由于像素消失Galaxy S20 Ultra在黑暗中也能拍出很棒的照片

三星Galaxy S20 Ultra

百萬像素曾經(jīng)是如此簡(jiǎn)單:一個(gè)更大的數(shù)字意味著你的相機(jī)可以捕捉更多的照片細(xì)節(jié)，只要場(chǎng)景有足夠的光線。但是，一項(xiàng)名為pixel binning的技術(shù)正在席卷智能手機(jī)的旗艦版，它正在改變舊的攝影規(guī)則。

簡(jiǎn)而言之，pixel binning為你提供了一款相機(jī)，當(dāng)它變亮的時(shí)候可以提供很多細(xì)節(jié)，而當(dāng)它變暗的時(shí)候卻不會(huì)變得毫無用處。

你可能已經(jīng)在之前的手機(jī)中發(fā)現(xiàn)了像素點(diǎn)，比如2018年LG的G7 ThinQ和今年的LG V60 ThinQ，但今年它真的很流行。三星，最大的安卓手機(jī)制造商，在其旗艦產(chǎn)品Galaxy S20 Ultra中加入了pixel binning。上周發(fā)布的其他高端手機(jī)，如小米的Mi 10和Mi 10 Pro，以及華為的P40 Pro和Pro+，也提供pixel binning。

這是你的指南。

像素融合是一項(xiàng)技術(shù)，旨在使一個(gè)圖像傳感器更適應(yīng)不同的條件。在今天的新手機(jī)上，它首先改變了收集光線的圖像傳感器，改變了將傳感器的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成照片或視頻的圖像處理算法。Pixel binning組合來自傳感器上像素組的數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建更小數(shù)量的高質(zhì)量像素。

當(dāng)光線充足時(shí)，你可以用圖像傳感器的真實(shí)分辨率拍攝照片——Galaxy S20 Ultra的分辨率為1.08億像素。但是當(dāng)它變暗的時(shí)候，pixel binning可以讓手機(jī)拍出不錯(cuò)但分辨率較低的照片，這對(duì)于S20 Ultra來說仍然是很有用的1200萬像素的分辨率，這也是智能手機(jī)幾年來一直流行的。

LG在美國(guó)的產(chǎn)品主管Ian Huang表示:“我們希望提供擁有大量像素和大像素尺寸的靈活性。”

參見:2020年最好的手機(jī)

不。嗯,主要是沒有。它確實(shí)讓手機(jī)制造商吹噓自己的百萬像素?cái)?shù)字超過了你在單反和其他專業(yè)級(jí)相機(jī)上看到的數(shù)字。這有點(diǎn)傻，但如果你想充分利用你的智能手機(jī)攝像頭，像素分離可以帶來一些真正的好處。

為了更好地理解像素分離，你必須知道數(shù)碼相機(jī)的圖像傳感器是什么樣子的。它是一個(gè)由數(shù)百萬像素組成的柵格(技術(shù)上稱為光敏點(diǎn))的硅芯片，用來捕捉通過相機(jī)鏡頭的光線。每個(gè)像素只注冊(cè)一種顏色:紅色、綠色或藍(lán)色。但是這些顏色是交錯(cuò)排列在一個(gè)叫做拜爾模式的特殊棋盤上的，這個(gè)模式讓數(shù)碼相機(jī)為每個(gè)像素重建所有的三種顏色值，這是生成你想在Instagram上分享的JPEG的關(guān)鍵一步。

這張圖展示了三星Galaxy S20 Ultra的10800萬像素的圖像傳感器是如何使用3x3像素組來實(shí)現(xiàn)像素融合的。這項(xiàng)技術(shù)可以讓相機(jī)在明亮的環(huán)境下拍攝高分辨率的照片，也可以在較暗的環(huán)境下拍攝低分辨率的照片。

Pixel binning將圖像傳感器上多個(gè)小像素的數(shù)據(jù)組合成一個(gè)較大的虛擬像素。這對(duì)于光線較暗的情況非常有用，因?yàn)榇笙袼乜梢愿玫匾种茍D像噪聲。

該技術(shù)通常將四個(gè)真實(shí)像素組合成一個(gè)虛擬像素“容器”。但三星的S20 Ultra將一組3x3的真實(shí)像素組合成一個(gè)虛擬像素，這家韓國(guó)公司稱這種方法為nona binning。

