Pixel Binning и что об этом нужно знать

Мы с Вами живём в микро-эпохе развития мобильной фотографии: уже сейчас без труда можно наблюдать, как мобильные устройства преображаются по части фотографии лишь с установкой "другого" приложения камеры (и это приложение, разумеется, — Google Камера). Android-устройства разных ценовых категорий сейчас делают снимки уровня не слишком старых флагманских фотоаппаратов, которые стоят значительно больше. И это возможно лишь благодаря "нужным" алгоритмам обработки фото.

Понятие "Pixel Binning" появилось не так давно, но не вызвало особого ажиотажа, поэтому и слышали о нём немногие. А зря.

Чтобы уловить суть, необходимо понимать, что из себя представляют пиксели (pixelsites, photosites etc.) — физические элементы на сенсоре камеры, которые захватывают свет во время фотосъемки.

Размер пикселя обычно измеряется в микронах (мк, µ) — миллионных долях метра, при этом все, что равно или меньше одного микрона, считается маленьким. Камеры iPhone XS Max, Google Pixel 3 и Galaxy S10 предлагают большие 1,4µ пиксели, в то время как пиксели полноценных фотоаппаратов в разы больше этого значения.

Конечно же, всем нужны большие пиксели, т.к. чем больше их размер, тем больше света они могут собрать, а свет — основная составляющая хорошего снимка. Но, с технической точки зрения, использовать большие пиксели нецелесообразно в смартфонах (достаточно сравнить модуль камеры смартфона и матрицу "зеркалки" по размеру). Поэтому по части детализации мобильным камерам трудно угнаться за фотоаппаратами.

Альтернатива увеличению пикселей — использование большего их количества (т. е. датчика с более высоким разрешением), но тогда придется либо увеличить размер датчика (при этом камера будет сильно выпирать из корпуса смартфона), либо уменьшить пиксели еще больше, что отрицательно скажется на возможностях камеры при слабой освещенности. И тут в игру вступает Pixel Binning.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Pixel Binning — процесс, который "видит" данные из четырех пикселей, объединенных в один. Таким образом, сенсор камеры с крошечными 0,9µ пикселями будет давать результаты, эквивалентные 1,8µ пикселям.

Самым большим недостатком этого метода является то, что разрешение снимка эффективно делится на четыре. Таким образом, снимок в двоичном режиме на 48-мегапиксельной камере на самом деле составляет 12 мегапикселей, а снимок в двоичном режиме на 16-мегапиксельной камере составляет всего 4 мегапикселя.

Как правило, Pixel Binning становится возможным благодаря использованию на сенсорах камеры четырехугольного фильтра Байера. Фильтр Байера — это цветной фильтр, используемый во всех датчиках цифровых камер, захватывающий изображение красного, зеленого и синего цветов.

Ваш стандартный фильтр Байера состоит из 50-процентных зеленых фильтров, 25-процентных красных фильтров и 25-процентных синих фильтров. По данным фотоматериала Cambridge in Color, это устройство предназначено для имитации человеческого глаза, чувствительного к зеленому свету. Как только изображение захватывается, оно интерполируется и обрабатывается для получения окончательного, полноцветного изображения.

Но четырехугольный фильтр Байера группирует эти цвета в кластеры по четыре, а затем использует программную обработку преобразования массива, чтобы включить пиксельное объединение. Расположение кластеров обеспечивает дополнительную информацию в процессе преобразования массива, что лучше, чем простая интерполяция/масштабирование до 48MP.

Применив фильтр с четырьмя "байеровскими фильтрами" и пакетное преобразование пикселей, Вы получаете преимущество в виде снимков сверхвысокого разрешения в дневное время и снимков с пониженным разрешением в ночное время. И эти ночные снимки должны быть ярче и обеспечивать более низкий уровень шума по сравнению с снимком в полном разрешении.

ПРИМЕНЕНИЕ

Если у производителя смартфонов есть устройство с 32-мегапиксельной, 40-мегапиксельной или 48-мегапиксельной камерой, то эта функция почти гарантированно применяется. Известные устройства в этом отношении включают серии Xiaomi Redmi Note 7, Xiaomi Mi 9, Honor View 20, Huawei Nova 4, Vivo V15 Pro и ZTE Blade V10.

Но также есть устройства с камерами более низкого разрешения, предлагающими варианты Pixel Binning, такие как LG G7 ThinQ и V30s ThinQ. Они предлагают режим Super Bright на 16-мегапиксельных камерах и используют Pixel Binning, чтобы получить более яркие 4-мегапиксельные снимки.

Не трудно догадаться, что наилучший результат будет достигнут при наиболее высоком разрешении модуля камеры. По слухам, смартфоны с 64-мегапиксельными и 100-мегапиксельными модулями могут появиться уже в этом году, что в действительности, с применением Pixel Binning, оставит нам от 16 до 25 мегапикселей.

Даже если камеры со сверхвысоким разрешением не будут реализованы в ближайшее время, нынешние кадры с 40-мегапиксельной и 48-мегапиксельной датчиками уже показывают впечатляющие результаты при использовании Pixel Binning.

Таким образом, благодаря постоянно улучшающимся возможностям мобильных камер, таким как ночные режимы, улучшенное масштабирование и интеллектуальные возможности искусственного интеллекта, у Вас есть большой потенциал для более качественных фотографий на смартфонах, которыми Вы, кстати, можете делиться на @GoogleCameraShots.

Подготовлено на основе материалов AndroidAuthority, патента Google и по идее Alex T.

Подписывайтесь на Gemify и узнавайте много интересного :)