پیکسل باینینگ (ادغام پیکسل ها) عبارتی است که شاید بسیاری از شم درباره مشخصات فنی دوربین گوشی‌های هوشمند به کرات شنیده باشید. اگرچه اسم این قابلیت به خوبی معرف آن نیست، اما باید گفت که فناوری Pixel Binning سبب می شود در هنگام نیاز، کیفیت تصویر خروجی دوربین موجود در گوشی های هوشمند به میزان قابل توجهی بهبود پیدا کند. در این مطلب قصد داریم به معرفی و بررسی ترکیب کردن پیکسل ها بپردازیم.

اهمیت فناوری ترکیب پیکسل‌ ها

برای پی بردن به مفهوم پیکسل باینینگ و نحوه عملکرد آن، باید بدانیم که پیکسل ها چه هستند و در عمل چه کاری انجام می دهند. پیکسل ها یک سری المان فیزیکی در حسگر دوربین های عکاسی هستند که در هنگام ثبت تصاویر و ویدیوها، نور را در خود ذخیره می کنند.

ابعاد پیکسل ها معمولاً در واحد میکرون (یک میلیون ام متر) گزارش می شود. به عنوان مثال دوربین گوشی های آیفون XS Max، گوگل پیکسل 3 و گلکسی اس 10، همگی پیکسل هایی بزرگ و در اندازه 1.4 میکرون دارند.

شاید در وهله اول به نظر برسد هرچه ابعاد پیکسل ها بزرگ تر باشد، دوربین ظرفیت بهتری برای ذخیره سازی نور دارد و می تواند در موقعیت های تاریک عملکرد بهتری را از خود نشان دهد. اما باید گفت بزرگ‌تر کردن ابعاد پیکسل‌ها موجب افزایش ابعاد حسگرهای دوربین شده و فرآیند طراحی دستگاهی که بتوان ماژول دوربین و سنسور را در آن جای داد سخت‌تر و یا غیر ممکن خواهد کرد.

به همین دلیل تا جای ممکن این حسگرها را کوچک طراحی می کنند؛ تا امکان قرار دادن آن ها در فریم کوچک این دستگاه ها امکان پذیر باشد. این کار همچنین سبب می شود که از ایجاد برآمدگی در سطح دوربین گوشی های هوشمند نیز جلوگیری شود.

به این ترتیب باید گفت که انتخاب اندازه کوچک برای پیکسل ها، به در اختیار داشتن یک حسگر دوربین کوچک و جمع و جور مبدل خواهد شد؛ مگر اینکه به جای کاهش اندازه، در حسگرها از تعداد پیکسل های کمتری استفاده شود. این موضوع نیز سبب می شود که وضوح این حسگرها کاهش پیدا کند و امکان دریافت خروجی مناسب از آن ها امکان پذیر نباشد.

دوربین گوشی با قابلیت پیکسل باینینگ

شرکت های تولید کننده حسگرهای دوربین در دنیا همیشه علاقه مند هستند تعداد پیکسل های موجود در محصولات خود را افزایش دهند تا آن ها دارای وضوح بهتری باشند. از سوی دیگر افزایش تعداد پیکسل ها نیز می تواند با اهمیت باشد؛ چرا که سبب می شود میزان نورگیری این سنسورها افزایش پیدا کند و در نتیجه در موقعیت های تاریک با عملکرد بهتری از آن ها روبرو شویم.

در همین رابطه بخوانید:

- چگونه در محیط های تاریک بهتر عکاسی کنیم؛ پنج نکته کاربردی

به نظر می رسد تنها چالش بر سر راه دست یابی همزمان به وضوح و میزان نورگیری بالا، فراهم کردن یک فضای مناسب برای قرارگیری این سنسورها و همچنین سازگاری گوشی های هوشمند با برآمدگی احتمالی حاصل از آن ها است.

اگرچه با ادغام پیکسل ها به منظور افزایش تعداد آن ها نیز می توان عملکرد دوربین گوشی های هوشمند در موقعیت های تاریک را بهبود بخشید، اما پیکسل باینینگ می تواند در این بخش به عنوان یک راهکار جدید و ارزشمند معرفی شود.

فناوری Pixel Binning

اگر حیاط یک خانه را به منزله یک سنسور دوربین در نظر بگیرم، می توان پیکسل ها را به عنوان سطل هایی معرفی کرد که برای جمع آوری قطرات آب در هنگام بارندگی در سرتاسر سطح آن قرار گرفته اند. در این مثال، قطرات آب به عنوان پرتوهای نور در نظر گرفته شده اند.

