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三星S21 Ultra使用像素盒使您的照片更好

为什么用1.08亿像素的相机拍1200万像素的照片是聪明的?

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三星的Galaxy S21 Ultra背面有广角、超广角、3倍长焦和10倍长焦4个摄像头。广角相机采用像素分组技术。

三星的Galaxy S21 Ultra背面有广角、超广角、3倍长焦和10倍长焦4个摄像头。广角相机采用像素分组技术。

莎拉东奔西走/ CNET

在过去,百万像素要简单得多:像素越大,意味着只要场景光线充足,你的相机就能捕捉到更多的照片细节。但一种叫做像素盒的技术现在席卷了整个旗舰店智能手机正在改变旧的摄影规则。简而言之,像素分箱让你的相机在光线明亮时能提供大量细节,而在光线昏暗时却不会变得毫无用处。不过,必要的硬件改动带来了一些权衡和有趣的细节,这就是为什么我们要更仔细地研究它。

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像素分组在2018年出现,并在2020年广泛传播三星Galaxy S20 Ultra小米的小米10和小米10 Pro而且华为P40 Pro和Pro+.像素分拣今年还在继续三星Galaxy S21 Ultra.这家最大的安卓智能手机制造商的高端机型配备了一个主摄像头有1.08亿像素的传感器

下面是你的指南。

什么是像素分组?

像素盒是一项旨在使图像传感器更适应不同条件的技术。在今天的新手机上,这涉及到对最初收集光线的图像传感器和将传感器的原始数据转换为照片或视频的图像处理算法的改变。像素分组是将传感器上的像素组的数据结合起来,从而产生数量更少、质量更高的像素。

当光线充足时,你可以用图像传感器的真实分辨率拍摄照片108像素就Galaxy S20 Ultra和S21 Ultra而言。但当亮度变暗时,像素盒可以让手机拍出好但分辨率较低的照片,对于三星手机来说,分辨率是1200万像素,这个分辨率在智能手机上流行了几年,仍然很有用。

“我们想在拥有大量像素和大像素尺寸的同时,赋予它们灵活性,”负责监管的伊恩·黄(Ian Huang)说LG美国的产品。

参见:2020年最好的手机

像素盒是个噱头吗?

不。嗯,基本上没有。它确实让手机制造商吹嘘自己的像素数超过了你在单反和其他专业级相机上看到的像素数。这有点傻,但如果你想让你的智能手机相机发挥最大的作用,像素盒可以带来一些真正的好处。

像素分类是如何工作的?

为了更好地理解像素分组,你必须知道数码相机的图像传感器是什么样子的。它是一种带有数百万像素网格(技术上称为photosites)的硅芯片,可以捕捉通过相机镜头的光线。每个像素只记录一种颜色:红、绿或蓝。但这些颜色以一种叫做拜耳模式的特殊棋盘式排列错开,让数码相机重构每个像素的所有三种颜色值,这是生成你想在Instagram上分享的JPEG的关键步骤。

三星像素盒图

这张图展示了三星Galaxy S20 Ultra的1.08亿像素上的图像传感器如何使用3x3像素组来支持像素bin。该技术可以让相机在明亮的环境下拍摄高分辨率照片,也可以在昏暗的光线下拍摄低分辨率照片。

三星

像素分组将图像传感器上多个小像素的数据合并为一个较大的虚拟像素。这在光线较暗的情况下非常有用,在这种情况下,大像素可以更好地抑制图像噪声。

该技术通常将四个真实像素组合成一个虚拟像素“bin”。但三星的S21 Ultra将一组3x3的真实像素组合成一个虚拟像素,三星称这种方法为nona binning。

当外面很亮的时候,你不用担心噪音,这款相机可以用图像传感器的全分辨率拍摄照片,而不用装箱。这在打印大照片或裁剪感兴趣的区域时很有用。

什么时候应该使用高分辨率和像素分类?

大多数人会喜欢分辨率较低的照片,这是我的同事杰西卡·多尔考特(Jessica Dolcourt)和帕特里克·霍兰德(Patrick Holland)在测试完这款新相机后推荐的默认分辨率三星Galaxy手机。

使用像素分组的最大原因是在弱光下性能更好,但它也避免了全分辨率图像的巨大文件大小,这可能会吞噬你的手机存储空间和在线服务谷歌图片.例如,一个示例镜头我的同事莱西·萨维德斯在1200万像素的情况下是3.6MB,而在没有像素bin的情况下是24MB。

当光线明亮时,摄影爱好者更倾向于使用全分辨率。这可以帮助你识别远处的鸟类,或者拍摄更有戏剧性的远处物体的自然照片。如果你喜欢打印大照片(是的,有些人仍然打印),更多的像素很重要。

1.08亿像素的三星Galaxy S21 Ultra比6100万像素的索尼A7r IV专业相机拍出的照片更好吗?

