Samsung S21 Ultra использует пиксельный биннинг: улучшаем фотографии

Мегапиксели раньше были намного проще: большее число означало, что ваша камера могла запечатлеть больше деталей фотографии, пока сцена была достаточно освещена. Но технология под названием pixel binning, которая сейчас распространяется на флагманские смартфоны, меняет старые правила фотографии к лучшему. Короче говоря, pixel binning дает вам камеру, которая предлагает много деталей, когда она яркая, но не становится бесполезной, когда она тусклая. Однако необходимые аппаратные изменения приносят некоторые компромиссы и интересные детали, поэтому мы рассмотрим их поближе.

Pixel binning появился в 2018 году и широко распространился в 2020 году с такими моделями, как Samsung Galaxy S20 Ultra, Xiaomi Mi 10 и Mi 10 Pro, а также Huawei P40 Pro и Pro+. Pixel binning остается в этом году с Samsung Galaxy S21 Ultra. Топовая модель от крупнейшего производителя Android-смартфонов имеет 108-мегапиксельный сенсор на своей основной камере.

Что такое пиксельный биннинг?

Пиксельный биннинг - это технология, предназначенная для того, чтобы сделать датчик изображения более адаптируемым к различным условиям. На современных новых телефонах это включает в себя изменения в датчике изображения, который в первую очередь собирает свет. В алгоритмах обработки изображений, которые преобразуют необработанные данные датчика в фотографию или видео. Биннинг пикселей объединяет данные из групп пикселей на датчике, чтобы создать, по сути, меньшее количество более качественных пикселей.

Samsung S21 Ultra пиксельный биннинг

Когда есть много света, вы можете снимать фотографии с истинным разрешением датчика изображения-108 мегапикселей в случае Galaxy S20 Ultra и S21 Ultra. Но когда он тускнеет, pixel binning позволяет телефону делать хорошую, но более низкую фотографию, которая для телефонов Samsung по-прежнему является полезным 12-мегапиксельным разрешением, которое преобладает на смартфонах уже несколько лет.

"Мы хотели дать гибкость, имея большое количество пикселей, а также большой размер пикселей", - сказал Ян Хуан, который курирует продукты LG в США.

Является ли пиксельный биннинг обычным трюком?

Нет, ну, в основном нет. Это позволяет производителям телефонов хвастаться мегапикселями, которые превышают то, что вы увидите даже на зеркальных камерах и других профессиональных камерах. Это немного глупо, но пиксельный биннинг может принести некоторые истинные преимущества, если вы хотите получить максимальную отдачу от камеры вашего смартфона.

Как работает биннинг пикселей?

Чтобы лучше понять биннинг пикселей, вы должны знать, как выглядит датчик изображения цифровой камеры. Это кремниевый чип с сеткой из миллионов пикселей (технически называемых фотоситами), которые улавливают свет, проходящий через объектив камеры. Каждый пиксель регистрирует только один цвет: красный, зеленый или синий. Но цвета расположены в шахматном порядке в специальном шахматном порядке, называемом шаблоном Байера, который позволяет цифровой камере реконструировать все три значения цвета для каждого пикселя, что является ключевым шагом в создании JPEG, которым вы хотите поделиться в Instagram.

Биннинг пикселей объединяет данные из нескольких маленьких пикселей на датчике изображения в один большой виртуальный пиксель. Это действительно полезно для ситуаций с низким освещением, когда большие пиксели лучше справляются с шумом изображения.

Эта технология обычно объединяет четыре реальных пикселя в один виртуальный пиксельный "бункер"." Но Samsung S21 Ultra объединяет группу реальных пикселей 3x3 в один виртуальный пиксель, подход, который корейская компания называет nona binning.

Когда на улице светло и вам не нужно беспокоиться о шуме, камера может сделать снимок без биннинга, используя вместо этого полное разрешение датчика изображения. Это полезно для печати больших фотографий или обрезки в интересующей области.

Когда следует использовать высокое разрешение, а когда - пиксельный биннинг?

Большинство людей будут довольны снимками с более низким разрешением, и именно это по умолчанию рекомендуют мои коллеги Джессика Долкорт и Патрик Холланд после тестирования новых телефонов Samsung Galaxy.

Самая большая причина использования pixel binning - это лучшая производительность при низкой освещенности, но она также позволяет избежать чудовищных размеров файлов изображений с полным разрешением, которые могут поглотить хранилище вашего телефона и онлайн-сервисы, такие как Google Photos. Например, примерный снимок, сделанный моей коллегой Лекси Саввидес, составлял 3,6 МБ при 12 мегапикселях с биннингом пикселей и 24 Мб при 108 мегапикселях без него.

