ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานี้ การพูดคุยถึงเรื่องนี้กลายเป็นเรื่องที่นิยมมากขึ้น การแบ่งพิกเซลหรือการจัดกลุ่มพิกเซล ในอุปกรณ์พกพา เทคนิคนี้ปรากฏให้เห็นในแทบทุกการนำเสนอเซ็นเซอร์ใหม่ หากฟังดูเหมือนคำวิเศษ คุณก็คงเดาได้ไม่ยาก เพราะเมื่อนำไปใช้อย่างถูกต้อง จะช่วยให้... เซ็นเซอร์ที่มีความละเอียดหลายร้อยเมกะพิกเซล ทำงานได้ดีขึ้นเมื่อมีแสงน้อย โดยที่โทรศัพท์ไม่จำเป็นต้องมีขนาดใหญ่ขึ้นเหมือนอิฐ
อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากการตลาดแล้ว สิ่งสำคัญคือการเข้าใจสิ่งที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีนี้ด้วย มันคืออะไรกันแน่ มันทำงานอย่างไร และในกรณีใดบ้างที่คุณควรเปิดใช้งานหรือหลีกเลี่ยง? ที่นี่เราจะแบ่งแยกทฤษฎีและการปฏิบัติด้วยตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม (64, 108 และ 200 MP) ชื่อทางการค้ายอดนิยม (Tetracell, Quad Bayer, Chameleon Cell หรือ Light Fusion) ข้อดีและข้อเสียที่แท้จริง และแม้แต่บทบาทของพวกมันในวิดีโอ 8K และในด้านมืออาชีพของระบบการมองเห็นของเครื่องจักร
Pixel Binning คืออะไร?
คำศัพท์นี้บอกทุกอย่าง: มันคือ จัดกลุ่มพิกเซลที่อยู่ติดกันหลายพิกเซลของเซ็นเซอร์และปฏิบัติต่อพิกเซลเหล่านั้นเป็น "ซูเปอร์พิกเซล" เดียวโดยปกติจะทำเป็นบล็อกขนาด 2x2 (4-in-1), 3x3 (9-in-1) หรือแม้แต่ 4x4 (16-in-1) การ "เย็บ" แบบนี้จะลดความละเอียดของภาพลง แต่ในทางกลับกันก็เพิ่มความไวแสงอย่างเห็นได้ชัด
ถ้าจะพูดเป็นตัวเลขก็คือ เซ็นเซอร์ 64 MP โดยปกติจะผลิตภาพขนาด 16 MP เมื่อใช้ 4 in 1 หนึ่งใน 108 MP ลดลงเหลือ 27 MP ด้วย 4 in 1 oa 12 MP หากคุณใช้ 9-in-1 และเซ็นเซอร์ของ 200 MP สามารถรวมพิกเซลได้สูงสุด 16 พิกเซลและส่งมอบภาพ 12,5 MP. แนวคิดหลัก มันเกี่ยวกับการเสียสละความละเอียดที่กำหนดเพื่อให้ได้แสงและควบคุมสัญญาณรบกวน
แนวทางนี้ไม่ได้จำกัดเฉพาะกับการถ่ายภาพด้วยมือถือเท่านั้น มันถูกใช้มาแล้วหลายปีมาแล้ว ในกล้องถ่ายภาพแบบดั้งเดิมนั้นใช้เป็นเครื่องมือเพื่อลดสัญญาณรบกวนหรือทำให้การประมวลผลวิดีโอง่ายขึ้น แต่ในสมาร์ทโฟนนั้นกลับได้รับความนิยมอย่างมากพร้อมกับ "การกลับมา" ของสงครามเมกะพิกเซล
วิธีการทำงานที่ระดับเซ็นเซอร์และ ISP
เซ็นเซอร์จะจับแสงผ่านฟิลเตอร์สีต่างๆ (โดยปกติจะเป็น Bayer) พิกเซลประมาณ 25% ลงทะเบียนเป็นสีแดง อีก 25% เป็นสีน้ำเงิน และอีก 50% ที่เหลือเป็นสีเขียวโปรเซสเซอร์สัญญาณภาพ (ISP) ทำหน้าที่จัดการการดีโมเสก และเมื่อเกิดการแบ่งกลุ่ม การประมวลผลสัญญาณจะรวมข้อมูลจากกลุ่มพิกเซลที่อยู่ติดกันเพื่อสร้างค่าเดียวต่อ "ซูเปอร์พิกเซล"
