Что такое биннинг пикселей
Хотя это далеко не новая технология, возможно вы слышали про такой термин как " биннинг пикселей ", который чаще всего встречается в отношении ряда недавно анонсированных смартфонов, таких как Samsung Galaxy S21 Ultra , и задавались вопросом, что он означает. Возможно, вам особенно интересно, как эта технология влияет на качество фотоснимков вашего смартфона.
Во-первых, нам нужно напомнить о том, что такое пиксель. Проще говоря, пиксель, сокращённое название от " элемент изображения ", является наименьшей единицей цифрового изображения, маленькие точки, которые видны на экране, когда вы внимательно смотрите на него.
Слово " пиксель " также часто используется для описания отдельных отдельных полостей для захвата света, которые расположены в сенсоре камеры, хотя технически они называются " фотоэлементами ". Однако для простоты объяснения понятия " биннинг пикселей " мы также будем использовать слово " пиксель " для их описания.
Чем больше пикселей у сенсора (или фотоэлемента), тем выше его способность собирать свет. Также, большое количество пикселей влияет на детализация фотоизображения. Стоит отметить, что не все пиксели имеют одинаковый размер - размер фотоэлемента называется " шагом пикселя ", и он измеряется в микронах.
Размер пикселей камеры смартфона, как правило, варьируется от довольно маленького (0,8 мкм) до довольно большого (1,8 мкм). Но они всё равно имеют небольшой размер по сравнению с тем, который можно встретить на зеркальных фотокамерах.
Размер пикселя в сенсорах полнокадровой камеры может достигать 8,4 мкм, поэтому они, как правило, намного лучше подходят для съёмки при слабом освещении, нежели смартфоны, особенно когда вы внимательно рассматриваете полученное изображение.
Проблема, с которой сталкиваются смартфоны, заключается в том, что физический размер их сенсора очень мал, поскольку он должен быть размещен в относительно небольшом устройстве. С годами размеры сенсоров внутри смартфонов несколько увеличились, но вряд ли мы когда-нибудь увидим сенсор размера зеркальной камеры в тонком смартфоне.
Это означает, что сейчас существует проблема с попыткой втиснуть много пикселей в небольшую область. С одной стороны, маленький размер пикселей плохо сказывается на съёмке при слабом освещении, с другой стороны, уменьшение количества пикселей означает, что вы не получите чётких изображений при хорошем освещении. Существует несколько способов обойти это с аппаратной точки зрения, но все эти способы имеют свои недостатки.
Можно уменьшить количество пикселей в сенсоре с увеличением их размера, чтобы каждый пиксель был как можно больше. Но тогда вы получите изображение с довольно низким разрешением. Вы можете увеличить количество пикселей, а также увеличить размер сенсора. Но это будет физически невозможно без увеличения или расширения размера самих смартфонов.
Хотя некоторые из современных смартфонов имеют внушительный размер, если же они начнут становиться толще, маловероятно, что они останутся настолько популярными. Наконец, вы можете использовать большое количество пикселей на маленьком сенсоре в надежде, что большинство пользователей будут снимать в основном при хорошем освещении.
В качестве альтернативы существует способ, который пытается охватить всё самое лучшее из всех возможных вариантов - это процесс, известный как " биннинг пикселей ". Но как он работает?
Подход с объединением пикселей
Подводя итог в одном предложении, биннинг пикселей – это процесс, при котором данные из четырех пикселей объединяются в один. Таким образом, сенсор камеры с крошечными пикселями размером 0,9 микрона даст результаты, эквивалентные пикселям 1,8 микрона при съемке с разбивкой пикселей.
Как мы уже говорили в нашем объяснении камеры 48MP, представьте датчик камеры как двор, а пиксели / фотосайты как ведра, собирающие дождь во дворе. Вы можете поставить во дворе множество маленьких ведер или несколько больших ведер. Но объединение пикселей по сути эквивалентно объединению всех небольших сегментов в одно огромное, когда это необходимо.
Объединение пикселей, как правило, стало возможным благодаря использованию четырехъядерного фильтра Байера на датчиках камеры. Байера фильтр представляет собой цветной фильтр, используемый во всех цифровых датчиках камеры, сидя на вершине пикселей / фото сайтов и захват изображения с красными, зелеными и синими цветами.
