Was ist Pixel-Binning? Die Galaxy S22-Funktion, die Ihre Fotos großartig macht
Die Smartphone-Industrie setzt ihren umfassenden Krieg um die Vorherrschaft der Kameras fort, wobei Marken versuchen, so viele Pixel wie möglich in so viele Kameras zu stopfen. Von diesen dürftigen 2-Megapixel-Makro- und Tiefenkameras bis hin zu den 108-Megapixel-Schnappern auf Telefonen wie dem Galaxy S22 Ultra scheinen die Zahlen nur zu steigen.
Bald wird der 200-Megapixel-Kamerasensor von Samsung die Dinge auf die nächste Stufe bringen, aber das Herzstück all dieser Megapixel-Zauberei ist eine Technologie namens Pixel Binning – und sie ist der Schlüssel zum Erfolg einer Kamera. Allerdings ist nicht jedes Pixel-Binning gleich. Samsung verwendet „tetra“ 4-in-1-Pixel-Binning auf dem Galaxy S22 und „nona“ 9-in-1-Pixel-Binning auf dem Galaxy S22 Ultra . Macht das alles einen Unterschied? Wir haben herausgefunden.
Warum Pixel-Binning notwendig ist
Was bewirkt Pixel-Binning? Kurz gesagt, es ermöglicht benachbarten Pixeln, als ein großes „Superpixel“ zu arbeiten und mehr Daten zu sammeln, um hellere Fotos mit genaueren Farben und weniger Rauschen zu liefern. Bevor wir uns mit den technischen Details befassen, ist es wichtig zu verstehen, warum es überhaupt passiert.
Der Kamerasensor Ihres Telefons ist die Komponente, die alle optischen Informationen sammelt und verarbeitet, die ihm von der vorderen Linse zugeführt werden. Der Sensor wiederum ist im Wesentlichen eine Pixelplatte. Tatsächlich Millionen von ihnen. Genau wie die Zellen einer Pflanze absorbieren Pixel das Licht, das dann einer Signalumwandlung unterzogen wird , um das Bild zu erzeugen, das wir auf dem Bildschirm unseres Telefons sehen .
Aber hier ist der merkwürdige Teil. Je höher die Anzahl der Pixel, desto höher die Auflösung des Bildes – was mehr Details und Schärfe ermöglicht. Da wir jedoch immer mehr Pixel hinzufügen, sollte auch die Größe der Sensoren zunehmen, um sie aufzunehmen. Der Wechsel von 10 MP auf 200 MP sollte zu einem 20-mal größeren Kamerasensor führen. Da im Gehäuse eines Smartphones jedoch nur begrenzt Platz für Bildsensoren zur Verfügung steht, kann diese Größenzunahme nicht stattfinden.
Um das Problem zu lösen, wird die Größe der Pixel verkleinert, wodurch mehr dieser lichtempfindlichen Elemente auf der Sensorplatte untergebracht werden, ohne deren Größe zu stark zu erhöhen. Je kleiner ein Pixel jedoch wird, desto schlechter kann es Licht absorbieren – was zu glanzlosen Details und Farben führt. Hier kommt die Pixel-Binning-Technologie zur Rettung, indem sie algorithmisch größere Pixel erzeugt, die in der Lage sind, mehr Licht zu absorbieren. In diesem Fall erhalten Sie besser aussehende Fotos .
Die Vorteile des Pixel-Binning sind leicht zu erkennen
Wenn dieser Algorithmus in Aktion tritt, wird ein größeres Superpixel erstellt, das mehr Lichtdaten absorbiert. Dies ist besonders wichtig in Umgebungen mit wenig Licht, in denen der Kamerasensor so viel Licht wie möglich sammeln muss. Beim Tetra-Pixel-Binning auf dem Galaxy S22, wenn vier benachbarte Pixel gleicher Farbe zu einem verschmolzen werden, erhöht sich deren Lichtempfindlichkeit um das Vierfache.
Dadurch werden die gepixelten Fotos heller, schärfer und kontrastreicher. Das obige Bild wurde mit der nativen 50-Megapixel-Auflösung der Hauptkamera des Galaxy S22 aufgenommen . Beachten Sie die Körnung und die verschwommenen Kanten. Unten sehen Sie eine 12,5-Megapixel-Pixelaufnahme desselben Motivs, das von der S22 aufgenommen wurde und klar definierte Linien und eine viel bessere Farbwiedergabe mit einem helleren Profil an den Rändern bietet.