ขึ้นอยู่กับการออกแบบ การรวมกันนั้นสามารถเกิดขึ้นได้ในระดับ ฮาร์ดแวร์ (รวมค่าเฉลี่ยและมีเสียงรบกวนน้อยกว่า) หรือในระดับซอฟต์แวร์ในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการ ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติคือซูเปอร์พิกเซลเทียบเท่ากับพิกเซล "ขนาดใหญ่" ที่สามารถ จับโฟตอนได้มากขึ้น ในเวลาเปิดรับแสงเท่ากัน ช่วยปรับปรุงอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนและช่วงไดนามิก
จะต้องคำนึงถึงว่าแม้ว่า ความละเอียดลดลง (ตัวอย่างเช่น ที่ความละเอียดหนึ่งในสี่ของเซ็นเซอร์ 4-in-1) เซ็นเซอร์จะยังคงใช้พื้นที่ผิวทั้งหมดเพื่อวัดแสง ดังนั้น ในฉากที่ซับซ้อน การรวมภาพ (binning) จะช่วยเน้นพื้นผิวในส่วนเงามืดและควบคุมไฮไลต์ได้ดีกว่าการถ่ายภาพความละเอียดเต็มที่เปิดรับแสงน้อย
ตัวอย่างการปฏิบัติ: จาก 48, 64, 108 และ 200 MP เป็น 12–27 MP
กรณีคลาสสิก: 48 MP พร้อมรูปแบบ Quad Bayer โดยทั่วไปแล้ว จะให้ภาพถ่าย 12 MP โดยใช้เซ็นเซอร์ 4-in-1 เช่นเดียวกับเซ็นเซอร์ของ 64 ล้านพิกเซล → 16 ล้านพิกเซลในรุ่นไฮเอนด์ ความละเอียด 108 MP ทั่วไปของโทรศัพท์เรือธงบางรุ่นลดลงเหลือ 27 MP พร้อม 4 in 1 หรือเพื่อ 12 MP พร้อม 9 in 1 (เช่นเดียวกับตระกูล 108 MP ที่ได้รับความนิยมจาก Samsung)
ด้วยการ 200 MP ล่าสุดผู้ผลิตหลายรายได้รวมเป็น 16 ใน 1 เดียว 12,5 MPตัวอย่างที่โดดเด่นคือ Galaxy S23 Ultra ที่มาพร้อมพิกเซล 16 พิกเซล และสร้างความละเอียดได้ 12,5 ล้านพิกเซล เมื่อแสงดีก็สามารถใช้ความละเอียดที่สูงขึ้นได้ อีกกรณีหนึ่งคือ กูเกิล พิกเซล 7/7 โปร เริ่มต้นที่ 50 MP และกลุ่ม 4 1 ใน ให้คงอยู่ที่ 12,5 MP เช่นกัน OnePlus 10 Pro มันทำสิ่งที่คล้ายกันกับ 48→12 MP
กุญแจสำคัญคือความยืดหยุ่น: เซ็นเซอร์บางตัวก็เหมือน "เซลล์กิ้งก่า"ให้คุณเลือกได้ระหว่าง 4-in-1, 16-in-1 หรือความละเอียดเต็ม การปรับตัว ให้เข้ากับสถานการณ์และความต้องการของผู้ใช้งานในแต่ละขณะ
เหตุใดจึงมีอยู่: ข้อจำกัดทางกายภาพ ขนาดพิกเซล และพื้นที่
โทรศัพท์มือถือมีปัญหาเชิงโครงสร้าง: พื้นที่ภายในมีจำกัดมากยิ่งมีพิกเซลมากขึ้นบนพื้นผิวเดียวกัน พิกเซลแต่ละพิกเซลก็จะยิ่งเล็กลง และพิกเซลที่เล็กลงจะเก็บแสงได้น้อยลง พิกเซลขนาด 0,7 ไมโครเมตรจะจับโฟตอนได้น้อยกว่าพิกเซลขนาด 1,2 ไมโครเมตร และน้อยกว่าพิกเซลขนาด 2 ไมโครเมตรมาก