Ваш стандартный фильтр Байера состоит из 50 процентов зеленых фильтров, 25 процентов красных фильтров и 25 процентов синих фильтров. Согласно фото-ресурсу Cambridge in Color, это устройство имитирует человеческий глаз, чувствительный к зеленому свету. После того, как это изображение будет захвачено, оно интерполируется и обрабатывается для получения окончательного полноцветного изображения.
Но четырехъядерный фильтр Байера группирует эти цвета в кластеры по четыре, а затем использует программную обработку преобразования массива для включения объединения пикселей. Расположение кластеров обеспечивает дополнительную световую информацию во время процесса преобразования массива, что делает его лучше, чем простая интерполяция / масштабирование до 48MP. Посмотрите на изображение выше, чтобы увидеть, как работает четырехбайеровский фильтр – заметили, чем группировка различных цветов отличается от традиционного байеровского фильтра? Вы также заметите, что он по-прежнему предлагает 50 процентов зеленых фильтров, 25 процентов красных фильтров и 25 процентов синих фильтров.
Применяя четырехъядерный фильтр Байера и биннинг пикселей, вы получаете преимущество снимков сверхвысокого разрешения в течение дня и снимков с более низким разрешением ночью. И эти ночные снимки должны быть ярче и иметь меньший шум по сравнению с снимком с полным разрешением.
У пиксельного биннинга есть как преимущества, так и недостатки
Что собой представляет пиксельный биннинг в камерах смартфонов
Пиксельный биннинг — процесс, при котором полученные из нескольких соседних пикселей матрицы данные объединяются в один. Ранее считалось, что речь идет только про условные квадраты размером 2×2 точки, но сегодня используется и формат 3×3 — такой, к примеру, применяется в Samsung Galaxy S21 Ultra. В последнем, как уже говорилось выше, таким образом из отдельных пикселей размером 0,8 микрона получается квадрат на 2,4 микрона. Более старый пример — Honor View 20 с камерой на 48 Мп и пиксельным биннингом 2×2: пиксели по 0,9 микрона в его случае превращаются в квадраты по 1,8 микрона. Тоже неплохо.
🚸 Давайте проще! Чтобы прояснить вопрос, можно использовать аллегорию: представьте, что матрица представляет собой поле, которое вы хотите заставить солнечными панелями и получать от них электроэнергию. Они могут быть разными по площади, поэтому у вас фактически есть два варианта: взять несколько больших панелей или в пару раз больше маленьких. Общая площадь материала, поглощающего солнце, не изменится, поэтому на количестве полученной энергии это, пусть только в теории, не должно сказаться. На практике же, как и в случае с камерами смартфонов, есть некоторые нюансы.
Чтобы рассмотреть их менее поверхностно, придется разобраться, из каких элементов, в принципе, состоит каждый отдельный пиксель в матрице камеры смартфона. Традиционно в его структуре есть фотодиод, который поглощает свет, специальная линза для фокусировки потока, а также цветовой фильтр (фильтр Байера), отвечающий за поглощение конкретного оттенка. Тем не менее, в смартфонах, камеры которых используют матрицы большого разрешения, применяется другое строение пикселей. Обычно каждый цветовой фильтр в данном случае предназначен не для одной, а сразу для нескольких точек, расположенных в квадрате 2×2 или 3×3 точек.
Таким образом, получается, что в камере на 48 Мп с пиксельным биннингом 2×2 в четыре раза меньше традиционных точек — 12 Мп, а в матрицах на 108 Мп с пиксельным биннингом 3×3 их в девять раз меньше — те же 12 Мп. Неужели производители таким нехитрым образом нас просто обманывают? Нет. Да, с одной стороны, вместо небольшого числа полноценных пикселей они предлагают нам в несколько раз больше неполноценных. Тем не менее, с другой стороны, кроме сугубо маркетинговых для конкретного производителя в данном подходе есть несколько очевидных преимуществ для обычного пользователя.
✅ Плюсы:
Можно добиться высокой детализации. Когда вы снимаете в условиях более чем достаточного освещения, можно не применять процесс объединения отдельных пикселей и воспользоваться полным разрешением матрицы конкретного гаджета. В данном случае получится добиться максимальной детализации.
Зум становится более качественным. Речь в данном случае именно про его цифровой вариант. Когда света достаточно, можно просто сделать кроп с матрицы без необходимости растягивать картинку. В данном случае уменьшается число шумов и других возможных артефактов — в камерах смартфонов, которые используют пиксельный биннинг, обычно именно этот вариант и используется.