می توان به منظور جمع آوری این قطرات، به جای قراردادن انبوهی از سطل های کوچک، از سطل های بزرگ تری بهره گرفت که اگرچه به دلیل محدودیت فضا، تعداد کمتری دارند اما قادر هستند با بازدهی بیشتری کار جمع آوری را صورت دهند؛ چرا که در این حالت می توانند فضای بیشتری از حیاط را بپوشانند.

فناوری Pixel Binning نیز قادر است با عملکردی مشابه، در صورت نیاز این سطل های کوچک را با یکدیگر ترکیب کند تا پس از ایجاد سطل های بزرگ تر، کار جمع آوری قطرات آب با بازدهی بهتری صورت بگیرد. به بیان دیگر پیکسل باینینگ قابلیتی است که می تواند در صورت نیاز به جمع آوری نور بیشتر از محیط، چند پیکسل کوچک را برای ایجاد یک پیکسل بزرگ  با یکدیگر ترکیب کند.

 افزایش کیفیت تصویر و جزئیات با ترکیب کردن پیکسل ها

 افزایش کیفیت تصویر و جزئیات با فرآیند تجمیع پیکسل‌ها 

این قابلیت در حال حاضر معمولاً برای ترکیب چهار پیکسل با یکدیگر مورد استفاده قرار می گیرد؛ به این معنی که اگر از پیکسل های در ابعاد 0.9 میکرون در حسگر دوربین ها استفاده شود، پس از پیاده سازی این تکنیک، شاهد دسترسی به پیکسل های 1.8 میکرونی خواهیم بود که با عملکرد بهتری می تواند به جمع آوری نور محیط بپردازد.

فناوری Pixel Binning به زبان ساده

مهم ترین نقص ادغام پیکسل ها، کاهش قابل توجه وضوح (رزولوشن) حسگرهای عکس برداری است. با توجه به اینکه پس از پیاده سازی این قابلیت تعداد پیکسل ها به یک  چهارم کاهش پیدا می کند، طبق انتظار به همین میزان از وضوح حسگر نیز کاسته می شود.

به عنوان مثال پس از فعال شدن فناوری ترکیب کردن پیکسل ها، وضوح یک سنسور 48 مگاپیکسلی به 12 مگاپیکسل تقلیل پیدا می کند؛ یا یک حسگر 16 مگاپیکسلی در هنگام استفاده از این قابلیت تنها قادر خواهد بود تصاویر را با وضوح 4 مگاپیکسل به ثبت برساند.

نمونه عکس ثبت شده با تکنولوژی Pixel Binning

تصویر بالا با استفاده از گوشی Honor View 20 به ثبت رسیده است که از یک حسگر 48 مگاپیکسلی بهره می برد. فعال بودن قابلیت پیکسل باینینگ در هنگام ثبت این تصویر موجب شده است که وضوح آن در خروجی، 12 مگاپیکسل باشد.

اما چگونه گوشی های هوشمند و سنسورهای دوربین قادر هستند نسبت به ترکیب پیکسل ها، برای دست یابی به یک پیکسل بزرگ تر اقدام کنند؟ فناوری Pixel Binning به لطف استفاده از یک فیلتر چهارگانهِ Bayer در سنسورهای دوربین قابل اجرا است.

در همین رابطه بخوانید:

- دوربین گوشی یا دوربین حرفه ای DSLR

Bayer، یک فیلتر رنگی است که در همه سنسورهای دوربین دیجیتال به کار گرفته می شود. این فیلتر بر روی پیکسل ها سوار می شود و اجازه می دهد که تصاویر بتوانند در رنگ های قرمز، سبز و آبی به ثبت برسند. نیمی از یک فیلترِ Bayer استاندارد از فیلترهای سبز رنگ تشکیل شده است  و 50 درصد باقیمانده نیز به طور مساوی توسط فیلترهای قرمز و آبی پوشانده می شود.

در این ساختار که به صورت قراردادی مورد پذیرش شرکت های تولید کننده این فیلتر قرار گرفته، به این دلیل میزان استفاده از فیلترهای سبز رنگ بیشتر است که چشم انسان عموماً حساسیت بیشتری به آن دارد و نسبت به دیگر رنگ ها، آن را بیشتر حس می کند. هنگامی که با استفاده از این فیلتر تصاویر به ثبت می رسند، به گونه ای پردازش می شوند تا یک تصویر رنگی کامل را به نمایش بگذارند.

بیان فناوری ترکیب پیکسلی به زبان ساده

اما در فیلترهای چهارگانه Bayer، این رنگ ها به صورت مجموعه  هایی چهارتایی در کنار یکدیگر قرار می گیرند؛ سپس از یک نرم افزار برای انجام پردازش های لازم و تبدیل آرایه ها استفاده می شود تا قابلیت پیکسل باینینگ بر روی تصاویر پیاده سازی شود.

