Cos’è il pixel binning? La funzione Galaxy S22 che rende le tue foto fantastiche
L’industria degli smartphone continua la sua guerra a tutto campo per la supremazia delle fotocamere, con i marchi che cercano di stipare il maggior numero di pixel nel maggior numero possibile di fotocamere. Da quelle misere fotocamere macro e di profondità da 2 megapixel agli snapper da 108 megapixel su telefoni come il Galaxy S22 Ultra, i numeri sembrano solo aumentare.
Presto, il sensore della fotocamera da 200 megapixel di Samsung porterà le cose al livello successivo, ma al centro di tutta questa magia dei megapixel c’è una tecnologia chiamata pixel binning, ed è la chiave del successo di una fotocamera. Tuttavia, non tutti i pixel binning sono uguali. Samsung utilizza il binning 4-in-1 pixel “tetra” sul Galaxy S22 e il binning “nona” 9-in-1 pixel sul Galaxy S22 Ultra . Tutto questo fa la differenza? Abbiamo scoperto.
Perché è necessario il binning dei pixel
Cosa fa il binning dei pixel? In breve, consente ai pixel adiacenti di funzionare come un grande “super pixel”, raccogliendo più dati per fornire foto più luminose con colori più accurati e meno rumore. Prima di entrare nei dettagli tecnici, è importante capire perché accade in primo luogo.
Il sensore della fotocamera del telefono è il componente che raccoglie ed elabora tutte le informazioni ottiche fornite dall’obiettivo anteriore. Il sensore, a sua volta, è essenzialmente una lastra di pixel. Milioni di loro, in realtà. Proprio come le cellule di una pianta, i pixel assorbono la luce, che poi subisce la conversione del segnale per produrre l’immagine che vediamo sullo schermo del nostro telefono .
Ma ecco la parte strana. Maggiore è il numero di pixel presenti, maggiore è la risoluzione dell’immagine, consentendo maggiori dettagli e nitidezza. Tuttavia, poiché continuiamo ad aggiungere più pixel, anche la dimensione dei sensori dovrebbe aumentare per adattarli. Passare da 10 MP a 200 MP dovrebbe comportare un sensore della fotocamera 20 volte più grande. Ma poiché lo spazio disponibile all’interno dello chassis di uno smartphone è limitato per adattarsi ai sensori di immagine, tale aumento delle dimensioni non può verificarsi.
Per risolvere il problema, la dimensione dei pixel viene ridotta, adattando più di questi elementi fotosensibili sulla piastra del sensore senza aumentarne troppo le dimensioni. Tuttavia, più piccolo diventa un pixel, peggio assorbe la luce, risultando in dettagli e colori poco brillanti. È qui che la tecnologia di binning dei pixel viene in soccorso creando algoritmicamente pixel più grandi in grado di assorbire più luce. Quando ciò accade, ottieni foto più belle .
I vantaggi del binning dei pixel sono facili da vedere
Quando questo algoritmo entra in azione, viene creato un super pixel più grande che assorbe più dati di luce. Ciò è particolarmente importante in ambienti con scarsa illuminazione in cui il sensore della fotocamera deve raccogliere quanta più luce possibile. Nel caso del tetra pixel binning sul Galaxy S22, quando quattro pixel vicini dello stesso colore vengono uniti in uno, la loro sensibilità alla luce viene aumentata di quattro volte.
Di conseguenza, le foto raggruppate in pixel risultano più luminose con una maggiore nitidezza e un maggiore contrasto. L’immagine sopra è stata catturata alla risoluzione nativa di 50 MP della fotocamera principale del Galaxy S22 . Notare il livello di grana e i bordi sfocati. Di seguito è riportato uno scatto da 12,5 MP con pixel dello stesso soggetto catturato dall’S22, che offre linee ben definite e una riproduzione dei colori molto migliore, con un profilo più luminoso attorno ai bordi.