Расширяются возможности для HDR. При использовании большого числа пикселей можно добиться более продвинутой работы с широким динамическим диапазоном — заставить отдельные точки работать с разной выдержкой, чтобы создавать не только качественные фото, но даже HDR-видео.
Кто сейчас использует биннинг пикселей?
Если у производителя есть телефон с камерой на 32 Мп, 40 Мп или 48 Мп, то он почти гарантированно предлагает эту функцию. Среди выдающихся устройств в этом отношении – серия Xiaomi Redmi Note 7, Xiaomi Mi 9, Honor View 20, Huawei Nova 4, Vivo V15 Pro и ZTE Blade V10.
Но мы также видим бренды с камерами с более низким разрешением, предлагающие варианты объединения пикселей, такие как LG G7 ThinQ и V30s ThinQ. Эти устройства предлагают режим Super Bright на своих 16-мегапиксельных камерах с использованием объединения пикселей для получения более ярких 4-мегапиксельных снимков. Мы даже видели, как такие бренды, как Xiaomi, используют камеры 16MP и 20MP с объединением пикселей, такие как Xiaomi Redmi S2 и Mi A2 соответственно.
Очевидно, что камеры с более высоким разрешением кажутся более подходящими для этой техники (особенно на камерах заднего вида), поскольку выходное разрешение не является низким. Но это также заставляет задуматься, как высоко вы можете подняться. Что ж, новое интервью предполагает, что камеры на 64 МП и 100 МП + находятся в разработке.
А что такое пиксели?
Чтобы понять, что такое бинаризация (технология объединения пикселей), для начала нужно разобраться, что такое в этом контексте пиксели. Пиксели – физические элементы на сенсоре камеры, которые захватывают свет во время съемки.
Размер этих самых пикселей измеряется в микронах (миллионных долях метра), и размер пикселя в один микрон или меньше считается маленьким. Для примера, камеры смартфонов iPhone XS Max, Google Pixel 3 и Galaxy S10 обладают большими пикселями размером 1,4 микрона.
Я думаю, нет необходимости, объяснять, что чем больше размер пикселей, тем лучше, потому что большие пиксели могут захватываться больше света, а это в свою очередь верный признак хорошей фотографии. Особенно разница камер с большими и маленькими пикселями заметна при съемке в условиях низкой освещенности. Если вы снимаете где-то в помещении или на улице, но вечером или ночью, то для того, чтобы фотография не вышла похожей на Черный квадрат Малевича, камере нужно захватить как можно больше практически отсутствующего в этих условиях света, а если пиксели на сенсоре будут недостаточно большими, то и света много собрать не получится – как итог, фотография выйдет темная и с большим количеством шумов.
А если пиксели в камере сделать большими, то и размер модуля камеры от этого сильно увеличится. Можно не увеличивать размер модуля и увеличить размер пикселей, но тогда этих больших пикселей в небольшой модуль поместится немного, а разрешение фото при этом сильно пострадает. Для современных тонких и изящных смартфонов нужна такая же тонкая камера, и желательно, чтобы из корпуса не торчала. В таких обстоятельствах производителям приходится как-то исхитряться, чтобы усидеть на двух стульях сразу (камеру поменьше, но пиксели побольше) – здесь то и пригодилась технология под названием бинаризация.
Содержание
Почему Apple и Google игнорируют функцию пиксельного биннинга
В отличие от Samsung Galaxy S21 Ultra, в iPhone 12 Pro Max не используется технология пиксельного биннинга
В своих смартфонах Apple и Google используют камеры с матрицами на 12 Мп. Тем не менее, как и в случае с пиксельным биннингом, в данном случае отдельные пиксели также нельзя назвать традиционными. В каждой точке здесь используется по два фотодиода, поэтому их разрешение, в каком-то смысле, в два раза больше — 24 Мп вместо 12 Мп. Но, так как линза для фокусировки и цветовой фильтр на каждую такую пару только один, производители не играют в маркетинг. Да и чисто технически фотографировать в увеличенном разрешении они не дают, поэтому какие-то другие заявления были бы ошибкой.
