Pixel Binning چیست؟

Pixel binning به فرآیند ترکیب مقادیر بازخوانی پیکسل‌های مجاور در یک تصویر پس از ثبت تصویر اشاره دارد. Binning با جمع کردن بارهای الکتریکی جمع‌آوری‌شده توسط پیکسل‌های هم‌رنگ و خواندن آن‌ها به عنوان یک پیکسل شبیه‌سازی شده کار می‌کند. در شرایط نور کم، این حساسیت دوربین و روشنایی تصویر را بهبود می‌بخشد. با این حال، جنبه منفی به همان اندازه آشکار است: هنگامی که پیکسل ها ادغام می شوند، وضوح تصویر به طور قابل توجهی کاهش می یابد، و این مبادله{4}} تا حد زیادی اجتناب ناپذیر است.

"از دست دادن جزئیات" -خاموش است

فناوری‌های اصلی باینینگ پیکسل امروزی شامل ادغام پیکسل‌های 4 در 1، 9 در 1 و حتی 16 در 1 است. در میان آنها، 4-in-1 pixel binning پرکاربردترین راه حل است.

در اصل، binning پیکسل هنوز هم به شدت به پردازش محاسباتی متکی است. از طریق بازسازی الگوریتمی، چهار یا چند پیکسل مجاور را به یک "پیکسل مجازی" بزرگتر ترکیب می کند. از نظر تئوری، این پیکسل بزرگتر مانند یک پیکسل با اندازه معمولی-با فاصله استاندارد رفتار می کند، که حساسیت نور را بهبود می بخشد و نویز تصویر را کاهش می دهد.

با استفاده از راه حل نسبتاً ساده 4 در 1 به عنوان مثال، این فناوری همچنین به عنوان شناخته شده استکواد بایر.

فناوری Quad Bayer

در یک چرخه نوردهی واحد، فناوری Quad Bayer مدت زمان نوردهی هر واحد حساس به نور را در همان منطقه کنترل می‌کند و دو نوردهی براکتی را در پیکربندی L+L+S+S امکان‌پذیر می‌کند. در عمل، این بدان معناست که عملکردی شبیه HDR{4}} را می‌توان در سطح سنسور CMOS به دست آورد.

آرایه فیلتر رنگی Quad Bayer سونی برای اولین بار در بازار ظاهر شدهواوی پی 20 پرو، منتشر شده در 27 مارس 2018.

در مقایسه با آرایه سنتی Bayer، ساختار آرایه Quad Bayer کاملاً متفاوت است. هنگامی که چهار پیکسل در یک "پیکسل مجازی" بزرگتر ترکیب می شوند، این پیکسل های بزرگتر به طور موثر الگوی یک آرایه معمولی بایر را بازسازی می کنند. پس از ادغام پیکسل ها، وضوح تصویر تقریباً 75٪ کاهش می یابد. به عنوان مثال، یک سنسور 48 مگاپیکسلی به طور موثر یک تصویر 12 مگاپیکسلی را پس از باینینگ 4 در 1 خروجی می‌دهد.

راه دیگر برای درک Quad Bayer این است که اساساً هر پیکسل سنتی Bayer را به چهار واحد کوچکتر تقسیم می کند و امکان ضبط و پردازش نور دقیق تر را فراهم می کند.

بایر سنتی در مقابل کواد بایر

یک آرایه معمولی بایر شامل موارد زیر است:

• 50% پیکسل سبز
• 25% پیکسل قرمز
• 25% پیکسل آبی

هنگامی که Quad Bayer بدون تنظیم پیکسل در شرایط نوری معمولی کار می‌کند، الگوریتم‌های بازسازی پیشرفته همچنان می‌توانند به نمونه‌برداری کامل-رنگی معادل آرایه سنتی Bayer در همان ناحیه حسگر دست یابند:

• 50 درصد سبز
• 25 درصد قرمز
• 25 درصد آبی

چرا Pixel Binning در گوشی های هوشمند محبوب شد؟

Pixel binning در درجه اول یک فناوری تصویربرداری گوشی هوشمند است. ویژگی هایی مانند خروجی مستقیم تصویر، پردازش HDR و عکاسی محاسباتی از مزایای عمده گوشی های هوشمند نسبت به دوربین های سنتی هستند.

در شرایط نوری مناسب، حالت‌های Quad Bayer می‌توانند وضوح موثر را تا حدی بهبود بخشند. با این حال، در مقایسه با آرایه های معمولی بایر، بهبود در محدوده دینامیکی اغلب قابل توجه تر است.

در واقع، باینینگ پیکسلی، تکنیک‌های سنتی پردازش پست{0}}مانند انباشتن نوردهی را به مرحله ثبت تصویر منتقل می‌کند. در محیط‌های کم نور، برای جبران کمبود نور، وضوح تصویر را قربانی می‌کند.

اگرچه نمی‌تواند هم‌زمان-رزولوشن بالا و هم محدوده دینامیکی فوق‌العاده{1} بالا را به حداکثر برساند، باینینگ پیکسل نشان‌دهنده سازش عملی است که توسط سازندگان حسگر گوشی‌های هوشمند در محدودیت‌های اندازه فیزیکی ثابت سنسورهای CMOS انجام شده است.

Pixel Binning در مقابل Pixel Shift

ممکن است بسیاری از مردم قبل از یادگیری در مورد binning پیکسل، فناوری تصویربرداری دیگری به نام آن را شنیده باشندPixel Shift.

Pixel Shift با حرکت سنسور تصویر با دقت کمتر{0} پیکسل بین نوردهی ها کار می کند. این به هر موقعیت پیکسل اجازه می دهد تا اطلاعات رنگی RGB کامل را بگیرد و بر محدودیت های ناشی از آرایش فیلتر رنگی Bayer غلبه کند.

Pixel binning و pixel shift مفاهیم اساسی متفاوتی هستند.

Pixel Shift جزئیات کلی تصویر و نسبت سیگنال به-را از طریق نمونه برداری بیش از حد بهبود می بخشد و تضمین می کند که هر پیکسل حاوی اطلاعات RGB کامل است.

از سوی دیگر، Pixel binning، چندین پیکسل را با هم ادغام می‌کند تا حساسیت به نور و عملکرد نور کم- را بهبود بخشد، که معمولاً به قیمت وضوح تصویر تمام می‌شود.

رویکردهای مختلف در تصویربرداری موبایل

برخی از تولیدکنندگان با حفظ رزولوشن سنسور بین 10 مگاپیکسل و 20 مگاپیکسل به جای دنبال کردن شدیداً تعداد مگاپیکسل های فوق{2}بالا، جهت متفاوتی را انتخاب کرده اند.

به عنوان مثال، گوگل و اپل سال ها به سنسورهای 12 مگاپیکسلی CMOS متکی بودند. اپل یک حسگر 12 مگاپیکسلی را از iPhone 6s تا سری iPhone 13 حفظ کرده است، در حالی که فناوری‌های عکاسی محاسباتی Google و Pixel Shift{5}}به ایجاد برخی از قوی‌ترین سیستم‌های تلفن هوشمند تک دوربینی در صنعت، مانند Google Pixel 3 کمک کردند.

از قضا، سازندگانی که به‌شدت تعداد مگاپیکسل‌های{0}بالا یا حسگرهای بسیار بزرگ را به بازار عرضه نمی‌کردند، اغلب کسانی بودند که عکاسی از گوشی‌های هوشمند را به ارتفاعات جدیدی سوق دادند.