Ma i vantaggi del binning dei pixel non si limitano alla fotografia in condizioni di scarsa illuminazione. In effetti, la tecnologia eleva anche l’output HDR (High Dynamic Range). Quando si scattano foto di un soggetto o di un ambiente ad alto contrasto, la tecnologia pixel-binning produce di nuovo vantaggi tangibili.
Ogni gruppo di pixel (in base al suo colore) ha un diverso livello di fotosensibilità e tempo di esposizione, il che significa che raccolgono informazioni sulla luce in una forma segmentata e con maggiore precisione. Di conseguenza, quando l’elaborazione HDR viene applicata ai dati ottici raccolti da ciascun array di pixel, le foto appaiono incisive, con una maggiore precisione del colore e una migliore gamma dinamica.
I diversi approcci di Samsung al binning dei pixel
La scala del binning dei pixel dipende dal numero di pixel stessi. Ad esempio, una fotocamera da 48 MP combina quattro pixel in un super pixel ingrandito artificialmente per fornire foto da 12 MP. Ecco perché i marchi lo commercializzano come binning di pixel 4 in 1. Allo stesso modo, i sensori della fotocamera con 5o milioni o 64 milioni di pixel producono rispettivamente immagini da 12,5 MP e 16 MP. Nel gergo di marketing di Samsung, potresti imbatterti nel nome “Tetracell” per definire questo processo.
A livello tecnico, i pixel non si muovono o non si combinano fisicamente. Invece, è fatto a livello di software usando algoritmi di remosaic. La disposizione dei singoli pixel continua ad essere la solita faccenda RGB. Il lavoro di Tetracell consiste nel raggruppare i pixel con lo stesso filtro di colore uno accanto all’altro in una matrice di 2×2 pixel e unirli per creare una matrice di pixel RGB artificiale più grande per raccogliere più luce. Dai un’occhiata all’immagine sopra per vedere come risulta.
La fotocamera da 50 MP del Galaxy S22 utilizza pixel da 1 micron, ma quando la tecnologia di binning dei pixel entra in azione, unisce una matrice 2 × 2 di pixel adiacenti da 1 micron. Questo ci dà un super pixel più grande che misura 2 micron di diametro. Questo è il metodo tetra. Ma quando hai una fotocamera da 108 MP su un telefono come il Galaxy S22 Ultra, la dimensione dei pixel diventa ancora più piccola.
Invece del binning dei pixel 4 in 1, questo sensore da 108 MP si basa su ciò che Samsung chiama la tecnologia “Nonacell”. Combina nove pixel vicini in uno. Questa fusione di un array di 3 × 3 pixel crea un super pixel più grande di 2,4 micron. In tal modo, la risoluzione scende dai 108 MP nativi a 12 MP, ma le foto risultano più luminose con una migliore precisione del colore. Questo è il metodo di binning non pixel.
Un segmento ritagliato da un’immagine da 108 MP cliccata da un Samsung Galaxy S22 Ultra (a sinistra) rispetto a un’immagine da 50 MP cliccata dal Galaxy S22.
Come accennato in precedenza, i pixel più piccoli hanno difficoltà a raccogliere dati sulla luce, quindi perdono i dettagli nelle foto. L’immagine in alto a sinistra è un segmento di un’immagine a piena risoluzione da 108 MP scattata dal sensore della fotocamera principale del Galaxy S22 Ultra, che viene fornito con pixel più piccoli da 0,8 micron. Sulla destra c’è un segmento ritagliato da uno scatto da 50 MPscattato dalla fotocamera principale del Galaxy S22 , che racchiude pixel più grandi da 1 micron. Grazie ai pixel più grandi, il sensore della fotocamera del Galaxy S22 raccoglie più dati sulla luce e, di conseguenza, puoi vedere più dettagli sul cinturino in pelle, con una nitidezza migliorata e un’esposizione di gran lunga migliore.
Tuttavia, quando entra in azione il binning dei pixel, il sensore della fotocamera del Galaxy S22 Ultra crea un super pixel da 2,4 micron più grande che raccoglie più dati sulla luce rispetto alla fotocamera principale del Galaxy S22, che crea artificialmente un super pixel da 2 micron più piccolo. Non sorprende che i risultati siano invertiti.