Основным преимуществом подобного подхода является максимально высокая скорость фокусировки и низкая нагрузка не железо. Производители могут сосредоточиться не на обработке максимального количества пикселей, а на возможностях вычислительной фотографии. В этом они добились действительно интересных результатов. Чего только стоит возможность получения портретных изображений только с помощью одной камеры: в данном случае используется анализ разницы между информацией, полученной на каждый из пары фотодиодов в одном пикселе матрицы. Это — лишь один пример.
Является ли биннинг пикселей единственным решением?
Объединение пикселей используется не всеми производителями. Например, Apple и Google используют в своих устройствах относительно "скромные" 12-мегапиксельные сенсоры (хотя всё может измениться с появлением Pixel 6 ), полагаясь на вычислительную фотографию для повышения производительности при слабом освещении.
Большое количество деталей также, скорее всего, будет вам совершенно не нужно, если единственное место, где вы когда-либо собираетесь смотреть свои фотографии - это экран .
Есть также способы обойти проблему низкой освещенности, которая связана с тем, как вы используете камеру своего смартфона и его программное обеспечение, в отличие от аппаратного решения, которое обеспечивает объединение пикселей.
Некоторые смартфоны имеют " ночной режим ", который делает серию быстрых снимков и объединяет их вместе, чтобы создать впечатление достаточной освещённости объекта съёмки. Вы также можете установить более длительное время выдержки снимка, если у вас есть возможность использовать штатив или устойчивую поверхность.
Итак, каков же вывод? Является ли биннинг пикселей (объединение пикселей) всего лишь маркетинговым трюком, призванным заставить нас вкладывать средства в новые дорогостоящие смартфоны, которые обещают улучшить наши фотографии?
К сожалению, как это часто бывает с такими вещами, ответ будет и да, и нет. Объединение пикселей - хорошее решение, если вы хотите обеспечить максимальную детализацию снимка в хороших условиях освещения, а также иметь возможность производить высококачественные снимки при слабом освещении.
Это хороший компромисс, который позволяет вашему смартфону использовать преимущества различных ситуаций съемки, в которых вы можете оказаться.
Тем не менее, смартфоны с сенсорами, которые имеют более низкое разрешение не стоит списывать со счетов - они также могут создавать отличные изображения с помощью других различных методов, например, с помощью искусственного интеллекта или программных настроек.
Если производитель комплектует смартфон камерой с матрицей на 32, 48, 64 или больше мегапикселей, он с огромной вероятностью использует технологию пиксельного биннинга — объединения соседних пикселей. Это, в том числе, касается актуальных флагманов Xiaomi Mi 11 и Samsung Galaxy S21 Ultra, основные камеры которых построены вокруг матриц на 108 Мп. Что интересно, технология не нова даже на рынке мобильных устройств: еще пару лет назад она была использована в Xiaomi Redmi Note 7 и Mi 9, Honor View 20 и Huawei Nova 4, а также Vivo V15 Pro и ZTE Blade V10. Ее особенности и обсудим.
💡 Интересный факт: ранее пиксельный биннинг использовался и в матрицах с относительно небольшим разрешением. К примеру, LG G7 ThinQ и V30s ThinQ с камерами на 16 Мп также предлагали объединение соседних пикселей. Тем не менее, в итоге стало ясно, что в таком случае подобный подход не особенно оправдан из-за крайне небольшого разрешения кадров после объединения точек.
Является ли Pixel Binning единственным решением?
IPhone 11 Pro Max имеет особенно хороший ночной режим. (Изображение предоставлено: Будущее)
Pixel binning используется не каждым производителем. Например, Apple и Google используют относительно «скромные» 12-мегапиксельные датчики в своих устройствах, склоняясь к вычислительной фотографии для повышения производительности при слабом освещении. Наличие большого количества деталей также, возможно, совершенно не нужно, если единственное место, где вы когда-либо будете смотреть на свои изображения, находится на экране телефона..
Существуют также способы решения проблемы слабой освещенности, связанные с использованием камеры смартфона и ее программного обеспечения, а не с аппаратным решением, которое обеспечивает пиксельное объединение. В некоторых телефонах есть «Ночные режимы», которые снимают серию коротких экспозиций и объединяют их вместе, создавая впечатление, что они дают больше света. Вы также можете использовать реальные длинные экспозиции, если у вас есть штатив или устойчивая поверхность под рукой..
Итак, каков вывод здесь — это пиксельный биннинг только маркетинговый трюк, призванный заставить нас инвестировать в новые блестящие телефоны, которые обещают улучшить нашу фотографию?