當(dāng)外面很亮的時(shí)候，你不必?fù)?dān)心噪音，相機(jī)可以不加邊框地拍攝照片，而是使用圖像傳感器的全分辨率。這對(duì)于打印大照片或剪切感興趣的區(qū)域非常有用。

大多數(shù)人會(huì)喜歡低分辨率的照片，這是我的同事杰西卡·多爾科特(Jessica Dolcourt)和帕特里克·霍蘭德(Patrick Holland)在測(cè)試了新款三星Galaxy手機(jī)后所推薦的默認(rèn)照片。

使用pixel binning的最大原因是它具有更好的低光性能，但它也避免了大尺寸的全分辨率圖片會(huì)占用手機(jī)的存儲(chǔ)空間和谷歌Photos等在線服務(wù)。例如，我的同事Lexy Savvides在1200萬像素的情況下拍攝了3.6MB的照片，在沒有像素的情況下拍攝了24MB的照片。

當(dāng)光線充足時(shí)，攝影愛好者更傾向于使用全分辨率。這可以幫助你識(shí)別遙遠(yuǎn)的鳥類，或者為遙遠(yuǎn)的物體拍攝更具戲劇性的自然照片。如果你喜歡打印大照片(是的，有些人仍然會(huì)打印照片)，更多的百萬像素很重要。

嚴(yán)重嗎?不。圖像傳感器上每個(gè)像素的大小也很重要，還有其他因素，如鏡頭和圖像處理。索尼A7r IV售價(jià)3500美元，只能拍照，而S20 Ultra售價(jià)1400美元，還可以運(yùn)行數(shù)千個(gè)應(yīng)用程序和打電話，這是有原因的。

圖像傳感器像素是寬度以百萬分之一米或微米為單位的正方形。人的頭發(fā)直徑大約是100微米。在S20 Ultra上，每個(gè)像素的寬度為0.8微米。隨著三星3x3的誕生，一個(gè)虛擬像素的直徑為2.4微米。在索尼A7r IV上，一個(gè)像素直徑為3.8微米。這意味著索尼的S20 Ultra具有1200萬像素的binning模式，每像素可以采集2.5倍的光線，比S20 Ultra的10800萬像素的全分辨率模式多出22倍，這是圖像質(zhì)量的一大提升。

不過，手機(jī)正在縮小圖像質(zhì)量的差距，尤其是使用了計(jì)算攝影技術(shù)，比如將多幀圖像合成一張照片。智能手機(jī)的圖像傳感器越來越大，以提高質(zhì)量。

因?yàn)槲⑿突沟酶〉南袼爻蔀榭赡?。頂?jí)圖像傳感器制造商Omnivision的高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理德旺·帕特爾(Devang Patel)說:“推動(dòng)這一趨勢(shì)的是亞微米像素的新趨勢(shì)。”亞微米指的是小于1微米寬的像素。擁有這么高的像素讓手機(jī)制造商們——迫切希望讓今年的手機(jī)脫穎而出——吹噓自己擁有高像素的評(píng)級(jí)和8K的視頻。賓寧讓他們?cè)诓粻奚凸饷舳鹊那闆r下自夸。

底層的傳感器是相同的，但是對(duì)附加在其上的一個(gè)稱為顏色過濾器陣列的元素進(jìn)行了更改，從而改變了傳感器收集紅色、綠色和藍(lán)色光線的方式。傳統(tǒng)的拜爾模式棋盤格為每個(gè)相鄰像素替換顏色。但是由于像素分離，傳感器將同色像素分成2x2、3x3或4x4組。(沒有這些分組，像素分離是可能的，但它需要額外的處理，帕特爾說，圖像質(zhì)量有點(diǎn)問題。)

華為的P40 Pro Plus相機(jī)采用了pixel binning技術(shù)。

三星Galaxy S20 Ultra使用了3x3像素的綁定組。Xioami在Mi 10上采用了不同的2x2方式，因此照片在全分辨率下為10800萬像素，在像素化后為2700萬像素。華為的P40 Pro型號(hào)強(qiáng)調(diào)低光性能，采用4x4像素邊框(“SedecimPixel”，以16:1的比例命名)，虛擬像素的寬度達(dá)到了巨大的4.5微米。