คุณสามารถเพิ่มขนาดเซ็นเซอร์เพื่อรักษาพิกเซลขนาดใหญ่ได้ แต่โทรศัพท์จะหนาและหนักขึ้น นอกจากนี้ยังทำให้ระบบออปติก ระบบกันสั่น และการใช้พลังงานมีความซับซ้อนมากขึ้น ตัวอย่างเช่น เซ็นเซอร์ 1/1,31 นิ้ว โมเดล Google Pixel บางรุ่นแสดงให้เห็นถึงความพยายามในการปรับตัว พิกเซลที่ใหญ่ขึ้น ในตัวเครื่องที่บาง ซึ่งจำเป็นต้องใช้โซลูชันการออกแบบ เช่น โมดูลที่ยื่นออกมา
นี่เป็นเรื่องใหม่จริงเหรอ?
ลำดับ การจัดกลุ่มพิกเซลมีช่วง ในการถ่ายภาพดิจิทัล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวิดีโอ ช่วยลดสัญญาณรบกวนและข้อมูลได้ เทคนิคที่คล้ายคลึงกันนี้กำลังถูกนำมาประยุกต์ใช้ในกล้อง DSLR อย่าง Canon EOS 7D เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ ISO สูง สิ่งใหม่คือการใช้กันอย่างแพร่หลายในโทรศัพท์มือถือความละเอียด 64–200 ล้านพิกเซล ซึ่งเป็นผลมาจากความนิยมในเชิงพาณิชย์ของตัวเลขเหล่านี้
ข้อดีและข้อเสียที่แท้จริง
เช่นเดียวกับทุกสิ่งในด้านการถ่ายภาพ การถ่ายภาพแบบ Binning มีทั้งข้อดีและข้อเสีย สิ่งสำคัญคือการรู้ว่าเมื่อใดที่จะเป็นประโยชน์กับคุณและเมื่อใดที่ไม่เป็นประโยชน์.
- แสงมากขึ้นและเสียงรบกวนน้อยลง: ซูเปอร์พิกเซล "เทียบเท่า" จะจับโฟตอนได้มากขึ้น ช่วยให้ใช้ ISO ต่ำลง ลดเกรน และเพิ่มช่วงไดนามิกในส่วนเงาได้
- ปรับปรุงการควบคุมไฮไลท์: ด้วยการรวมสัญญาณเข้าด้วยกัน ISP สามารถสร้างสมดุลระหว่างแสงที่เข้มข้นมากและฉากที่มีความคมชัดสูงพร้อมพื้นที่ว่างที่มากขึ้น
- ความยืดหยุ่นในการสร้างสรรค์: การเลือกใช้ความละเอียดเต็มหรือการแบ่งบันขึ้นอยู่กับฉากช่วยให้มีความหลากหลายโดยไม่ต้องเปลี่ยนฮาร์ดแวร์
- ประสิทธิภาพวิดีโอ: ทำให้การอ่านข้อมูลที่ "สะอาด" น้อยลงจากเซ็นเซอร์ง่ายขึ้น ซึ่งมีประโยชน์สำหรับความละเอียดสูงและอัตราเฟรม
แล้วข้อเสียละคะ? ทุกอย่างไม่สมบูรณ์แบบ และมันก็คุ้มค่าที่จะเก็บสิ่งเหล่านี้ไว้ในใจ
- ความละเอียดที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่า: คุณจะสูญเสียรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ เมื่อเทียบกับโหมดความละเอียดสูงดั้งเดิม ซึ่งจะเห็นได้ชัดเจนหากคุณครอบตัดมาก
- สิ่งประดิษฐ์และการประมวลผล: การแบ่งกลุ่มอาจทำให้เกิดการปรับให้เรียบ รัศมี หรือการโฟกัสมากเกินไป คุณภาพขึ้นอยู่กับ ISP และอัลกอริทึม
