låter det intilliggande pixlar fungera som en stor "superpixel", och samlar in mer data för att leverera ljusare bilder med mer exakta färger och mindre brus. Innan vi går in på de tekniska detaljerna är det viktigt att förstå varför det händer i första hand.

Kamerasensorn på din telefon är den komponent som samlar in och bearbetar all optisk information som matas till den av linsen framför. Sensorn är i sin tur i huvudsak en platta med pixlar. Miljontals av dem, faktiskt. Precis som celler på en växt absorberar pixlar ljuset, som sedan genomgår signalomvandling för att producera bilden vi ser på telefonens skärm.

Men här är den udda delen. Ju högre antal pixlar det finns, desto högre upplösning har bilden – vilket ger fler detaljer och skärpa. Men när vi fortsätter att lägga till fler pixlar, bör storleken på sensorerna också öka för att ta emot dem. Att gå från 10 MP till 200 MP bör resultera i en 20 gånger större kamerasensor. Men eftersom det finns begränsat utrymme inuti en smartphones chassi för att passa bildsensorer, kan den storleksökningen inte ske.

För att lösa problemet krymps storleken på pixlarna, vilket passar fler av dessa ljuskänsliga element på sensorplattan utan att dess storlek ökar för mycket. Men ju mindre en pixel blir, desto sämre blir den på att absorbera ljus – vilket resulterar i matta detaljer och färger. Det är där pixel-binning-tekniken kommer till undsättning genom att algoritmiskt skapa större pixlar som kan absorbera mer ljus. När detta händer, du får snyggare bilder.

Pixel binning-fördelarna är lätta att se

När denna algoritm sätter igång skapas en större superpixel som absorberar mer ljusdata. Detta är särskilt viktigt i miljöer med svagt ljus där kamerasensorn behöver samla in så mycket ljus som möjligt. När det gäller tetrapixelbinning på Galaxy S22, när fyra angränsande pixlar av samma färg slås samman till en, ökas deras ljuskänslighet med fyra gånger.

Som ett resultat blir de pixelbundna fotona ljusare med högre skärpa och större kontrast. Bilden ovan togs med den ursprungliga 50 MP-upplösningen på Galaxy S22:s primära kamera. Lägg märke till nivån på korn och suddiga kanter. Nedan är en bild med bildpunkter på 12,5 MP av samma motiv som tagits av S22, som erbjuder väldefinierade linjer och mycket bättre färgåtergivning, med en ljusare profil runt kanterna.

Men fördelarna med pixel binning är inte begränsade till lågljusfotografering. Faktum är att tekniken också höjer HDR-utgången (High Dynamic Range). När du tar bilder av ett motiv eller en omgivning med hög kontrast ger pixelbinning-tekniken återigen påtagliga fördelar.

Varje pixelgrupp (baserat på dess färg) har olika nivåer av ljuskänslighet och exponeringstid, vilket innebär att de samlar in ljusinformation i segmenterad form och med högre precision. Som ett resultat, när HDR-bearbetning tillämpas på den optiska data som samlas in av varje pixeluppsättning, ser bilderna kraftfulla ut, med högre färgnoggrannhet och förbättrat dynamiskt omfång.

Samsungs olika tillvägagångssätt för pixelbinning

Skalan för pixelbinning beror på själva antalet pixlar. Till exempel kombinerar en 48MP-kamera fyra pixlar till en artificiellt förstorad superpixel för att leverera 12MP-bilder. Det är därför varumärken marknadsför det som 4-i-1 pixel binning. På samma sätt producerar kamerasensorer med 5o miljoner eller 64 miljoner pixlar bilder på 12,5 MP respektive 16 MP. I Samsungs marknadsföringsspråk kan du stöta på namnet "Tetracell" för att definiera denna process.

På en teknisk nivå rör sig inte pixlar eller kombineras fysiskt. Istället, det görs på mjukvarunivå använder remosaikalgoritmer. Det individuella pixlarrangemanget fortsätter att vara den vanliga RGB-affären. Tetracells jobb är att gruppera pixlar med samma färgfilter bredvid varandra i en 2×2 pixel array och slå samman dem för att skapa en större artificiell RGB pixel array för att samla in mer ljus. Ta en titt på bilden ovan för att se hur det blir.

50 MP-kameran på Galaxy S22 använder 1-mikronpixlar, men när pixel-binning-tekniken sätter igång slår den samman en 2×2-array av intilliggande 1-mikronpixlar. Detta ger oss en större superpixel som mäter 2 mikron tvärs över. Detta är tetrametoden. Men när du har en 108 MP-kamera på en telefon som Galaxy S22 Ultra blir storleken på pixlar ännu mindre.