К сожалению, как это часто бывает с этими вещами, ответ на этот вопрос немного и тот, и другой. Pixel binning — это хорошее решение, если вы хотите предлагать наилучшую детализацию при хороших условиях освещения, а также создавать качественные снимки при слабом освещении. Это хороший компромисс, который позволяет вашему смартфону использовать различные условия съемки, в которых вы можете оказаться.
Тем не менее, смартфоны с датчиками низкого разрешения не будут автоматически откладываться, поскольку они также могут создавать превосходные изображения с использованием различных методов, таких как искусственный интеллект или программные настройки..
В прошлом году термин «объединение пикселей» регулярно всплывал при разговоре о фотографии со смартфона. Этот термин не вызывает восторга, но сегодня он используется во многих телефонах.
Бинаризация – одна из важнейших технологий в современной фотографии
В общем и целом, бинаризация – это процесс объединения информации, полученной с четырех пикселей таким образом, словно она была получена одним большим пикселем. Таким образом, фотография, сделанная на камеру с пикселями размером 0,9 микрон, будет соответствовать тому, что может сделать камера с большими пикселями в 1,8 микрон.
Обратной стороной этой медали является четырехкратное уменьшение разрешения фотографий, которое происходит вследствие объединения четырех маленьких пикселей в один большой. Это значит, что мобильная камера с высоким по современным меркам разрешением сенсора 48 Мп при задействованной технологии бинаризации на выходе способна выдать снимок с разрешением лишь 12 Мп. А теперь вспомним, что у некоторых смартфонов разрешение камеры составляет всего 16 Мп, а это означает, что при объединении пикселей для более качественного снимка в темноте, мы получим фото, качество которого будет соответствовать камере со смешными 4 Мп.
Вообще, пиксельный биннинг стал возможным благодаря использованию в сенсорах камер так называемого фильтра Байера. Фильтр Байера – это двумерный массив цветных фильтров, которыми накрыты фотодиоды всех современных фотоматриц. Этот фильтр используется для получения цветного изображения в матрицах цифровых фотоаппаратов, видеокамер и сканеров. Стандартный Фильтр Байера, который, наверняка, используется в вашем смартфоне, состоит из 25% красных элементов, 25% синих и 50% зеленых элементов. По данным ресурса Cambridge in Color, этот фильтр предназначен для имитации человеческого глаза, чувствительность которого наиболее высока именно к зеленому свету. Как только сенсор камеры захватывает картинку, она интерполируется и обрабатывается для получения окончательного, полноцветного изображения.
В сочетании с Фильтром Байера технология объединения пикселей дает нам с вами возможность делать фотографии высокого разрешения при дневном освещении и фотографии чуть меньшего разрешения, но также с меньшим количеством шумов и большим уровнем яркости в условиях недостаточной освещенности.
Важность пикселей или фото сайтов
Чтобы понять объединение пикселей, мы должны понять, что на самом деле представляет собой пиксель в этом контексте. Рассматриваемые пиксели также известны как фото-сайты и представляют собой физические элементы сенсора камеры, которые улавливают свет во время фотосъемки.
Размер пикселя обычно измеряется в микронах (миллионная часть метра), а все, что меньше одного микрона, считается малым. IPhone XS Max, Google Pixel 3 и Galaxy S10 камеры все предлагают большие 1,4 микрон пикселей.
Излишне говорить, что вы всегда хотите, чтобы ваши пиксели были большими, поскольку более крупный пиксель может просто улавливать больше света, чем меньший пиксель. Способность улавливать больше света означает лучшую производительность в пабе или в сумерках, когда свет на первом месте. Но сенсоры камеры смартфонов должны быть небольшими, чтобы помещаться в современные стройные рамки – если вы не возражаете против удара камеры.
Что такое пиксельный биннинг?
Снимки Xiaomi Mi Note 10 с разрешением 108 Мпикс снимаются до 27 Мп. (Изображение предоставлено: Будущее)
Если вы выберете тему Google, вы найдете множество и разнообразных (и чрезмерно сложных) описаний того, как именно работает пиксельное биннинг, а также множество обсуждений о преимуществах или иных последствиях..