將像素分組成更大的虛擬像素對(duì)于針對(duì)常規(guī)Bayer模式像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)的圖像處理硬件和軟件非常有效。但對(duì)于高分辨率的照片，它增加了另一個(gè)圖像處理步驟(如果你好奇的話，可以稱之為重新制作)，用數(shù)學(xué)方法從傳感器上的粗像素顏色組中構(gòu)造出更精細(xì)的拜爾模式。

攝影愛好者喜歡原始照片的靈活性和圖像質(zhì)量——未經(jīng)處理的圖像傳感器數(shù)據(jù)，打包成一個(gè)DNG文件。對(duì)于他們來說，像素綁定工作得很好。但如果你想要全分辨率的數(shù)據(jù)，抱歉。三星和LG并不共享它，像Adobe Lightroom這樣的原始處理軟件期望使用傳統(tǒng)的拜爾模式，而不是將像素單元分組成相同顏色的2x2或3x3塊。

手機(jī)芯片制造商高通(Qualcomm)的高級(jí)總監(jiān)賈德?希普(Judd Heape)表示，對(duì)于同樣大小的傳感器，12兆像素的實(shí)際表現(xiàn)將略好于12兆像素。這種傳感器可能也會(huì)更便宜。當(dāng)你以全分辨率拍攝時(shí)，需要更多的圖像處理，這就縮短了電池壽命。

對(duì)于高分辨率的照片，與使用2x2或3x3組相同顏色像素的賓寧傳感器相比，使用常規(guī)的拜爾模式可以獲得更好的清晰度。但這不是一個(gè)太糟糕的問題。帕特爾說:“通過我們的算法，我們能夠恢復(fù)拜耳圖像質(zhì)量的90%到95%?！睂⑦@兩種方法的圖像放在一起比較，你可能看不出有細(xì)線這樣的困難情況的室外測(cè)試場(chǎng)景有什么不同。

如果你忘記把手機(jī)調(diào)成開機(jī)模式，然后在黑暗中拍攝高分辨率照片，那么圖像質(zhì)量就會(huì)受到影響。黃說，在這種情況下，LG試圖通過組合多個(gè)鏡頭進(jìn)行補(bǔ)償，以減少噪音，提高動(dòng)態(tài)范圍。

是的，從索尼(目前最大的圖像傳感器制造商)的一些全畫幅傳感器設(shè)計(jì)來看，它可能很好。

有幾個(gè)發(fā)展是可能的。更多的4x4像素融合可能會(huì)鼓勵(lì)手機(jī)制造商將傳感器分辨率提高到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1.08億像素。低端手機(jī)也會(huì)被淘汰。

傳感器制造商Omnivision展示了如何使用2x2像素點(diǎn)(左下)創(chuàng)建更大的虛擬像素點(diǎn)(第二行，頂部)或重新創(chuàng)建傳統(tǒng)的拜爾棋盤模式(第二行，底部)。它還可以用來創(chuàng)建HDR圖像(第三行)或改進(jìn)更大的微透鏡的自動(dòng)對(duì)焦(第四行)。

另一個(gè)方向是更好的HDR，或高動(dòng)態(tài)范圍，攝影捕捉更好的明暗圖像數(shù)據(jù)跨度。小型手機(jī)傳感器很難捕捉廣泛的動(dòng)態(tài)范圍，這就是為什么像谷歌和蘋果這樣的公司會(huì)結(jié)合多個(gè)鏡頭來計(jì)算生成HDR照片。

但是像素分離意味著新的像素級(jí)靈活性。在2x2組中，您可以將兩個(gè)像素用于常規(guī)曝光，一個(gè)用于較暗的曝光以捕獲亮點(diǎn)(如明亮的天空)，另一個(gè)用于較亮的曝光以捕獲陰影細(xì)節(jié)。

Omnivision也期待自動(dòng)對(duì)焦的改進(jìn)。今天，每個(gè)像素都有自己的微透鏡來收集更多的光線。但是你也可以在每個(gè)2x2、3x3或4x4組上放一個(gè)微透鏡。同一微透鏡下的每個(gè)像素根據(jù)其位置獲得的場(chǎng)景視圖略有不同，這種差異使數(shù)碼相機(jī)可以計(jì)算聚焦距離。這將有助于你的相機(jī)保持照片對(duì)象在清晰的焦點(diǎn)。