Что такое объединение пикселей и как оно может помочь при съемке со смартфона?

Pixel binning простыми словами

Хотя это далеко не новая технология, вы, возможно, слышали термин «биннинг пикселей», который все чаще появляется в отношении ряда недавно анонсированных смартфонов, таких как Samsung Galaxy S21 Ultra, и задавались вопросом, что это значит. Вы можете быть особенно обеспокоены тем, что это означает для качества изображений вашего смартфона. 

Во-первых, нам, вероятно, нужно быстро напомнить, что такое пиксель. Проще говоря, пиксель, сокращение от «элемент изображения», — это наименьшая единица цифрового изображения, которую часто можно увидеть в виде маленьких точек, которые видны, когда вы внимательно смотрите на экран.

Слово «пиксель» также часто используется для описания отдельных улавливающих свет полостей на сенсорах камеры, хотя технически они называются «фотосайтами». Однако для простоты в этом объяснении «бинирования пикселей» мы также будем использовать «пиксель» для их описания. 

Чем больше пиксели сенсора (или фотосайты), тем больше их способность собирать свет. Но вам также нужно много пикселей, если вы хотите точно отобразить детали. Также стоит сказать, что не все пиксели создаются одинаково — размер фотосайта называется его «шагом пикселя», и измеряется он в микронах. Чем больше число, тем оно больше. 

Пиксели камеры смартфона, как правило, варьируются от довольно маленьких (0,8 микрон) до довольно больших (1,8 микрон). Но они все еще бледнеют по сравнению с теми, что есть на беззеркальной камере или DSLR. Пиксели, обнаруженные в сенсорах полнокадровых камер, могут достигать 8,4 микрона, поэтому они, как правило, намного лучше подходят для съемки при слабом освещении, чем может собрать смартфон, особенно если вы внимательно изучаете изображение.

Проблема смартфонов заключается в том, что физический размер их датчика обязательно мал, поскольку его необходимо разместить в относительно небольшом устройстве. С годами размеры датчиков внутри смартфонов несколько увеличились, но вы никогда не сможете втиснуть датчик размером с зеркальную камеру в тонкий смартфон.

Это означает, что у вас есть проблема с попыткой втиснуть много 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 этих прекрасных четких изображений при хорошем освещении. Есть несколько способов обойти это с аппаратной точки зрения, но все они имеют компромиссы. 

Вы можете уменьшить количество пикселей на датчике, чтобы каждый пиксель был как можно больше. Но тогда вы получите изображения с довольно низким разрешением. Вы можете увеличить количество пикселей, но также увеличить размер сенсора. Это физически невозможно без увеличения или ширины смартфонов. 

Хотя некоторые из современных смартфонов довольно массивны, если они также станут толще, маловероятно, что они станут такими же популярными. Наконец, вы можете использовать большое количество пикселей на маленьком сенсоре, надеясь, что большинство пользователей будут в основном снимать при хорошем освещении. 

В качестве альтернативы, компромисс, который пытается получить лучшее из всех миров, — это процесс, известный как объединение пикселей. Но как это работает?

Что такое биннинг пикселей?

Если вы погуглите эту тему, вы найдете множество разнообразных (и чрезмерно сложных) описаний того, как именно работает объединение пикселей, а также множество дискуссий о преимуществах или недостатках этого.

Простое или понятное объяснение состоит в том, что данные как минимум из четырех пикселей объединяются в один. Это приводит к созданию «суперпикселей», которые лучше собирают и обрабатывают свет в сцене. Недостатком является то, что ваше эффективное разрешение делится на четыре части при выводе снимка, поэтому, если у вас есть 12-мегапиксельный сенсор, использующий объединение пикселей, у вас останется 3-мегапиксельный снимок. 

Вот почему в последнее время на рынке появилось несколько датчиков с высоким разрешением — 108-мегапиксельный датчик, который использует объединение пикселей для объединения девяти пикселей в один, как в Samsung Galaxy S21 Ultra, даст вам гораздо более полезный 12-мегапиксельный финальный снимок.

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 объединения пикселей.

В некоторых случаях телефон позволит вам выбирать между различными настройками для этого — или он сам решит за вас в зависимости от среды. Например, Samsung анонсировала 200-мегапиксельный датчик ChameleonCell. Эта технология позволяет комбинировать либо четыре пикселя для 50-мегапиксельного снимка (с размером пикселя 1,28 микрона), либо 16 пикселей для 12,5-мегапиксельного снимка с размером пикселя 2,56 микрона. Или вы можете использовать полные 200 мегапикселей, так что у вас есть много возможностей.

Вы можете подумать — и никто не будет вас винить — зачем связывать пиксели по 108 или 200 мегапикселей, почему бы не использовать более крупные пиксели для 12-мегапиксельного сенсора, если большие пиксели лучше? Что ж, здесь есть два ответа. Первый, по сути, сводится к маркетингу и в первую очередь к тому, чтобы вы купили телефон. Человеческая природа диктует, что вас больше впечатлит 108-мегапиксельный сенсор, чем 12-мегапиксельный, даже если результаты будут лучше при меньшем разрешении. 

Но также есть что сказать о том, что у вас есть возможность снимать с разрешением 108 МП и использовать все эти дополнительные детали, когда позволяет более яркий свет — в конце концов, вероятно, это правда, что многие из нас делают много снимков на открытом воздухе (например, как в отпуске). 

Объединение пикселей — единственное решение?

Биннинг пикселей используется не всеми производителями. Например, Apple и Google используют относительно «скромные» 12-мегапиксельные датчики в своих устройствах, склоняясь к тому, чтобы полагаться на вычислительную фотографию для повышения производительности при слабом освещении.

Наличие огромного количества деталей также, возможно, совершенно не нужно, если единственное место, где вы когда-либо будете смотреть на свои изображения, — это экран вашего телефона.

Существуют также способы решения проблемы слабого освещения, которые зависят от того, как вы используете камеру смартфона и ее программное обеспечение, в отличие от аппаратного решения, которое обеспечивает объединение пикселей. Несколько телефонов имеют «ночные режимы», которые снимают серию коротких выдержек и объединяют их вместе, чтобы создать видимость пропускания большего количества света. Вы также можете использовать настоящие длинные выдержки, если у вас есть штатив или устойчивая поверхность под рукой.

Итак, каков же вывод — объединение пикселей — это всего лишь 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 состоит из обоих вариантов. Объединение пикселей — хорошее решение, если вы хотите обеспечить наилучшую детализацию в хороших условиях освещения, а также иметь возможность создавать высококачественные снимки при слабом освещении. Это хороший компромисс, который позволяет вашему смартфону использовать преимущества различных съемочных ситуаций, в которых вы можете оказаться. 

Тем не менее, не стоит автоматически отталкиваться от смартфонов с датчиками с более низким разрешением, поскольку они также могут создавать отличные изображения с использованием различных методов, таких как искусственный интеллект или программные настройки.