Простое или прямое объяснение состоит в том, что данные по меньшей мере из четырех пикселей объединяются в один. Это создает эффект «суперпикселей», которые лучше способны собирать и обрабатывать свет в сцене. Недостатком является то, что ваше эффективное разрешение будет разделено на четверти при выводе снимка — поэтому, если у вас был 12-мегапиксельный сенсор с использованием пиксельного биннинга, у вас остался бы 3-мегапиксельный снимок.
Вы можете подумать — и никто не будет винить вас — зачем беспокоиться о пиксельном биннинге 48 мегапикселей, почему бы не использовать более крупные пиксели для датчика 12 Мп, если большие пиксели лучше? Ну, здесь есть два ответа. Первый, по сути, сводится к маркетингу и, прежде всего, к покупке телефона. Человеческая натура диктует, что вы будете более впечатлены датчиком 48MP, чем датчиком 12MP, даже если результаты будут лучше при меньшем разрешении.
Но есть также кое-что, что можно сказать, чтобы дать вам возможность снимать на 48MP и использовать все эти дополнительные детали, когда позволяет более яркий свет — в конце концов, вероятно, многие из нас делают много снимков в наружных сценариях (например, как пока в отпуске).
❌ Минусы:
Большинство фото в низком разрешении. Пиксельный биннинг уменьшает разрешение снимка. Вместо 108 Мп в том же Samsung Galaxy S21 Ultra чаще всего будет использоваться именно 12 Мп — это особенно касается съемки в условиях недостаточного освещения: даже просто в помещении с искусственным светом.
Большая нагрузка на встроенное железо. Сегодня пиксельный биннинг чаще всего используется в смартфонах из верхнего ценового сегмента с топовыми чипами. Более слабые гаджеты обычно не справляются с обработкой огромного количества информации даже при объединении нескольких соседних пикселей в один. На роль исключения подходит Redmi Note 7, но таких примеров немного.
Что такое биннинг пикселей?
Если вы загуглите этот вопрос, вы найдете множество разнообразных (и чрезмерно сложных) описаний того, как именно работает биннинг пикселей, а также множество дискуссий о его преимуществах или недостатках.
Простое объяснение состоит в том, что данные по крайней мере из четырех пикселей объединяются в один. Это даёт эффект создания " суперпикселей ", которые лучше собирают и обрабатывают свет в сцене.
Обратной стороной медали является то, что в этом случае максимальное эффективное разрешение разделяется на четыре части при выводе кадра - поэтому, если у вас сенсор на 12 Мп с объединёнными пикселями, у вас создаётся снимок с разрешением всего 3 мегапикселя.
Вот почему в последнее время на рынке появилось несколько сенсоров с высоким разрешением - сенсор на 108 мегапикселей, который использует объединение пикселей для объединения девяти пикселей в один, как на Samsung Galaxy S21 Ultra , даст вам на выходе снимок с вполне неплохим разрешением - 12 мегапикселей.
Количество объединяемых пикселей может варьироваться в зависимости от реализации технологии, но, как правило, чем выше количество мегапикселей сенсора, тем больше отдельных пикселей будет объединено во время биннинга пикселей.
В некоторых случаях смартфон позволяет вам выбирать между различными настройками или он сам устанавливает определенные параметры снимка в зависимости от окружающей среды. Например, Samsung анонсировала сенсор на 200 Мп с так называемой технологией ChameleonCell .
Эта технология позволяет объединить либо четыре пикселя для снимков с разрешением 50 Мп (при размере пикселя 1,28 мкм), либо объединить 16 пикселей для получения снимка с разрешением 12,5 Мп и размером пикселя 2,56 мкм. Или вы можете использовать все 200 мегапикселей, так что у вас есть много возможностей для гибкой настройки качества будущего снимка.
Вы можете подумать, зачем беспокоиться об объединении пикселей на 108 или 200 мегапикселей, почему бы не использовать более крупные пиксели для сенсора на 12 Мп, если более крупные пиксели лучше?
Что ж, здесь есть два ответа. Первое, по сути, сводится к маркетингу и, в первую очередь, к тому, чтобы заставить вас купить этот смартфон. Человеческая природа подсказывает, что сенсор на 108 Мп может произвести на вас гораздо большее впечатление, чем на сенсор на 12 Мп, даже если результаты будут лучше и при меньшем разрешении.
Но также необходимо упомянуть о том, что это ещё и возможность снимать с разрешением на 108 Мп и использовать все возможности сенсора, когда позволяет более яркий свет - в конце концов, многие из нас делают много снимков на открытом воздухе (например, во время отдыха на солнечном пляже).