Una foto in modalità notturna con pixel 9 in 1 scattata da un Samsung Galaxy S22 Ultra (a destra) rispetto a una foto con pixel 4 in 1 scattata da un Galaxy S22.
Come puoi vedere nell’immagine sopra, il super pixel più grande del Galaxy S22 Ultra offre una migliore separazione del soggetto con un maggiore controllo sulla nitidezza, più dettagli sulla superficie e una migliore precisione del colore. Ma il binning dei pixel non si limita a far emergere i dettagli in condizioni di scarsa illuminazione. Svolge anche un ruolo enorme nella riproduzione dei colori, nella gestione della gamma dinamica e in altri parametri cruciali.
Un segmento ritagliato da un’immagine da 50 MP cliccata da un Samsung Galaxy S22 (a sinistra) contro un’immagine da 108 MP cliccata dal Galaxy S22 Ultra.
Nell’immagine in alto a sinistra, il Galaxy S22 fa un lavoro molto migliore in termini di esposizione del soggetto, stima della profondità e riproduzione del colore in uno scatto a piena risoluzione da 50 MP, rispetto allo scatto da 108 MP della stessa scena del Galaxy S22 Ultra. I pixel più piccoli sulla fotocamera principale del Galaxy S22 Ultra producono colori sbiaditi sugli edifici e un profilo complessivamente meno incisivo.
Campione di luce diurna pixel-binned da un Samsung Galaxy S22 (a sinistra) rispetto a un’immagine scattata da un Galaxy S22 Ultra.
Proprio come lo scenario in condizioni di scarsa illuminazione, il binning dei pixel evidenzia nuovamente la differenza e capovolge i risultati. Grazie ai super pixel più grandi creati dal sensore della fotocamera del Galaxy S22 Ultra, l’immagine in alto a destra cattura le scanalature dei mattoni in modo più accurato nell’immagine e i colori si sono rivelati più vicini alla realtà rispetto all’immagine scattata dal Galaxy S22 vaniglia. Tuttavia, vale la pena sottolineare qui che il pixel binning non è l’unico fattore nel decidere la qualità dell’immagine. Molto dipende dalla marca del sensore , dagli algoritmi sottostanti e dall’apertura, tra gli altri fattori.
Il futuro del pixel binning sugli smartphone
Con la fine delle guerre dei pixel in vista, la prossima evoluzione sono i sensori della fotocamera da 200 MP. In effetti, si dice che Motorola lancerà il primo telefono con un hardware di imaging così potente. In questo caso, gli algoritmi di remosaic combineranno non meno di 16 pixel in un’unica grande unità. Prendiamo ad esempio il sensore ISOCELL HP-1 da 200 MP di Samsung, che introduce una nuova forma ibrida di binning dei pixel.
A seconda della situazione di illuminazione, esegue un processo di binning ibrido 4×4 pixel che avviene in due fasi. Innanzitutto, il sensore esegue il binning 4 in 1 che coinvolge un array 2×2 di pixel da 0,64 micron. Questo crea un super pixel più grande che misura 1,28 micron e produce foto con una risoluzione di 50 megapixel. Successivamente, il sensore esegue un altro giro di binning 4 in 1 che coinvolge un array 2×2 di pixel da 1,28 micron, creando un super pixel ancora più grande che misura 2,56 micron. Al termine di questo processo, la risoluzione dell’immagine finale scende a 12,5 megapixel gestibili.
Qui sta il motivo per cui il binning dei pixel è così necessario. Poiché i sensori della fotocamera degli smartphone continuano a ricevere sempre più pixel, la necessità di un binning dei pixel di qualità diventa sempre più importante. Ed è una tecnologia in continua evoluzione. Che si tratti di tetra, nona o del binning ibrido dei pixel di cui sopra, le aziende stanno ancora cercando di capire quali metodi funzionano meglio per diverse fotocamere.
