Pixel binning refererer til processen med at kombinere udlæsningsværdierne for tilstødende pixels på tværs af et billede efter billedoptagelse. Binning fungerer ved at lægge de elektriske ladninger, der er indsamlet af nabopixel af samme farve sammen, og læse dem ud som en enkelt simuleret pixel. Under dårlige-lysforhold forbedrer dette kameraets følsomhed og billedlysstyrke. Ulempen er dog lige så indlysende: Når pixels er slået sammen, reduceres billedopløsningen betydeligt, og denne afvejning er stort set uundgåelig.
"Detaljetab"-afvejningen-
Dagens almindelige pixel-binning-teknologier inkluderer 4-i-1, 9-i-1 og endda 16-i-1 pixelfusion. Blandt dem er 4-i-1 pixel binning den mest udbredte løsning.
I bund og grund er pixel binning stadig meget afhængig af beregningsmæssig behandling. Den kombinerer fire eller flere nabopixel til en større "virtuel pixel" gennem algoritmisk rekonstruktion. Teoretisk set opfører denne større pixel sig som en normal-pixel med standardafstand, hvilket forbedrer lysfølsomheden og reducerer billedstøj.
Ved at bruge den relativt ligetil 4-i-1 løsning som eksempel, er denne teknologi også kendt somQuad Bayer.
Quad Bayer teknologi
Inden for en enkelt eksponeringscyklus kontrollerer Quad Bayer-teknologien eksponeringsvarigheden af hver lysfølsom enhed i det samme område, hvilket muliggør to parenteseksponeringer i en L+L+S+S-konfiguration. I praksis betyder det, at HDR-lignende funktionalitet allerede kan opnås på CMOS-sensorniveau.
Sonys Quad Bayer farvefilter-array dukkede først op kommercielt iHuawei P20 Pro, udgivet den 27. marts 2018.
Sammenlignet med det traditionelle Bayer-array er strukturen af Quad Bayer-arrayet helt anderledes. Når fire pixels kombineres til en større "virtuel pixel", genskaber disse større pixels effektivt mønsteret af et konventionelt Bayer-array. Efter pixelfletning reduceres billedopløsningen med cirka 75 %. For eksempel udsender en 48 MP-sensor effektivt et 12 MP-billede efter 4-i-1 binning.
En anden måde at forstå Quad Bayer på er, at den i det væsentlige opdeler hver traditionelle Bayer-pixel i fire mindre enheder, hvilket giver mulighed for mere raffineret lysindfangning og -behandling.
Traditionel Bayer vs Quad Bayer
Et konventionelt Bayer-array består af:
- 50 % grønne pixels
- 25 % røde pixels
- 25 % blå pixels
Når Quad Bayer fungerer uden pixel binning under normale lysforhold, kan avancerede rekonstruktionsalgoritmer stadig opnå fuld-farveprøvetagning svarende til en traditionel Bayer-array inden for det samme sensorområde:
- 50% grøn
- 25% rød
- 25% blå
Hvorfor Pixel Binning blev populær i smartphones
Pixel binning er primært en smartphone-billedteknologi. Funktioner såsom direkte billedoutput, HDR-behandling og computerfotografering er store fordele, smartphones har i forhold til traditionelle kameraer.
Under passende lysforhold kan Quad Bayer-tilstande faktisk forbedre den effektive opløsning til en vis grad. Sammenlignet med konventionelle Bayer-arrays er forbedringen i dynamisk rækkevidde dog ofte mere mærkbar.
I virkeligheden flytter pixelbinning traditionelle efter-behandlingsteknikker, såsom eksponeringsstabling, ind i selve billedoptagelsesstadiet. I miljøer med lavt-lys ofrer det opløsning for at kompensere for utilstrækkeligt lysindtag.
Selvom det ikke samtidig kan maksimere både ultra-høj opløsning og ultra-højt dynamisk område, repræsenterer pixel binning et praktisk kompromis, som fabrikanter af smartphonesensorer indgår inden for de faste fysiske størrelsesbegrænsninger for CMOS-sensorer.
Pixel Binning vs Pixel Shift
Før de lærte om pixel binning, har mange mennesker måske hørt om en anden billedteknologi kaldetPixel Shift.
Pixel Shift fungerer ved at flytte billedsensoren med sub-pixelpræcision mellem eksponeringer. Dette gør det muligt for hver pixelposition at fange komplet RGB-farveinformation, og overvinde begrænsningerne forårsaget af Bayers farvefilterarrangement.
Pixel binning og pixel shift er fundamentalt forskellige begreber.
Pixel Shift forbedrer overordnede billeddetaljer og signal-til-støjforhold gennem oversampling, hvilket sikrer, at hver pixel indeholder fuld RGB-information.
Pixel-binning på den anden side fletter flere pixels sammen for at forbedre lysfølsomheden og ydeevnen med lavt-lys, normalt på bekostning af billedopløsning.
Forskellige tilgange inden for mobil billedbehandling
Nogle producenter har valgt en anden retning ved at holde sensoropløsninger mellem 10 MP og 20 MP i stedet for aggressivt at forfølge ultra-høje megapixeltal.
For eksempel stolede både Google og Apple på 12MP CMOS-sensorer i mange år. Apple bibeholdt en 12 MP-sensor fra iPhone 6s gennem iPhone 13-serien, mens Googles computerfotografering og Pixel Shift-lignende teknologier hjalp med at skabe nogle af de stærkeste enkeltkamera-smartphonesystemer i branchen, såsom Google Pixel 3.
Ironisk nok var det producenter, der ikke i høj grad markedsførte ultra-høje megapixeltal eller ekstremt store sensorer, ofte dem, der skubbede smartphonefotografering til nye højder.