Кто уже сейчас использует бинаризацию?
Если у производителя есть смартфон с камерой 32 Мп, 40 Мп или 48 Мп, то можете наверняка быть уверены, что в нем используется технология объединения пикселей. Самыми известными на данный момент устройствами с этого технологией являются Xiaomi Redmi Note 7, Xiaomi Mi 9, Honor View 20, Huawei Nova 4, Vivo V15 Pro и ZTE Blade V10.
Как я упоминал выше, на рынке есть и смартфоны с камерами меньшего разрешения, но при этом использующие бинаризацию. Среди таких смартфонов LG G7 ThinQ, LG V30s ThinQ, Xiaomi Redmi S2 и Mi A2. В смартфонах LG есть режим Super Bright, который позволяет сделать на 16 Мп-сенсор яркую ночную 4 Мп-фотографию.
Очевидно, что камеры с более высоким разрешением больше подходят для вышеописанной технологии (особенно основные, а не фронтальные, камеры), так как на выходе разрешение снимком урезается аж в четыре раза. Благо, после недавних новостей от производителя мобильных процессоров Qualcomm о том, что компания внедрила в свои чипсеты поддержку камер с разрешением более 100 Мп, уже до конца этого года мы ждем появления первых смартфонов с новыми умопомрачительными камерами.
Делитесь своим мнением в комментариях под этим материалом и в нашем Telegram-чате.
Хотя это далеко не новая технология, вы, возможно, слышали, что термин «пиксельное объединение» появляется все чаще и чаще в отношении ряда недавно анонсированных смартфонов, таких как Samsung Galaxy S20 Ultra, и поинтересовались, что это означает. Вы можете быть особенно обеспокоены тем, что это означает для качества изображений вашего смартфона.
Во-первых, нам, вероятно, нужно быстрое напоминание о том, что именно представляет собой пиксель. Проще говоря, пиксель, который является сокращением от «элемента изображения», является наименьшей единицей цифрового изображения, часто рассматриваемой как маленькие точки, которые видны, когда вы внимательно смотрите на экран..
Слово «пиксель» также часто используется для описания отдельных полостей захвата света, обнаруженных на датчиках камеры, хотя технически они называются «фотосайтами». Однако, ради простоты в этом объяснителе «пиксельного биннинга», мы будем использовать «пиксель», чтобы описать их тоже.
Чем больше пикселей сенсора (или фотосайтов), тем больше их способность собирать свет. Но вам также нужно много пикселей, если вы хотите визуализировать детали. Также стоит сказать, что не все пиксели созданы одинаково — размер фотосайта называется его «шагом пикселя», и измеряется в микронах. Чем больше число, тем оно больше.
Пиксели камеры смартфона имеют тенденцию варьироваться от довольно маленьких (0,8 микрона) до довольно больших (1,8 микрона). Но они все еще бледны по сравнению с тем, что можно найти на беззеркальной камере или зеркальной камере. Пиксели, найденные в датчиках полнокадровых камер, могут достигать 8,4 микрон, поэтому они, как правило, намного лучше для съемки при слабом освещении, чем смартфон, особенно когда вы внимательно изучаете изображение.
Google Pixel 4 (Изображение предоставлено в будущем).
Проблема, с которой сталкиваются смартфоны, заключается в том, что физический размер их сенсора обязательно мал, поскольку его необходимо размещать в относительно небольшом устройстве. За прошедшие годы размеры сенсоров внутри смартфонов несколько увеличились, но вы никогда не собираетесь втиснуть сенсор размером с DSLR в тонкий смартфон.
Это означает, что у вас есть проблема с попыткой втиснуть множество пикселей в небольшую область. Маленькие пиксели — плохая новость для съемки при слабом освещении, но, в равной степени, уменьшение количества пикселей означает, что вы не получите эти прекрасные четкие изображения при хорошем освещении. Есть несколько способов обойти это с аппаратной точки зрения, но у всех есть свои компромиссы.
Вы можете уменьшить количество пикселей на датчике, чтобы обеспечить максимальный размер каждого пикселя. Но тогда вы получите изображения с довольно низким разрешением. Вы можете увеличить количество пикселей, но также увеличить размер сенсора. Это невозможно физически, не делая смартфоны еще больше или шире.
