pixel binning یا ادغام پیکسل چیست؟

صنعت گوشی‌های هوشمند همچنان درحال یک جنگ تمام‌ عیار برای ارائه یک دوربین برتر با حضور بیشترین پیکسل‌ها، با رقبای خود هستند. از دوربین‌های 2 مگاپیکسل ماکرو و تشخیص عمق حالا رسیده‌ایم به دوربین‌های 108 مگاپیکسلی بر روی گوشی‌های هوشمندی همچون Galaxy S22 Ultra …

به زودی، سنسور دوربین 200 مگاپیکسلی سامسونگ، شرایط را تا یک مرحله جلو می‌برد. اما قلب تپنده‌ی جادوی مگاپیکسل‌ها چیزی نیست جز تکنولوژی “پیکسل باینینگ” که کلید موفقیت دوربین‌هاست. با این حال، همه‌ی پیکسل باینینگ‌ها مثل هم نیستند. به عنوان مثال، سامسونگ در مدل Galaxy S22 از متد “tetra” با ادغام پیکسل 4 در 1 و در مدل Galaxy S22 Ultra از متد “nona” با ادغام پیکسل 9 در 1 استفاده می‌کند.

چرا پیکسل باینینگ ضروریست و چه کاری انجام می‌دهد؟

پیکسل باینینگ به پیکسل‌های مجاور اجازه می‌دهد تا به عنوان یک پیکسل بزرگ فعالیت کنند تا بتوانند داده‌های بیشتری را برای انتقال تصاویر روشن‌تر، با دقت رنگی بیشتر و نویز کمتر جمع‌آوری کند.

سنسور دوربین گوشی شما بخشی است که تمام اطلاعات نوری، توسط لنز به آن داده می شود و داده‌ها را جمع آوری و پردازش می‌کند. همانند سلول‌های یک گیاه، پیکسل‌ها نور را به خود جذب کرده و سپس تبدیل به سیگنال می‌کنند تا بتوانند تصویری را که ما روی صفحه گوشی خود می‌بینیم تولید کنند. هرچه تعداد پیکسل‌ها بیشتر باشد، کیفیت تصویر، جزئیات و وضوح تصویر افزایش پیدا می‌کند. با این حال، هر چه به تعداد پیکسل‌ها اضافه کنیم، اندازه‌ی سنسور هم باید برای تطبیق پیکسل‌ها افزایش یابد. تبدیل 10مگاپیکسل به 200مگاپیکسل باعث افزایش 20 برابری سنسور دوربین می‌شود. اما به دلیل فضای محدود قابل دسترس در داخل گوشی هوشمند برای قرار دادن سنسورهای تصویر، این افزایش نمی‌تواند رخ دهد. برای حل این مشکل، سایز پیکسل‌ها کم شده تا بدون افزایش اندازه سنسور، فضا برای قرارگیری بیشتر المان‌های حساس به نور بر روی صفحه سنسور بیشتر شود.

با این حال، هر چه اندازه‌‌ی پیکسل‎‌ها کاهش داده شود، قدرت آنها برای جذب نور کمتر خواهد شد و در نتیجه باعث کاهش رنگ و شفافیت تصویر خواهد شد. اینجاست که تکنولوژی پیکسل باینینگ همانند یک ناجی با الگوریتم بزرگ سازی پیکسل‌ها از طریق ادغام آنها، پیکسل‌ها را قادر به جذب بیشتر نور می‌کند. وقتی این اتفاق می‌افتد شما تصاویر جذاب‌تری را مشاهده خواهید کرد.

مزایای ادغام پیکسل به راحتی قابل مشاهده است

با این الگوریتم، یک پیکسل بزرگ برای جذب نور بیشتر ساخته می‌شود. این ویژگی به خصوص در محیط‌های کم نور خودنمایی می‌کند، جایی که حسگر دوربین به جمع‌آوری هر چه بیشتر نور نیازمند است. در متد ادغام پیکسلی “tetra” بر روی حسگر دوربین Galaxy S22، موقعی که چهار پیکسل مجاور و هم رنگ با هم ادغام می‌شوند، حساسیت نوری آنها چهار برابر افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه، عکس‌های تولید شده شفاف‌تر با وضوح تصویری بیشتر و کنتراست عالی‌تری هستند.

اما مزایای ادغام پیکسلی به عکسبرداری در محیط‌های کم نور محدود نمی‌شود. در حقیقت، این تکنولوژی خروجی را تا حد HDR بالا می‌برد. هنگام عکسبرداری از سوژه‌هایی با کنتراست بالا، وجود پیکسل باینینگ باعث جذابیت بیشتر تصاویر می‌شود.