Die Vorteile des Pixel-Binning sind jedoch nicht auf die Lowlight-Fotografie beschränkt. Tatsächlich erhöht die Technologie auch die HDR-Ausgabe (High Dynamic Range). Beim Fotografieren von Motiven oder Umgebungen mit hohem Kontrast bringt die Pixel-Binning-Technologie wiederum spürbare Vorteile.
Jede Pixelgruppe (basierend auf ihrer Farbe) hat eine andere Lichtempfindlichkeit und Belichtungszeit, was bedeutet, dass sie Lichtinformationen in segmentierter Form und mit höherer Präzision sammeln. Wenn die HDR-Verarbeitung auf die von jedem Pixel-Array gesammelten optischen Daten angewendet wird, sehen die Fotos daher ausdrucksstark aus, mit höherer Farbgenauigkeit und verbessertem Dynamikbereich.
Samsungs unterschiedliche Ansätze zum Pixel-Binning
Der Maßstab des Pixel-Binning hängt von der Anzahl der Pixel selbst ab. Beispielsweise kombiniert eine 48-Megapixel-Kamera vier Pixel zu einem künstlich vergrößerten Superpixel, um 12-Megapixel-Fotos zu liefern. Aus diesem Grund vermarkten Marken es als 4-in-1-Pixel-Binning. Ebenso erzeugen Kamerasensoren mit 50 Millionen oder 64 Millionen Pixeln 12,5 MP bzw. 16 MP Bilder. In Samsungs Marketing-Jargon stoßen Sie möglicherweise auf den Namen „Tetracell“, um diesen Prozess zu definieren.
Auf technischer Ebene bewegen oder kombinieren sich Pixel nicht wirklich physisch. Stattdessen erfolgt dies auf Softwareebene unter Verwendung von Remosaik-Algorithmen. Die individuelle Pixelanordnung bleibt weiterhin die übliche RGB-Angelegenheit. Die Aufgabe von Tetracell besteht darin, Pixel mit demselben Farbfilter in einem 2×2-Pixel-Array nebeneinander zu gruppieren und sie zu einem größeren künstlichen RGB-Pixel-Array zusammenzuführen, um mehr Licht zu sammeln. Schauen Sie sich das Bild oben an, um zu sehen, wie es ausgeht.
Die 50-Megapixel-Kamera des Galaxy S22 verwendet 1-Mikrometer-Pixel, aber wenn die Pixel-Binning-Technologie in Aktion tritt, verschmilzt sie ein 2×2-Array benachbarter 1-Mikrometer-Pixel. Dadurch erhalten wir ein größeres Superpixel mit einem Durchmesser von 2 Mikrometern. Dies ist die Tetra-Methode. Aber wenn Sie eine 108-Megapixel-Kamera auf einem Telefon wie dem Galaxy S22 Ultra haben, wird die Pixelgröße noch kleiner.
Anstelle von 4-in-1-Pixel-Binning setzt dieser 108-Megapixel-Sensor auf die von Samsung als „Nonacell“ bezeichnete Technologie. Es kombiniert neun benachbarte Pixel zu einem. Diese Verschmelzung eines 3 × 3-Pixel-Arrays erzeugt ein größeres Superpixel mit einer Größe von 2,4 Mikrometern. Dabei sinkt zwar die Auflösung von den nativen 108 MP auf 12 MP, dafür werden die Fotos heller und farbtreuer. Dies ist die Nona-Pixel-Binning-Methode.
Wie oben erwähnt, haben kleinere Pixel Probleme mit der Erfassung von Lichtdaten, wodurch sie Details in Fotos verlieren. Das Bild oben links ist ein Ausschnitt aus einem 108-MP-Bild mit voller Auflösung, das vom primären Kamerasensor des Galaxy S22 Ultra aufgenommen wurde, der mit kleineren 0,8-Mikron-Pixeln ausgestattet ist. Auf der rechten Seite ist ein Ausschnitt aus einer 50-Megapixel-Aufnahmeder Hauptkamera des Galaxy S22 zu sehen, die größere 1-Mikron-Pixel enthält. Aufgrund größerer Pixel sammelt der Kamerasensor des Galaxy S22 mehr Lichtdaten, wodurch Sie mehr Details auf dem Lederarmband sehen können, mit verbesserter Schärfe und weitaus besserer Belichtung.