严重吗?不。图像传感器上每个像素的大小也很重要,还有镜头和图像处理等其他因素。这是有原因的索尼A7r IV售价3500美元,只能拍照,而S21 Ultra售价1200美元,还可以运行数千个应用程序和打电话。

图像传感器像素是正方形,其宽度以百万分之一米或微米来衡量。人类的头发直径约为100微米。在2020年的Galaxy S20 Ultra上,每个像素的宽度是0.8微米。使用三星的3x3盒,一个虚拟像素的直径为2.4微米。在索尼A7r IV上,一个像素是3.8微米宽.这意味着,在1200万像素的存储模式下,索尼每像素可收集的光线比S20 Ultra多2.5倍,是在1.08亿像素的全分辨率模式下的22倍——这是图像质量的重大改进。

然而,手机正在缩小图像质量的差距,特别是使用计算摄影比如将多个帧组合成一个镜头。智能手机上的图像传感器越来越大,以提高质量。

为什么像素分盒突然流行起来?

因为小型化已经使更小的像素成为可能。“推动装箱的是亚微米像素的新趋势,”那些小于一微米宽的像素,德旺·帕特尔(Devang Patel)说Omnivision,顶级图像传感器制造商.拥有这么多像素,让手机制造商们——迫切希望让今年的手机脱颖而出——吹嘘自己有很多百万像素的评级和8K的视频。宾宁让他们在不牺牲低光敏感度的情况下吹嘘自己。

手机需要特殊的传感器来进行像素分组吗?

底层的传感器是一样的,但是改变一个附加的元素,称为颜色过滤器阵列,改变了传感器收集红、绿、蓝光的方式。传统的拜耳图案棋盘为每个相邻像素交替使用颜色。但在像素分组中,传感器将同色像素分成2x2、3x3或4x4组。(像素分组在没有这些分组的情况下也可以实现,但这需要额外的处理,帕特尔说图像质量会受到一定影响。)

华为P40 Pro Plus

华为的P40 Pro Plus相机配备了像素存储技术。

华为

三星Galaxy S20 Ultra使用了3x3像素分组。小米在小米10上采取了不同的2x2方法,所以照片在全分辨率下是1.08亿像素,在像素bin下是2700万像素。华为的P40 Pro型号强调低光性能,采用4x4像素分组("SedecimPixel,以16:1的比例命名),这是一个巨大的4.5微米宽的虚拟像素。

将像素分组为更大的虚拟像素,对于调优为常规拜耳模式像素数据的图像处理硬件和软件来说效果很好。但对于高分辨率的照片,它增加了另一个图像处理步骤(如果你好奇的话,称为remosaying),从传感器上实际的粗像素色组中,从数学上构建一个更详细的拜耳图案。

你能拍摄原始的像素分类吗?

摄影爱好者喜欢原始照片的灵活性和图像质量——未经处理的图像传感器数据,打包为DNG文件。对他们来说,像素分盒工作得很好。但如果你想要全分辨率的数据,抱歉。三星和LG不共享,而原始处理软件像AdobeLightroom期望使用传统的拜耳模式,而不是将像素单元分组为相同颜色的2x2或3x3补丁。

像素分组的缺点是什么?

对于同样大小的传感器,1200万像素的真实像素要比12万像素的纸盒像素表现得好一些Qualcomm该公司生产手机芯片。传感器可能也会更便宜。当你在全分辨率下拍摄时,需要更多的图像处理,这会缩短你的电池寿命。

对于高分辨率的照片,使用常规的拜耳模式会比使用使用2x2或3x3组同色像素的分箱传感器获得更好的清晰度。但这不是一个太坏的问题。“通过我们的算法,我们能够恢复实际拜耳图像质量的90%到95%,”Patel说。在并排的图像中比较这两种方法,你可能无法在实验室测试场景以外的困难情况(如细线)中看出区别。

如果你忘记将手机切换到存档模式,然后在黑暗中拍摄高分辨率照片,图像质量就会受到影响。黄说,在这种情况下,LG试图通过组合多个镜头来减少噪音,提高动态范围。

普通相机也可以使用像素分类吗?

是的,从一些人的判断来看来自索尼的全帧传感器设计他们很可能会这么做。

像素分类的未来是怎样的?

有几种发展是可能的。更多的4x4像素分组可以鼓励手机制造商将传感器分辨率提高到远远超过1.08亿像素。低端手机也将被打包。

全视像素盒未来图

传感器制造商Omnivision展示了如何使用2x2像素分组(左下)来创建更大的虚拟像素(上第二行)或重新创建传统的拜耳棋盘图(下第二行)。它还可以用于创建HDR图像(第三行)或改进较大的微透镜的自动对焦(第四行)。

Omnivision

另一个方向是更好的HDR,或高动态范围的摄影,捕捉更好的明暗图像数据跨度。小型手机传感器很难捕捉到广泛的动态范围,这就是为什么公司喜欢谷歌而且苹果结合多张照片计算生成HDR照片。

但是像素分组意味着新的像素级灵活性。在2x2组中,你可以将两个像素用于常规曝光,一个用于较暗的曝光以捕捉高光,如明亮的天空,另一个用于较亮的曝光以捕捉阴影细节。

Omnivision也希望能改进自动对焦功能。如今,每个像素都有自己的微透镜,用来收集更多的光。但你也可以在每个2x2, 3x3或4x4组上放置一个微透镜。同一个微透镜下的每个像素根据其位置获得的场景视图略有不同,而这种差异可以让数码相机计算对焦距离。这可以帮助你的相机保持照片的焦点清晰。

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