Quora
Τα Megapixel δεν έχουν να κάνουν μόνο με την ανάλυση
Πριν από πέντε χρόνια, οι κάμερες των smartphone ήταν πολύ διαφορετικές. Το 2017, τα Pixel 2 , Galaxy Note8 και iPhone 8 είχαν όλα αισθητήρες 12 (ish) megapixel που τροφοδοτούσαν τις πίσω κάμερές τους.
Σήμερα: τα iPhone εξακολουθούν να έχουν κάμερες 12 megapixel (προς το παρόν), αλλά τόσο τα Pixel 6 όσο και τα Huawei P50 και Galaxy S22 και S22+ έχουν κύριους αισθητήρες 50 megapixel.Τα Xiaomi 11 και 12 οπως το S22 Ultra διαθέτουν shooter 108 megapixel. Έχουμε ακούσει ακόμη και η Motorola έχει σχέδια για ένα τηλέφωνο με κάμερα 200 megapixel .
Ο αριθμός των Megapixel στις καλύτερες κάμερες τηλεφώνων Android έχει αυξηθεί σε εκατοντάδες, αλλά αν έχετε χρησιμοποιήσει κάποια από αυτές τις κάμερες υψηλών megapixel, μπορεί να έχετε παρατηρήσει ότι στην πραγματικότητα δεν βγάζουν εικόνες 50 ή 108 megapixel από προεπιλογή. το Pixel 6 δεν έχει καν την επιλογή αποθήκευσης λήψεων πλήρους ανάλυσης. Πού πηγαίνουν λοιπόν όλα αυτά τα pixel;
Αυτό είναι ένα φαινόμενο γνωστό ως «binning». Στην επεξεργασία δεδομένων, το binning είναι μια διαδικασία που, με λίγα λόγια, ταξινομεί τα σημεία δεδομένων σε ομάδες (ή «bins»). Ειδικά στην ψηφιακή φωτογραφία, τα σημεία δεδομένων που δεσμεύονται είναι μεμονωμένα pixel. Ανάλογα με την πλήρη ανάλυση του αισθητήρα στην κάμερα του τηλεφώνου σας, τα εικονοστοιχεία τοποθετούνται σε ομάδες των τεσσάρων ή των εννέα ( «tetra-binning» ή «nona-binning», αντίστοιχα). Το Galaxy S22 Ultra, αποθηκεύει ομάδες των εννέα εικονοστοιχείων, χρησιμοποιώντας τον αισθητήρα 108 megapixel για τη λήψη εικόνων 12 megapixel (τα μαθηματικά ελέγχους: 108 ÷ 9 = 12). Τα Pixel 6 και 6 Pro , εν τω μεταξύ, κάθε κάδος θέτει τέσσερα pixel για να δημιουργήσει 12.
4 binning pixel σε διάταξη Quad Bayer
Αλλά γιατί; Η απάντηση οφείλεται σε μεγάλο βαθμό σε δύο πράγματα: την ευαισθησία στο φως και τους περιορισμούς χώρου.
Στις επιφάνειές τους, οι αισθητήρες κάμερας έχουν χιλιάδες και χιλιάδες pixel – διακριτές μονάδες που ανιχνεύουν το φως. Καθώς αυξάνεται η ανάλυση των καμερών smartphone, αυξάνεται και ο αριθμός των pixel στις επιφάνειες αυτών των αισθητήρων. Ωστόσο, ενώ η συγκέντρωση περισσότερων pixel στην ίδια φυσική περιοχή κάνει την κάμερα του τηλεφώνου σας πιο ικανή να βλέπει λεπτές λεπτομέρειες, ταυτόχρονα περιορίζει το πόσο καλά μπορεί να λειτουργήσει αυτή η κάμερα σε ρυθμίσεις φωτεινότητας.
«Τα μικρά pixel δεν μπορούν να συλλάβουν τόσο πολύ φως», εξηγεί ο Heape. «Είναι βασική φυσική». Και τα σύγχρονα εικονοστοιχεία smartphone είναι μικρά. Δεν είναι ασυνήθιστο να βλέπουμε μεγέθη εικονοστοιχείων γύρω στο 1 μm — ένα μόνο μικρόμετρο (ή μικρόμετρο). Για να το θέσουμε αυτό στο πλαίσιο, ένα μέσο σκέλος ανθρώπινης τρίχας έχει πάχος περίπου 80 μm. Το μέγεθος των εικονοστοιχείων έχει σημασία γιατί όσο μικρότερο είναι ένα εικονοστοιχείο, τόσο λιγότερη επιφάνεια έχει για να συλλέξει το εισερχόμενο φως. Αν όλα τα άλλα είναι ίσα, ένας αισθητήρας με εικονοστοιχεία 0,8 μm θα τραβήξει μια πιο αμυδρή εικόνα από έναν αισθητήρα με εικονοστοιχεία 1,2 μm.