- RAW จำกัด: โทรศัพท์มือถือบางรุ่นไม่มีไฟล์ RAW แบบ "บริสุทธิ์" หากไม่มีการรวมไฟล์ หรือไฟล์ RAW มาแบบรวมไฟล์ไว้แล้ว ทำให้ควบคุมการแก้ไขได้น้อยกว่า
- ไม่ทดแทนเซนเซอร์ขนาดใหญ่: การเพิ่มขนาดพิกเซลทางกายภาพยังคงเหมาะสมที่สุดสำหรับแสงน้อย
ชื่อทางการค้า: Tetracell, Quad Bayer, Light Fusion และ Chameleon Cell
ผู้ผลิตตั้งชื่อแนวคิดนี้เอง ซัมซุงพูดถึง Tetracell เมื่ออ้างอิงถึงเซ็นเซอร์ ISOCELL 4-in-1 และได้นำแนวคิดนี้มาใช้กับการกำหนดค่า 9-in-1 และ 16-in-1 ที่ความละเอียดสูงมาก
Sony เผยแพร่ Quad Bayer ให้เป็นที่นิยม ด้วย IMX586 48MP ที่จัดกลุ่มพิกเซลภายใต้ฟิลเตอร์สีเดียวกันเพื่อสร้างภาพ 12MP ที่มีสัญญาณรบกวนน้อยลงและมีช่วงไดนามิกที่ขยายออกไป
Huawei เรียกมันว่า Light Fusion ในบางรุ่นจะมีการเปิดใช้งานอัจฉริยะตามฉาก และ Samsung อวดโฉม Chameleon Cell ในเซ็นเซอร์ 200 MP ที่เปลี่ยนรูปแบบตามแสง (4 ใน 1 สำหรับ 50 MP หรือ 16 ใน 1 สำหรับ 12,5 MP) นอกจากนี้ยังช่วยให้ถ่ายภาพที่ความละเอียดเต็มรูปแบบได้อีกด้วย
การรวมพิกเซลเทียบกับเซนเซอร์ขนาดใหญ่และการถ่ายภาพเชิงคำนวณ
ถ้าเรามีพื้นที่เหลือเฟือเราก็จะเลือกเสมอ พิกเซลขนาดใหญ่บนเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่เนื่องจากไม่สามารถทำได้ในโทรศัพท์ที่บาง อุตสาหกรรมจึงรวมสามวิธีเข้าด้วยกัน: การจัดกลุ่ม เซ็นเซอร์ที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย และ การถ่ายภาพเชิงคำนวณ (การเปิดรับแสงหลายครั้ง การซ้อนภาพ การลดสัญญาณรบกวนด้วย AI)
การแบ่งบันไม่ได้ทดแทนประโยชน์ของเซ็นเซอร์ขนาดใหญ่ แต่ มันบรรเทาข้อบกพร่องในแชสซีที่บางนอกจากนี้ อุปกรณ์พกพายังได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นมากใน ISP และซอฟต์แวร์ จนทำให้การควบคุมสิ่งประดิษฐ์การแบ่งกลุ่มแบบทั่วไป (มัวเร การแทรกข้อมูลที่แปลก ขอบเทียม) ลดลงอย่างมาก
โปรดทราบข้อจำกัดในทางปฏิบัติ: โหมดทั้งหมดไม่รองรับ RAW มาพร้อมฟังก์ชัน Binning และแบรนด์ต่างๆ เลือกสมดุลระหว่างความคมชัด การลดนอยซ์ และสีที่แตกต่างกันออกไป ด้วยเหตุนี้ โทรศัพท์สองเครื่องที่ใช้เซ็นเซอร์เดียวกันจึงให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันมาก
การถ่ายภาพและวิดีโอ: 8K ซูมดิจิตอลและการครอบตัด
ประโยชน์เสริมของการมีเมกะพิกเซลจำนวนมากคือวิดีโอ การจะบันทึกภาพ 8K คุณต้องมีความละเอียดคมชัดมากกว่า 33MPและนั่นคือจุดที่เซ็นเซอร์ "เพียงพอเกินพอ" เหล่านี้ช่วยให้สามารถอ่านค่าได้โดยตรงมากขึ้นหรืออ่านค่าที่มีการปรับขนาดน้อยลง ทำให้มีความคมชัดมากขึ้น และลดสิ่งแปลกปลอมที่เคลื่อนไหว