Istället för 4-i-1 pixel binning, förlitar sig denna 108MP-sensor på vad Samsung kallar "Nonacell"-teknik. Den kombinerar nio angränsande pixlar till en. Denna sammanslagning av en 3×3 pixel array skapar en större superpixel som är 2,4 mikron stor. Genom att göra det kommer upplösningen ner från den ursprungliga 108 MP till 12 MP, men bilderna blir ljusare med bättre färgnoggrannhet. Detta är nona pixel binning-metoden.

Som nämnts ovan kämpar mindre pixlar med att samla in ljusdata, varför de förlorar på detaljer i foton. Bilden ovan till vänster är ett segment från en fullupplöst 108 MP-bild tagen av Galaxy S22 Ultras primära kamerasensor, som kommer med mindre 0,8-mikronpixlar. Till höger är ett segment beskuret från en 50 MP-bild tagen av Galaxy S22:s huvudkamera, som packar större 1-mikronpixlar. Tack vare större pixlar samlar Galaxy S22s kamerasensor in mer ljusdata, och som ett resultat kan du se fler detaljer om läderarmbandet, med förbättrad skärpa och mycket bättre exponering.

Men när pixelbinning sätter igång skapar Galaxy S22 Ultras kamerasensor en större 2,4-mikron superpixel som samlar in mer ljusdata än Galaxy S22:s primära kamera, vilket på konstgjord väg skapar en mindre 2-mikron super pixel. Föga överraskande är resultaten omvända.

Som du kan se på bilden ovan erbjuder Galaxy S22 Ultras större superpixel förbättrad motivseparation med högre kontroll över skärpan, fler ytdetaljer och bättre färgnoggrannhet. Men pixelbinning handlar inte bara om att få fram detaljer i svagt ljus. Det spelar också en stor roll för att återge färger, hantera dynamiskt omfång och andra avgörande parametrar.

På bilden ovan till vänster gör Galaxy S22 ett mycket bättre jobb med exponering, djupuppskattning och färg återgivning i en fullupplöst 50MP-bild, jämfört med 108MP-bilden av samma scen från Galaxy S22 Ultra. De mindre pixlarna på Galaxy S22 Ultras primära kamera resulterar i urtvättade färger på byggnaderna och en överlag mindre slagkraftig profil.

Precis som scenariot med lågt ljus, framhäver pixelbinning igen skillnaden och vänder resultaten. Tack vare de större superpixlarna som skapas av Galaxy S22 Ultras kamerasensor, visar bilden till höger ovan tegelräfflor mer exakt i bilden och färgerna visade sig närmare verkligheten än på bilden tagen av vaniljgalaxen S22. Det är dock värt att påpeka här att pixel binning inte är den enda faktorn för att avgöra bildkvalitet. Mycket beror på sensorns fabrikat, de underliggande algoritmerna och bländaren, bland andra faktorer.

Framtiden för pixelbinning på smartphones

Med inget slut på pixelkrigen i sikte, är nästa utveckling 200 MP kamerasensorer. Faktum är att Motorola ska lansera den första telefonen med så kraftfull bildbehandlingsmaskinvara. I det här fallet kommer remosaikalgoritmerna att kombinera inte mindre än 16 pixlar till en stor enhet. Ta till exempel Samsungs egen 200MP ISOCELL HP-1-sensor, som introducerar en ny hybridform av pixelbinning.

Beroende på ljussituationen utför den en hybrid 4×4 pixel-binning-process som sker i två steg. Först utför sensorn 4-i-1-binning som involverar en 2×2-array med 0,64 mikron pixlar. Detta skapar en större superpixel som mäter 1,28 mikron och producerar bilder med en upplösning på 50 megapixlar. Därefter gör sensorn ytterligare en omgång av 4-i-1 binning som involverar en 2×2-array med 1,28 mikron pixlar, vilket skapar en ännu större superpixel som mäter 2,56 mikron. I slutet av denna process sjunker den slutliga bildupplösningen till hanterbara 12,5 megapixlar.

Däri ligger varför pixelbinning är så nödvändigt. Eftersom smartphonekamerasensorer får fler och fler pixlar, blir behovet av pixelbinning av hög kvalitet desto viktigare. Och det är en teknik som ständigt utvecklas. Oavsett om det är tetra, nona eller hybridpixelbinning som nämns ovan, funderar företag fortfarande på vilka metoder som fungerar bäst för olika kameror.

Redaktörens rekommendationer

• Asus senaste Android-telefon kan vara ett stort hot mot Galaxy S23 Ultra
• Galaxy Tab S9 Ultra ser ut som en av 2023 års mest spännande surfplattor
• Ett problem med en toppkamerafunktion för Galaxy S23 Ultra har åtgärdats
• Vad är Bixby? Hur man använder Samsungs AI-assistent
• De bästa Samsung Galaxy S23 Ultra skärmskydden: topp 12 val