استفاده از این چیدمان سبب می شود که اطلاعات بیشتری از نور محیط، در هنگام تبدیل آرایه ها در دسترس قرار بگیرد و تصاویر خروجی در قیاس با حالتی که آن ها به سادگی به وضوح های بالاتر انتقال پیدا کرده اند، طبیعی تر و بهتر باشد.

در تصویر بالا می توان با ساز و کار فیلترهای چهارگانه Bayer آشنایی پیدا کرد. همچنین در این تصویر تفاوت رنگ بندی و ترکیب رنگ ها میان این نوع از فیلترها و فیلترهای چهارگانه Bayer می تواند جالب باشد.

با استفاده همزمان از فیلترهای کواد Bayer و همچنین قابلیت پیکسل بینینگ، می توان در طول روز عکس های با وضوح عالی را در اختیار داشت و در هنگام شب نیز در خروجی، تصاویر با رزولوشن کمتر اما با نوردهی بسیار بهتر را مشاهده کرد.

فناوری ترکیب پیکسل ها سبب می شود که عکس های به ثبت رسیده از موقعیت های تاریک یا در هنگام شب، روشن تر باشند و همچنین نسبت به تصاویر با وضوح بالا، نویز کمتری به خود بگیرند.

چه دستگاه‌هایی از تکنولوژی Pixel Binning استفاده می کنند؟

معمولاً اکثر گوشی های هوشمند موجود در بازار که دارای دوربین های در وضوح 32، 40 یا 48 مگاپیکسلی و بالاتر هستند، این قابلیت را در اختیار کاربران خود قرار می دهند. هم اکنون می توان گوشی های هوشمندی نظیر شیائومی Redmi Note 7، شیائومی Mi 9، Honor View 20، هواوی Nova 4، Vivo V15 Pro و ZTE Blade V10 را به عنوان مهم ترین محصولات موجود در بازار معرفی کرد که این قابلیت را در خود جای داده اند.

 ال جی نیز سعی کرده است قابلیت ادغام پیکسل را توسط گوشی های هوشمند خود که اتفاقاً دارای دوربین با وضوح بالایی نیستند نیز در دسترس کاربران قرار دهد.

در حال حاضر می توان این قابلیت را در گوشی های G7 ThinQ و V30s ThinQ این شرکت یافت. این گوشی های هوشمند در دوربین های 16 مگاپیکسلی خود دارای یک حالت کاری با عنوان Super Bright هستند که همانطور که از نامش پیداست، ثبت تصاویر روشن  با نوردهی بهتر را ممکن می کند.

در همین رابطه بخوانید:

- چگونه با گوشی هوشمند خود حرفه ای عکاسی کنیم؟

باید توجه داشت که به دلیل استفاده از قابلیت ترکیب کردن پیکسل ها، وضوح این تصاویر به 4 مگاپیکسل کاهش پیدا می کند.

بدون شک دوربین های با وضوح بالا به منظور پیاده سازی قابلیت ادغام پیکسل مناسب تر هستند (به ویژه بر روی دوربین اصلی آن ها)؛ چرا که در خروجی تصاویر با وضوح بالاتری را در اختیار خواهیم داشت.

این روزها خبرهایی به گوش می رسد که نشان می دهد در نسل بعدی از گوشی های هوشمند شاهد حضور دوربین های با وضوح تا 200 مگاپیکسل خواهیم بود. مطمئناً قابلیت ترکیب کردن پیکسل ها در این دوربین های با وضوح عالی، عملکرد بسیار بهتری را از خود به نمایش خواهد گذاشت.

نقص ها و کاستی های پیکسل باینینگ

اما درباره تاثیر Pixel Binning بر روی کیفیت تصاویر ثبت شده باید گفت قبلاً یکی از مدیران ارشد کوالکام اعلام کرد تراشه های جدید این شرکت قادر هستند از دوربین های با وضوح عالی 64 یا حتی بیش از 100 مگاپیکسلی نیز پشتیبانی کنند.

این موضوع سبب می شود که بتوان بر روی این دوربین ها، حتی پس از فعال سازی فناوری Pixel Binning نیز وضوح حداقل 16 یا 25 مگاپیکسلی را در اختیار داشت که برای ثبت تصاویر با کیفیت، کافی به نظر می رسد.

تصویر دوربین گوشی با فناوری پیکسل بینینگ

اگرچه حضور این تعداد از پیکسل ها در سنسورهای دوربین خبر بسیار خوبی است و نوید ثبت تصاویر با کیفیت بالاتر را می دهد، اما باید توجه داشت تا زمانی که ابعاد پیکسل های موجود در این دوربین ها افزایش پیدا نکند، هیچکدام از این اتفاقات رخ نمی دهد.