ในการถ่ายภาพ ความละเอียดสูงมากจะเปิดประตูสู่ ซูมโดยการครอบตัดวิธีนี้มีประโยชน์เมื่อไม่มีเลนส์เทเลโฟโต้เฉพาะทาง การครอบตัดภาพเป็น 108 หรือ 200 ล้านพิกเซล จะช่วยให้คุณได้เอฟเฟกต์ "เทเลโฟโต้" ที่ดูสมจริงในสภาพแสงที่ดี อย่างไรก็ตาม หากโทรศัพท์มือถือของคุณมีอุปกรณ์เทเลออปติก เมื่อเสถียรแล้ว มักจะทำงานได้ดีกว่าการครอบตัด โดยเฉพาะในรายละเอียดเล็กๆ น้อยๆ
ด้วยแสงสว่างที่ดี ความแตกต่างระหว่างภาพถ่ายที่เก็บไว้ในถังขยะและภาพถ่ายความละเอียดเต็ม ภาพเหล่านี้อาจดูเล็กอย่างน่าประหลาดใจเมื่อมองด้วยตาเปล่า โหมดความละเอียดสูงจึงมีความสำคัญเมื่อต้องซูมเข้าหรือวางแผนพิมพ์ภาพขนาดใหญ่
เมื่อใดควรใช้ binning และเมื่อใดควรใช้ความละเอียดเต็ม
ในฉากกลางคืนหรือในร่ม การแบ่งกลุ่มจะโดดเด่น รับแสง เสียงที่ชัดเจน และเปิดเงา โดยไม่จำเป็นต้องเพิ่ม ISO ให้เป็นค่าระดับสตราโตสเฟียร์ และช่วงไดนามิกมักจะให้อภัยได้มากขึ้นกับป้าย ไฟถนน หรือหน้าต่างที่สว่างจ้า
ประสบการณ์จริงยืนยันว่ามีโทรศัพท์มือถือที่ใช้ได้ การจัดกลุ่มเริ่มต้นในโหมดภาพถ่าย และสำรองความละเอียดเต็มไว้สำหรับโหมดเฉพาะ ตัวอย่างคลาสสิกคือโทรศัพท์ที่มีความละเอียด 108 ล้านพิกเซล ซึ่งให้ความละเอียด 27 ล้านพิกเซลแบบ "สะอาด" ในโหมดอัตโนมัติ และเพิ่มขึ้นเป็น 108 ล้านพิกเซลเมื่อเลือกโหมดเฉพาะ
ด้วยแสงแดดและแสงที่ดี ความแตกต่างของความคมชัด ระหว่าง 12/16/27 MP ต่อ binning และ 48/64/108 MPความละเอียด 200 ล้านพิกเซลเต็มจอแทบจะมองไม่เห็นบนหน้าจอ โดยทั่วไปแล้ว เมื่อใช้ binning จะทำให้ได้เปรียบเล็กน้อยในด้านช่วงไดนามิก และเมื่อใช้ร่วมกับความละเอียดเต็มจอ ความสามารถในการครอบตัดภาพจะดีขึ้น
รายละเอียดที่น่าสนใจอย่างหนึ่ง: ขนาดไฟล์ เมื่อใช้โหมด 4-in-1 ความคมชัดไม่ได้ลดลงเหลือหนึ่งในสี่เสมอไป แม้ว่าความละเอียดจะลดลงเหลือหนึ่งในสี่ แต่การประมวลผลเพิ่มเติม (เช่น สัญญาณรบกวน, HDR, ความคมชัด) อาจทำให้ภาพ JPEG มีความสว่างลดลงเพียง 30-50% และแม้แต่ในฉากกลางคืนบางฉาก ไฟล์ที่ "binned" อาจมีน้ำหนักใกล้เคียงกันเนื่องจากการประมวลผลหลังการประมวลผลที่เข้มงวด
นอกจากนี้คุณจะเห็นว่าบางครั้ง ISP ใช้การโฟกัสมากเกินไป เพื่อเพิ่มความคมชัดให้กับขอบภาพในภาพถ่ายกลางคืน วิธีนี้ช่วยให้ภาพดูคมชัดขึ้น แต่หากจะแต่งภาพในภายหลัง ไม่ควรใช้งานมากเกินไป เพราะอาจทำให้เกิดรอยบากได้
เคล็ดลับการตลาดหรือตัวอย่างที่เป็นประโยชน์?