Υπάρχουν μερικά πράγματα που μπορούν να κάνουν οι κατασκευαστές για να το καταπολεμήσουν. Πολλές κάμερες smartphone συνδυάζουν πληροφορίες από πολλαπλά καρέ, χρησιμοποιώντας λογισμικό για να δημιουργήσουν μια ενιαία εικόνα που περιέχει στην πραγματικότητα δεδομένα από πολλές φωτογραφίες. Υπάρχει επίσης η επιλογή χρήσης ενός φυσικά μεγαλύτερου αισθητήρα, επιτρέποντας σε κάθε pixel μεγαλύτερη επιφάνεια για να συλλέγει φως. Η Google χρησιμοποίησε έναν συγκριτικά τεράστιο αισθητήρα 1/1,31″ για την κύρια κάμερα της σειράς Pixel 6, ο οποίος της παρείχε σχετικά μεγάλα pixel και υψηλό αριθμό megapixel. Αλλά αυτή η προσέγγιση απαιτεί να αφιερώσετε περισσότερο εσωτερικό χώρο στο υλικό της κάμερας, πράγμα που σημαίνει ότι θα καταλήξετε με είτε λιγότερο χώρο για άλλα εξαρτήματα – όπως η μπαταρία – είτε ένα μοναδικό χτύπημα κάμερας, όπως αυτό στα πιο πρόσφατα τηλέφωνα Pixel.
Τα μικρά pixel δεν μπορούν να συλλάβουν τόσο πολύ φως. Είναι βασική φυσική.Η binning εικονοστοιχείων, από την άλλη πλευρά, συνδυάζει γειτονικά pixel για να δημιουργήσει τεχνητά μεγάλα «superpixel» που είναι πιο ευαίσθητα στο φως από ό, τι τα συστατικά τους pixel από μόνα τους.
Στις περισσότερες ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, κάθε εικονοστοιχείο σε έναν αισθητήρα εικόνας φιλτράρει το φως για να συλλέξει μόνο ορισμένα μήκη κύματος — σε γενικές γραμμές, το 25 τοις εκατό των εικονοστοιχείων είναι συντονισμένα στο κόκκινο φως, το 25 τοις εκατό είναι συντονισμένα στο μπλε φως και το 50 τοις εκατό είναι συντονισμένα στο πράσινο φως ( το πράσινο αποκτά επιπλέον αναπαράσταση επειδή το ανθρώπινο μάτι είναι πιο ευαίσθητο στο πράσινο φως από ό,τι σε άλλα χρώματα). Όταν ένα τηλέφωνο τοποθετεί εικονοστοιχεία, ο επεξεργαστής σήματος εικόνας του (ISP) υπολογίζει κατά μέσο όρο την είσοδο από σετ τεσσάρων (ή εννέα, στην περίπτωση μη-binning) γειτονικών εικονοστοιχείων ομοειδούς χρώματος για τη δημιουργία δεδομένων εικόνας. Το αποτέλεσμα, λέει ο Heape, είναι ένας συμβιβασμός: «Η ανάλυση μειώνεται, η ευαισθησία στο φως αυξάνεται».
Δεν μπορείτε να αναπαράγετε την απόδοση χαμηλού φωτισμού φυσικώς μεγάλων pixel συνδυάζοντας μικρότερα pixel. «Η απόσταση μεταξύ τους δεν είναι απείρως μικρή», επομένως η δέσμευση εικονοστοιχείων μπορεί να προκαλέσει επιπλέον τεχνουργήματα. Οι αποστάσεις μεταξύ των εικονοστοιχείων είναι μικροσκοπικές και το λογισμικό έχει γίνει πολύ καλό στην πλήρωση μικροσκοπικών κενών δεδομένων που εισάγονται από τεχνικές όπως το binning pixel.
Nona-binning
Επειδή το binning pixel μπορεί να καλύψει σε μεγάλο βαθμό τις ελλείψεις χαμηλού φωτισμού που ενυπάρχουν στους αισθητήρες με μικρά pixel, σημαίνει επίσης ότι οι δυνατότητες που εξαρτώνται από αναλύσεις υψηλών megapixel δεν χρειάζεται να είναι αποκλειστικά για τηλέφωνα με φυσικούς τεράστιους αισθητήρες κάμερας. Το S22 Ultra, για παράδειγμα, υποστηρίζει εγγραφή βίντεο 8K — κάτι που είναι φυσικά αδύνατο σε έναν πιο παραδοσιακό αισθητήρα κάμερας 12 megapixel. Όλα αυτά τα megapixel είναι επίσης ιδανικά για διάτρηση χωρίς τη χρήση αποκλειστικού τηλεφακού, όπως εξηγεί ο Heape: «Σε επαρκείς συνθήκες φωτισμού, οι δυνατότητες υψηλής ανάλυσης του αισθητήρα μπορούν να αξιοποιηθούν για την επίτευξη ψηφιακού ζουμ εξαιρετικής ποιότητας». Αλλά επειδή το S22 Ultra είναι επίσης σε θέση να τοποθετεί ομάδες εννέα pixel μαζί για να βγάζει φωτογραφίες 12 megapixel, η απόδοσή του σε χαμηλό φωτισμό είναι πολύ καλύτερη από αυτήν που έχετε.
Με λίγα λόγια, το binning pixel είναι μια δημιουργική λύση για τους φυσικούς περιορισμούς που επιβάλλονται από τη διαρκώς αυξανόμενη μέτρηση megapixel σε αισθητήρες που πρέπει να παραμείνουν μικροσκοπικοί για να χωρούν στα τηλέφωνά μας. Μας βοηθά να λαμβάνουμε οπτικά ακριβείς φωτογραφίες σε φωτισμό που διαφορετικά θα απαιτούσαν υψηλούς χρόνους έκθεσης που προκαλούν θόρυβο ή μεγάλους χρόνους έκθεσης που προκαλούν θόρυβο.
🆂🅼🅰🆁🆃🅿🅷🅾🅽🅴🅶🆁🅴🅴🅲🅴 