هر گروه پیکسلی (بر اساس رنگشان) سطح متفاوتی از حساسیت به نور و زمان‌دهی نوری دارد. بدین معنا که هر گروه پیکسلی اطلاعات نوری را به صورت بخش‌بندی شده و با دقت بالاتری جمع‎آوری می‌کند.

در نتیجه، وقتی پردازش HDR، بر روی داده‌های نوری جمع‌آوری شده توسط هر آرایه‌ی پیکسلی اجرا می‌شود؛ تصاویر، با کیفیت و با دقت رنگی بالا و رنج داینامیکی ارتقا یافته به نظر می‌رسند.

رنج پیکسل باینینگ بستگی به تعداد پیکسل‌ها دارد. به عنوان مثال، یک دوربین 48مگاپیکسلی، چهار پیکسل را در قالب یک پیکسل بزرگ برای تولید یک تصویر 12مگاپیکسل ادغام می‌کند. حسگرهای دوربین با 50 و 64 میلیون پیکسل، تصاویری با کیفیت 12.5 و 16مگاپیکسل تولید می‌کنند. در بازار گوشی‌های سامسونگ، در رابطه با تعریف این پروسه با نام “tetracell” مواجه خواهید شد.

پیکسل‌ها به صورت فیزیکی ترکیب نشده و یا حرکت نمی‌کنند. درعوض، این موضوع به شکل نرم‌افزاری با استفاده از الگوریتم remosaic انجام می‌شود.

وظیفه‌ی “tetracell” گروه‌بندی پیکسل‌ها در کنار هم بر اساس فیلتر رنگی یکسان با آرایه‌ی پیکسلی 2در2 و ادغام آنها به یک پیکسل RGB بزرگتر برای جذب نور بیشتر است.

در تکنولوژی  “Nonacell” به جای ادغام 4در1، 9 پیکسل مجاور هم با یکدیگر ترکیب شده  و یک پیکسل واحد را ایجاد می‌کنند. این تکنولوژی ادغام کننده، با آرایه‌ی پیکسلی 3در3 یک پیکسل بزرگتر در ابعاد 2.4 میکرون ایجاد می‌کند. با انجام این کار، رزولوشن  از 108مگاپیکسل به 12مگاپیکسل افت می‌کند اما تصاویر با وضوح رنگی بهتر و شفاف‌تری ظاهر می‌شوند.

همانطور که اشاره شد، پیکسل‌های کوچکتر، برای جذب نور رقابت می‌کنند، از این رو جزئیاتی در تصاویر از بین می‌رود.

به لطف وجود پیکسل‌های بزرگتر، سنسور دوربین گلکسی S22 داده‌ی نوری بیشتری را به خود جذب می‌کند. در نتیجه، شما می‌توانید شاهد جزئیات بیشتری در تصاویر باشید.

آینده‌ی  Pixel Binningدر گوشی‌های هوشمند

با توجه به آینده‌ی نامتناهی جنگ پیکسل‌ها، انقلاب بعدی در سنسور دوربین 200مگاپیکسلی خواهد بود. شایعه شده است که کمپانی موتورولا اولین قدم برای ارائه‌ی یک گوشی هوشمند با چنین سخت‌افزار قدرتمندی را خواهد برداشت.

در چنین شرایطی، الگوریتم “remosaic” بیش از 16 پیکسل را در غالب یک پیکسل واحد با هم ادغام می‌کند.

با توجه به شرایط نوری، پروسه پیکسل باینینگ 4در4 هایبریدی را ارائه می‌کند که در دو مرحله اتفاق می‌افتد. در مرحله نخست، حسگر دوربین، یک ادغام 4در1 انجام می‌دهد که شامل یک آرایه 2در2 از پیکسل‌های 0.64میکرونی می‌باشد.

این اتفاق باعث ایجاد یک پیکسل فوق بزرگ به اندازه 1.28میکرون می‌شود که باعث تولید تصاویری با کیفیت 50مگاپیکسل می‌شود. سپس، حسگر یک بار دیگر ادغام 4در1 را انجام می‌دهد که اینبار شامل آرایه 2در2 از پیکسل‌های 1.28میکرونی می‌باشد، که باعث تولید پیکسل‌های فوق بزرگی با اندازه 2.56 میکرون می‌شود. در پایان این فرآیند، رزولوشن تصاویر به 12.5 مگاپیکسل می‌رسد.

منبع: digitaltrends