แบรนด์ต่างๆ รู้ว่า "200 MP" น่าดึงดูดใจมากกว่า "พิกเซล 2 μm" ข้อเรียกร้องเชิงพาณิชย์มีอยู่ และเราไม่ควรไร้เดียงสา แต่ก็จริงเช่นกันว่าการถ่ายแบบ Binning เมื่อทำได้ดี จะให้ความสมดุลที่น่าสนใจ: รายละเอียดเมื่อแสงเหมาะสมและ ประสิทธิภาพแสงน้อยที่มั่นคง โดยไม่มีโมดูลขนาดยักษ์
ผู้ผลิตบางรายเปิดตัวเซ็นเซอร์ 108–200 MP พร้อม binning และเดิมพันด้วย เส้นขนานที่มีเมกะพิกเซลน้อยกว่าและพิกเซลใหญ่กว่าทั้งสองเป็นปรัชญาที่เสริมกัน คือ ความเก่งกาจและความกระชับในด้านหนึ่ง และความอ่อนไหวตามแบบฉบับพื้นเมืองในอีกด้านหนึ่ง
เหนือกว่ามือถือ: วิสัยทัศน์ของเครื่องจักรและอุตสาหกรรม
ความคิดของ เพิ่มพิกเซลเพื่อเพิ่มความไว นอกจากนี้ยังสามารถใช้งานร่วมกับกล้องอุตสาหกรรมขนาดกะทัดรัด ระบบวิชั่นแบบบูรณาการ อุปกรณ์เฝ้าระวัง และแม้แต่การถ่ายภาพดาราศาสตร์น้ำหนักเบา เมื่อการออกแบบจำเป็นต้องใช้โมดูลขนาดเล็ก แต่การใช้งานต้องการแสงมากขึ้น การแบ่งกลุ่มช่วยได้โดยไม่ทำให้ต้นทุนหรือขนาดเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้น
นอกจากนี้ยังช่วยให้ ปรับการจัดวาง (2×2, 3×3, 4×4) สำหรับการใช้งานเฉพาะ โดยต้องปรับสมดุลความละเอียดและความไวตามสภาพแวดล้อม ซึ่งถือเป็นสิ่งที่มีคุณค่าสูงในระบบฝังตัวและโซลูชันที่ปรับแต่งตามความต้องการ
หากมองในมุมมองนี้ การรวมพิกเซลเป็นเพียงเครื่องมืออีกชิ้นหนึ่งในคลังอาวุธการถ่ายภาพด้วยมือถือเท่านั้น มันไม่ได้ทดแทนเซนเซอร์ขนาดใหญ่แต่จะทำให้คุณได้ภาพที่สะอาดขึ้นเมื่อแสงไม่เพียงพอ ลดสัญญาณรบกวน และปรับปรุงช่วงไดนามิก และในวันที่สดใสและมีแดด คุณสามารถปิดได้เพื่อใช้ประโยชน์จากเมกะพิกเซลอย่างเต็มที่ หรือจะใช้แบบที่สะดวกก็ได้หากคุณต้องการแชร์อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องคิดมาก