Хотя некоторые современные смартфоны довольно массивны, если они тоже станут толще, то вряд ли они будут столь популярны. Наконец, вы можете использовать большое количество пикселей на небольшом датчике, надеясь, что большинство пользователей будут снимать в основном при хорошем освещении..
В качестве альтернативы, компромисс, который пытается получить лучшее из всех миров, — это процесс, известный как биннинг пикселей. Но как это работает?
Какое значение имеет размер каждого пикселя в камере смартфона
В физическом смысле каждый пиксель из матрицы в камере вашего мобильного устройства представляет собой специальный фотоэлемент, который предназначен для улавливания света во время нажатия на кнопку спуска. Размер подобных объектов измеряется в микронах — миллионных частях метра или микрометрах. Еще пару лет назад производители не умели делать пиксели размером меньше микрона. Тем не менее, до сегодняшнего дня на рынке появились, в том числе, и подобные варианты. Сейчас пиксели меньше одного микрона считаются маленькими, а больше микрона — большими.
К примеру, в матрице основной камеры iPhone 12 Pro Max на 12 Мп Apple увеличила размер пикселя с 1,4 микрона, что ранее считалось более чем, до еще большего значения — 1,7 микрона. Для сравнения, в матрице основной камеры Samsung Galaxy S21 Ultra на 108 Мп размер каждого пикселя составляет всего 0,8 микрона. Тем не менее, в последнем случае предусмотрено использование технологии пиксельного биннинга — подробнее о ней дальше по тексту. Корейский флагман может делать снимки с разрешением 12 Мп, объединяя девять маленьких пикселей (три по ширине и три по высоте) в один большой с размером 2,4 микрона.
Размер пикселя влияет на количество света, который он может поглощать во время создания снимка. Это особенно критично, когда речь заходит про фотографии в помещении или в условиях недостаточного освещения на улице: ранним утром, вечером или ночью. По логике, чем больше каждый пиксель, тем лучше. Тем не менее, камеры смартфонов крайне ограничены в максимальных габаритах, и их дальнейшее увеличение невозможно. Получается, что дробить матрицу скромных размеров на огромное число небольших пикселей — глупость, но это не так. В данном случае в игру как раз и вступает пиксельный биннинг.
Убывающая отдача?
В конце концов, если у нас есть 64-мегапиксельная камера с суперкрошечными 0,5-микронными пикселями, то снимок с разбиением пикселей будет фактически эквивалентом 16-мегапиксельного изображения с одним микронным пикселем. Таким образом, производитель приложит все усилия, чтобы получить результаты, аналогичные селфи-камере OnePlus 6T или основной камере LG G7. Почему бы просто не использовать 12-мегапиксельный сенсор, аналогичный сериям Google Pixel или Samsung Galaxy S10?
Одна из возможностей заключается в том, что эти камеры сверхвысокого разрешения могут объединять данные с еще большего количества пикселей, чтобы повысить производительность при слабом освещении. Но неясно, возможно ли это сейчас с помощью объединения пикселей. Тем не менее, Nokia 808 PureView использовал так называемый метод передискретизации для объединения данных с 14 пикселей для получения более чистого 3-мегапиксельного снимка. И если 3MP – это слишком низкое разрешение на ваш вкус, тогда камера также способна объединять данные из восьми пикселей для лучшего снимка 5MP (или данные из пяти пикселей для снимка 8MP).
Какие перспективы могут быть у технологии пиксельного биннинга
Схематическое отображение разных принципов построения матрицы камеры и ее будущее в комбинации подходов
Для начала пора смириться, что разрешение камеры давно превратилось в условный показатель, который не говорит о качестве съемки ровным счетом ничего. Производители матриц меняют принцип их работы, чтобы получить из их небольшого размера возможный максимум. В дальнейшем можно прогнозировать объединение двух подходов. К увеличению количества неполноценных точек с возможностью пиксельного биннинга прибавится и технология использования большего количества фотодиодов. На фоне роста производительности гаджетов это может дать интересный результат.
В последние годы, когда речь в какой-нибудь статье, видео или презентации заходила о возможностях камеры очередного смартфона, вы наверняка не раз слышали или видели такие термины, как пиксельный биннинг, бинаризация или технология объединения пикселей. Как вы уже поняли, все это одна технология, но что она из себя представляет и зачем вообще нужна, мы постараемся разобраться в этом материале.
Читайте также: