Что такое пиксельный биннинг в мобильной фотографии? Как это работает?

Современные смартфоны оснащены мощными системами камер, и многое остается за кадром, чтобы ваши фотографии выглядели красиво. Одной из таких вещей является биннинг пикселей.

Вы, должно быть, видели, как Samsung использует такие термины, как «нона-биннинг» или «адаптивный пиксель» в своем маркетинге, говоря о биннинге пикселей, утверждая, что это улучшает производительность при слабом освещении. Но так ли это на самом деле? Давайте узнаем, что такое объединение пикселей, для чего оно используется и как оно работает.

Почему камеры смартфонов используют биннинг пикселей

Прежде чем узнать, что такое объединение пикселей и как оно работает, вы должны сначала узнать, почему оно существует. Смартфоны сталкиваются с большой проблемой, когда дело доходит до камер: ограничения по размеру. Сенсор камеры — это, по сути, пластина из миллионов пикселей, которые улавливают окружающий свет. Таким образом, чем больше пикселей, тем больше света они могут захватить, чтобы получить лучшее изображение.

Когда мы говорим «пиксель» в этом контексте, мы имеем в виду не пиксели на дисплее, которые излучают свет, а фотосайты на датчике камеры, которые улавливают свет. Затем этот свет преобразуется и используется для создания изображения, которое вы видите на экране.

Теперь вот проблема: если мы продолжим добавлять больше пикселей, нам также придется увеличивать размер сенсора, чтобы они поместились. Это сложно, потому что модуль камеры в телефоне — это всего лишь одна часть его корпуса; вам также необходимо установить аккумулятор, материнскую плату, динамик и множество датчиков, которые есть в смартфоне.

Чтобы обойти это ограничение, технологические компании придумали умный обходной путь. Вместо того, чтобы сделать датчик абсурдно большим, они уменьшили сами пиксели, помещая больше пикселей в заданное пространство, чтобы увеличить максимальное теоретическое разрешение изображения.

Для справки: 12-мегапиксельный датчик на iPhone 13 имеет размер пикселя 1,9 мкм (микрометр), но такой же размер пикселя составляет 1,22 мкм на 48-мегапиксельном датчике iPhone 14 Pro. А 108-мегапиксельный датчик Galaxy S22 Ultra имеет размер пикселей всего 0,8 мкм — один из самых маленьких, которые мы видели.

Что такое пиксельный биннинг? Как это работает?

Объединение пикселей — это метод обработки изображений, при котором четыре или более соседних пикселя в датчике камеры объединяются для формирования суперпикселя (или «тетрапикселя» или «ненапикселя», как его называет Samsung), который содержит сумму или среднее значение всех пикселей в нем. .

Обратите внимание, что пиксели физически не перемещаются и не трансформируются друг в друга на аппаратном уровне; это просто их фотонные данные, которые объединяются с помощью программного обеспечения для имитации большего пикселя.

Давайте разберемся в этом на примере с iPhone 14 Pro Max и Galaxy S22 Ultra. IPhone 14 Pro Max выполняет объединение пикселей 4-в-1 (массив 2×2), чтобы снизить разрешение изображения с родных 48MP до 12MP. Точно так же S22 Ultra выполняет объединение пикселей 9-в-1 (массив 3×3) и снижает разрешение со 108MP до 12MP.

Такое понижение разрешения позволяет вашему телефону быстрее обрабатывать фотографии, поэтому вы можете просмотреть снимок сразу после нажатия на него. Напротив, съемка в полном разрешении создает чрезмерную нагрузку и требует гораздо больше времени для обработки.

Также помните, что мегапиксели и мегабайты — это не одно и то же. Мегапиксели относятся к количеству пикселей, присутствующих на датчике (фиксированная единица), а мегабайты относятся к размеру файла изображения (переменная единица), который зависит от того, сколько информации содержится в вашем снимке.

Например, Galaxy A53 имеет 64-мегапиксельную камеру и выполняет объединение пикселей 4-в-1 для получения 16-мегапиксельных снимков. По умолчанию он делает снимки с разрешением 4624 x 3468, что в сумме составляет 16 036 032 пикселей или просто 16 мегапикселей (один мегапиксель равен одному миллиону пикселей). Если вы переключитесь в режим полного разрешения, вы получите снимки с разрешением 9248 x 6936, что в сумме составляет 64 144 128 пикселей или 64 МП.

Биннинг пикселей не гарантирует более качественные фотографии

Вот кое-что, что может быть трудно проглотить: объединение пикселей — это решение фальшивой проблемы. Вся идея биннинга пикселей заключается в том, что он позволяет размещать больше, но меньших пикселей, вместо меньшего, но большего размера пикселей на сенсоре камеры. В этом нет необходимости, поскольку отдельный пиксель большего размера всегда захватывает больше необработанного света.

Для сравнения, суперпиксель того же размера, несущий фотонные данные нескольких меньших пикселей, должен угадать, как должен выглядеть окончательный снимок, и это не всегда хорошо работает. Вот почему фотографии с телефонов Samsung иногда выглядят чрезмерно обработанными, в то время как фотографии с iPhone выглядят более естественными и последовательными.

Технологические компании любят хвастаться тем, сколько мегапикселей имеет их новый датчик камеры, и из-за этого средний пользователь смартфона пришел к выводу, что большее количество мегапикселей означает лучшее качество изображения. Это не так. Качество изображения больше определяется размером самого сенсора, а не количеством пикселей на нем.

Количество мегапикселей определяет максимальное разрешение изображения, в котором ваш телефон может снимать. Единственное практическое преимущество этого заключается в том, что вы можете масштабировать и обрезать свои фотографии без размытия. Количество мегапикселей ничего не говорит вам о науке о цвете, балансе белого, динамическом диапазоне или чем-то подобном.

Предполагаемые преимущества объединения пикселей являются результатом не самой техники, а мощных алгоритмов обработки изображений и набора микросхем в вашем телефоне. Именно последний выполняет тяжелую работу, делая ваши снимки более яркими, менее зернистыми и более яркими.

Причина, по которой фотография с низким разрешением, разделенная на пиксели, иногда может выглядеть лучше, чем фотография с полным разрешением, заключается в том, что применять алгоритмы изображения сложнее на больших фотографиях, поскольку они требуют большей вычислительной мощности. Меньшее фото может быть обработано сразу.

Биннинг пикселей — это обходной путь, а не функция

Цель биннинга пикселей, в конечном счете, состоит в том, чтобы позволить поднять максимальное теоретическое разрешение изображения, которое может снимать камера смартфона, при этом понизив его настолько, чтобы ваш телефон мог быстро обрабатывать ваши фотографии для повседневного использования.

Разрешение изображения имеет значение, потому что вы, очевидно, хотите увеличить свои фотографии, не теряя деталей, но такие числа, как 108MP, откровенно не нужны.

Лучший способ убедиться, что телефон, который вы хотите купить, имеет хорошую систему камер, — это просто проверить образцы камер и посмотреть обзоры. Не зацикливайтесь слишком на технических деталях; если вам нравится то, что вы видите, эта камера для вас.