در حال حاضر سنسور های 64 مگاپیکسلی، دارای پیکسل های در ابعاد 0.5 میکرون هستند. به این معنی که اگر قابلیت ترکیب کردن پیکسل ها را در آن ها فعال کنیم، در نهایت به یک دوربین 16 مگاپیکسلی می رسیم که ابعاد پیکسل آن در حدود 1 میکرون است.

در همین رابطه بخوانید:

- بهترین دوربین های عکاسی و فیلمبرداری بر اساس قیمت

به این ترتیب اگرچه دوربین های 64 مگاپیکسلی با استفاده از فناوری های جدید توانسته اند این تراکم از پیکسل ها را در خود جای دهند، اما در نهایت عملکرد آن ها مشابه با دوربین سلفی گوشی وان پلاس 6T و دوربین اصلی گوشی ال جی G7 خواهد بود. این موضوع نشان می دهد که خرید گوشی های گوگل پیکسل یا گلکسی اس 10 که دارای دوربین 12 مگاپیکسلی هستند، حتی پس از عرضه عمومی این حسگرهای جدید نیز ایده مطرودی نیست.

OverSampling در برابر Pixel Binning

تولیدکنندگان گوشی های هوشمند به منظور غلبه کردن بر محدودیت های این سنسورهای جدید در هنگام ثبت تصاویر از موقعیت های تاریک، باید فناوری های جدیدتری را به کار بگیرند؛ که در آن واحد امکان ترکیب کردن تعداد بیشتری از پیکسل ها را با یکدیگر فراهم می کند.

به این ترتیب اگرچه در این حالت وضوح تصاویر کاهش پیدا می کند، اما عملکرد دوربین ها در ثبت تصویر از موقعیت های تاریک را به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد.

مقایسه ابعاد سنسور دوربین در گوشی های مختلف

به عنوان مثال گوشی نوکیا 808 PureView از قابلیتی با عنوان Oversampling بهره می برد که قادر است با استفاده از آن، اطلاعات جمع آوری شده از 14 پیکسل مختلف را با یکدیگر ترکیب کند و در پایان یک عکس با وضوح سه مگاپیکسلی را به نمایش بگذارد.

در همین رابطه بخوانید:

- مزایا و چالش‌های دوربین‌های چندگانه در گوشی‌های هوشمند

اگر این وضوح برای شما کافی نیست می توانید با استفاده از این قابلیت، اطلاعات مربوط به هشت پیکسل را با یکدیگر ترکیب کنید تا در پایان یک تصویر با وضوح پنج مگاپیکسلی را در اختیار داشته باشید. به همین ترتیب، امکان ترکیب اطلاعات حاصل از پنج پیکسل برای دسترسی به یک عکس هشت مگاپیکسلی نیز وجود در این گوشی در دسترس بوده است.

با رشد امکاناتی نظیر Night Mode، بزرگ نمایی اپتیکی و قابلیت های مبتنی بر هوش مصنوعی، در حال حاضر گوشی های هوشمند برای ثبت تصاویر بهتر و با کیفیت تر، پتانسیل کافی را دارند.

جمع بندی و نتیجه گیری

قابلیت تجمیع پیکسل یا Pixel Binning (پیکسل باینینگ) تکنیکی جدید است تا بتوان از حجم گسترده پیکسل‌های یک سنسور دوربین برای کسب فوتون‌های بیشتر و روشن‌تر کردن عکس استفاده کرد. درست است که رزولوشن نهایی در دوربین‌هایی که از قابلیت ادغام پیکسل ها استفاده می‌کنند کاهش پیدا می‌کند ولی کیفیت تصاویر بیشتر شده و همراه با آن تصاویر روشن‌تری را می‌توان به ثبت رساند. در این مطلب به بیان مزایا و معایب فناوری ترکیب کردن پیکسل ها پرداختیم و در نهایت آن را با تکنیک اورسمپلینگ مورد مقایسه قرار دادیم.

در نهایت باید گفت که استفاده از پیکسل باینینگ به خودی خود روشی مفید برای افزایش کیفیت عکس‌های خروجی است تا بتوان از پتانسیل بالای دوربین‌های امروزی نهایت استفاده را متناسب با هدف و سوژه به عمل آورد.

نظر خود را اضافه کنید.

ارسال نظر بدون عضویت در سایت

0
  • هیچ نظری یافت نشد

ورود به شهرسخت‌افزار

ثبت نام در شهر سخت افزار
ورود به شهر سخت افزار

ثبت نام در شهر سخت افزار

نام و نام خانوادگی(*)
لطفا نام خود را وارد کنید

ایمیل(*)
لطفا ایمیل خود را به درستی وارد کنید

رمز عبور(*)
لطفا رمز عبور خود را وارد کنید

شماره موبایل
Invalid Input

جزو کدام دسته از اشخاص هستید؟(*)

لطفا یکی از موارد را انتخاب کنید