Wenn jedoch Pixel-Binning in Aktion tritt, erzeugt der Kamerasensor des Galaxy S22 Ultra ein größeres 2,4-Mikrometer-Superpixel, das mehr Lichtdaten sammelt als die Primärkamera des Galaxy S22, die künstlich ein kleineres 2-Mikrometer-Superpixel erzeugt. Wenig überraschend sind die Ergebnisse umgekehrt.
Wie Sie im obigen Bild sehen können, bietet das größere Superpixel des Galaxy S22 Ultra eine verbesserte Motivtrennung mit besserer Kontrolle über die Schärfe, mehr Oberflächendetails und eine bessere Farbgenauigkeit. Beim Pixel-Binning geht es jedoch nicht nur darum, Details bei schlechten Lichtverhältnissen hervorzuheben. Es spielt auch eine große Rolle bei der Reproduktion von Farben, der Verwaltung des Dynamikbereichs und anderen entscheidenden Parametern.
Im Bild oben links leistet das Galaxy S22 eine viel bessere Arbeit bei der Motivbelichtung, Tiefenschätzung und Farbwiedergabe in einer 50-MP-Aufnahme mit voller Auflösung als der 108-MP-Schnappschuss derselben Szene vom Galaxy S22 Ultra. Die kleineren Pixel der Hauptkamera des Galaxy S22 Ultra führen zu verwaschenen Farben auf den Gebäuden und einem insgesamt weniger druckvollen Profil.
Genau wie beim Lowlight-Szenario hebt das Pixel-Binning erneut den Unterschied hervor und dreht die Ergebnisse um. Dank der größeren Superpixel, die vom Kamerasensor des Galaxy S22 Ultra erzeugt werden, zeigt das Bild rechts oben die Ziegelsteinrillen genauer im Bild und die Farben sind realitätsnäher als auf dem Bild, das vom Vanilla Galaxy S22 aufgenommen wurde. An dieser Stelle sei jedoch darauf hingewiesen, dass das Pixel-Binning nicht der einzige Faktor ist, der über die Bildqualität entscheidet. Vieles hängt unter anderem von der Marke des Sensors , den zugrunde liegenden Algorithmen und der Blende ab.
Die Zukunft des Pixel-Binnings auf Smartphones
Da kein Ende der Pixelkriege in Sicht ist, sind 200-Megapixel-Kamerasensoren die nächste Entwicklung. Tatsächlich wird gemunkelt, dass Motorola das erste Telefon auf den Markt bringt, das eine so leistungsstarke Imaging-Hardware rockt. In diesem Fall kombinieren die Remosaik-Algorithmen nicht weniger als 16 Pixel zu einer großen Einheit. Nehmen Sie zum Beispiel Samsungs eigenen 200MP ISOCELL HP-1 Sensor, der eine neue hybride Form des Pixel-Binning einführt.
Je nach Lichtsituation führt es ein hybrides 4×4-Pixel-Binning durch, das in zwei Stufen abläuft. Zunächst führt der Sensor ein 4-in-1-Binning durch, das ein 2 × 2-Array von 0,64-Mikrometer-Pixeln umfasst. Dadurch entsteht ein größeres Superpixel, das 1,28 Mikrometer misst und Fotos mit einer Auflösung von 50 Megapixeln produziert. Als nächstes führt der Sensor eine weitere Runde des 4-in-1-Binning durch, das ein 2 × 2-Array von 1,28-Mikrometer-Pixeln umfasst, wodurch ein noch größeres Superpixel entsteht, das 2,56 Mikrometer misst. Am Ende dieses Vorgangs sinkt die endgültige Bildauflösung auf überschaubare 12,5 Megapixel.
Darin liegt, warum Pixel-Binning so notwendig ist. Da Smartphone-Kamerasensoren immer mehr Pixel erhalten, wird die Notwendigkeit eines qualitativ hochwertigen Pixel-Binning immer wichtiger. Und es ist eine Technologie, die sich ständig weiterentwickelt. Ob Tetra, Nona oder das oben erwähnte Hybrid-Pixel-Binning, Unternehmen finden immer noch heraus, welche Methoden für verschiedene Kameras am besten funktionieren.