Разбираемся, что такое пиксельная бинаризация и как она влияет на качество современной мобильной фотосъемки
Пиксельная бинаризация – это характеристика, которая все чаще появляется в обсуждениях, касающихся возможностей камер современных смартфонов и планшетов . Давайте разберемся в этом вопросе.
Что такое пиксели.
Мы уже привыкли, что этим понятием обозначается количество точек на экранах компьютерной техники и мобильных устройств. В случае с фототехникой этот термин имеет немного другое значение.
Пиксель в цифровой фото и видеокамере – это наименьший физический элемент в структуре сенсора, который отвечает за захват света при съемке.
Для качества снимков решающим является не количество пикселей матрицы, а их размер. Так, камера смартфона и профессиональная зеркальная камера могут иметь равное количество сенсорных пикселей. Но у зеркальной камеры площадь каждого пикселя в разы больше. Следовательно, на такой увеличенный элемент попадает и фиксируется больше света. А это в свою очередь улучшает качество изображения: увеличивается четкость снимка, нейтрализуются шумы, зерна и помехи. Особую актуальность размер пикселя приобретает во время вечерней и ночной съемки, когда естественного освещения катастрофически не хватает.
Влияет размер пикселей и на динамический диапазон съемки. В отличие от человеческого глаза, фотокамеры воспринимают ограниченный спектр яркости. Поэтому в одном кадре очень сложно достоверно отобразить ярко освещенные объекты и элементы, попавшие в тень. Увеличенные пиксели позволяют зафиксировать максимум деталей изображения независимо от яркости освещения участка кадра.
Измеряются размеры пикселей в миллионных долях сантиметра – микронах (мкм). В фотокамерах бюджетных смартфонов размер пикселей меньше 1 микрона. У Galaxy S10 пиксель камеры составляет 1,4 мкм, у iPhone 12 Pro Max – 1,7 мкм.
Что такое пиксельная бинаризация.
Главная цель производителей современных смартфонов – улучшение качества снимков. Ведь телефон уже давно перестал быть средством связи. И разрешение камеры, четкость и естественность снимков – это первые параметры, на которые обращают внимание покупатели.
У производителей смартфонов есть два пути улучшения качества мобильной съемки:
- Увеличение размеров пикселей. Но такой способ приведет к утолщению телефона. Уже сейчас у некоторых моделей смартфонов блок камеры заметно возвышается над уровнем корпуса и компенсируется чехлом.
- Увеличение пикселей с пропорциональным уменьшением их количества. В этом случае страдает разрешение снимков – те самые желанные мегапиксели, что в условиях конкуренции недопустимо.
Для решения проблемы придуман альтернативный вариант – бинаризация.
Бинаризация – это техническое решение, объединяющее 4 соседних субпикселя в один. Таким образом, если камера смартфона оснащена пикселями с размером стороны 0,8 микрон, то технология бинаризации позволяет получить снимок, соответствующий по качеству камере с матрицей на базе пикселей с размером стороны 1,6 мкм. Площадь светочувствительной поверхности соответственно увеличивается в 4 раза.
Обратной стороной технологии становится очевидное уменьшение разрешения таких матриц ровно в 4 раза. То есть, если камера смартфона имеет разрешение 48 Мп, то при использовании бинаризации мы получаем снимок на 12 Мп.
При этом в настройках камеры смартфона все еще остаются 48 Мп, которыми можно воспользоваться. Но такую съемку лучше проводить на хорошо освещенных объектах, чтоб избежать шумов и помех.
Техническая реализация бинаризации.
Для объединения четырех пикселей в один используются светофильтры Байера. Это система цветных фильтров, которыми покрывают сенсоры цифровых камер.
Фильтр Байера установлен на каждом фотодиоде матрицы камеры. Он представляет собой кластер, состоящий из синих, красных и зеленых участков в соотношении 1:1:2. Такая конфигурация имитирует естественные способности цветовосприятия зрения человека, наиболее чувствительного к зеленым оттенкам.
После выполнения снимка изображение интерполируется и подвергается программной обработке. В результате владелец смартфона получает качественное полноцветное фото с достойной четкостью и высокой детализацией.
Для чего нужна бинаризация.
В последние годы разрешение камер смартфонов растет с невероятной скоростью. Уже никого не удивить 48 и 64 мегапикселями. А линейка смартфонов Samsung Galaxy предлагает пользователям рекордные 108 Мп.
Если Вы не планируете печатать баннеры и постеры размером в несколько метров, то такие разрешения в общем-то и не нужны в обычной жизни.
Но помимо размера, разрешение снимка определяет и его качество. И именно технология бинаризации дает нам возможность выполнять четкие и чистые снимки в условиях недостаточной освещенности, пусть и с потерей разрешения. Так в смартфоне Galaxy S20 Ultra производителем предусмотрена бинаризация с соотношением 9:1. В ночном режиме этот смартфон выполняет качественный снимок с достаточным для пользовательских целей разрешением 12 Мп.
Если ваш смартфон укомплектован основной камерой с разрешением от 32 Мп и выше, можете не сомневаться, в наличии технологии бинаризации.
Исключением стала лишь продукция Apple и Google, которые традиционно пошли своим путем. В Apple сделали ставки на собственные аппаратные модули и программное обеспечение, используемое исключительно на собственной платформе. Google воспользовался возможностью задействовать нейросети и искусственный интеллект их ЦОД. Решения Google в сфере качественной фотографии доступны для всех мобильных устройств, работающих на базе ОС Android.