Группа пикселей 3х3 для создания биннинга пикселей

Любители фотографий с большей вероятностью захотят использовать полное разрешение, когда оно яркое. Это может помочь вам идентифицировать отдаленных птиц или сделать более драматичные фотографии природы отдаленных объектов. А если вы любите печатать большие фотографии (да, некоторые люди все еще делают отпечатки), то большее количество мегапикселей имеет значение.

Делает ли 108-мегапиксельная Samsung Galaxy S21 Ultra лучшие фотографии, чем 61-мегапиксельная профессиональная камера Sony A7r IV?
- Серьезно? Нет. Размер каждого пикселя на датчике изображения также имеет значение, наряду с другими факторами, такими как линзы и обработка изображений. Есть причина, по которой Sony A7r IV стоит 3500 долларов и делает только фотографии, в то время как S21 Ultra стоит 1200 долларов, а также может запускать тысячи приложений и совершать телефонные звонки.

Пиксели датчика изображения - это квадраты, ширина которых измеряется в миллионных долях метра, или микронах. Человеческий волос имеет около 100 микрон в поперечнике. На Galaxy S20 Ultra 2020 года каждый пиксель имеет ширину 0,8 микрона. При биннинге Samsung 3x3 виртуальный пиксель имеет диаметр 2,4 микрона. На Sony A7r IV пиксель имеет 3,8 Микрона в поперечнике. Это означает, что Sony может собирать в 2,5 раза больше света на пиксель, чем S20 Ultra с 12-мегапиксельным режимом биннинга и в 22 раза больше, чем в 108-мегапиксельном режиме полного разрешения-значительное улучшение качества изображения.

Однако телефоны сокращают разрыв в качестве изображения, особенно с помощью вычислительной технологии фотографии, такой как объединение нескольких кадров в один кадр. А датчики изображения в смартфонах становятся все больше и больше, чтобы улучшить качество.

Почему пиксельный биннинг вдруг стал популярным?

Потому что миниатюризация сделала возможными все более мелкие пиксели. "То, что привело к биннингу, - это новая тенденция субмикронных пикселей", - сказал Деванг Патель, старший менеджер по маркетингу Omnivision, ведущего производителя датчиков изображения. Наличие большого количества этих пикселей позволяет производителям телефонов-отчаянно стремящимся сделать телефон в этом году выдающимся-хвастаться большим количеством мегапиксельных рейтингов и 8-килограммовым видео. Биннинг позволяет им похвастаться этим, не жертвуя чувствительностью к низкой освещенности.

Нужны ли телефонам специальные датчики для биннинга пикселей?

Основной датчик такой же, но изменение прикрепленного к нему элемента, называемого матрицей цветовых фильтров, изменяет то, как датчик собирает красный, зеленый и синий свет. Обычные шахматные доски Bayer pattern чередуют цвета для каждого соседнего пикселя. Но при биннинге пикселей датчики распределяют одноцветные пиксели на группы 2х2, 3х3 или 4х4. (Биннинг пикселей возможен и без этих групп, но он требует дополнительной обработки, и Патель сказал, что качество изображения несколько страдает.)

Каково будущее пиксельного биннинга?

Возможны несколько вариантов развития событий. Более 4x4 пиксельный биннинг может побудить производителей телефонов перенести разрешение сенсоров далеко за пределы 108 мегапикселей. Менее мощные телефоны тоже получат биннинг.

Другой вариант - это лучший HDR, или высокий динамический диапазон, фотография, которая захватывает лучший диапазон ярких и темных данных изображения. Небольшие датчики телефона борются за захват широкого динамического диапазона, поэтому такие компании, как Google и Apple, объединяют несколько снимков для вычислительного создания HDR-фотографий.

Но биннинг пикселей означает новую гибкость на уровне пикселей. В группе 2x2 вы можете выделить два пикселя для регулярной экспозиции, один-для более темной экспозиции, чтобы захватить блики, такие как яркое небо, и один-для более яркой экспозиции, чтобы захватить теневые детали.

Компания также ожидает улучшения автофокуса. Сегодня каждый пиксель имеет свои собственные микролинзы, предназначенные для сбора большего количества света. Но вы также можете поместить по одному микролинзу на каждую группу 2x2, 3x3 или 4x4. Каждый пиксель под одним и тем же микролинзом получает немного различное представление сцены в зависимости от ее положения, и эта разница позволяет цифровой камере вычислять фокусное расстояние. Это должно помочь вашей камере держать объекты фотографии в резком фокусе.

Комментарии ()

    Автор
    Email