几年前，智能手机相机是不同的。2017 年，谷歌 Pixel 2、三星 Galaxy Note8 和苹果 iPhone 8 的后置摄像头都配备了 12 兆像素传感器。快进到今天，大多数手机，从谷歌 Pixel 7 Pro到三星 Galaxy S22 和 Galaxy 22+，都配备了 50 兆像素的主传感器，而 S22 Ultra 则配备了 108 像素的射手。苹果甚至变得聪明起来，在其最新的 iPhone 14 Pro 中安装了一个 48 兆像素的主摄像头。
Android 手机摄像头的百万像素数量已激增至数百个。如果您使用过这些高像素相机中的任何一个，您可能已经注意到它们默认情况下不会踢出 50 像素或 108 像素的图像。Google Pixel 7 甚至没有保存全分辨率照片的选项。那么所有这些像素都去了哪里?
什么是像素合并?
像素合并是组合多个相邻像素以创建超级像素的过程。在数据处理中，分箱是将数据点分类到组(或分箱)中的过程。在数码摄影中，合并的数据点是单个像素，有时称为光点。
根据手机相机中图像传感器的全分辨率，像素被分成四个或九个一组(您可能会看到这分别被描述为“tetra-binning”或“nona-binning”)。Galaxy S22 Ultra 与之前的几款高端三星手机一样，使用像素合并来组合九个相邻像素组，使用其 108 兆像素图像传感器拍摄 12 兆像素照片(数学计算：108 ÷ 9 = 12 ). 在 Pixel 7 和 Pixel 7 Pro 中，每个 bin 设置四个像素以创建 12.5 兆像素的照片(50 ÷ 4 = 12.5)。
像素合并有什么作用?
但是为什么要这样做呢?我们向高通相机计算机视觉和视频产品管理副总裁 Judd Heape提出了这个问题。答案归结为光敏性和空间限制。
在它们的表面上，相机传感器有成千上万的像素，这些像素是感知光线的离散单元。随着智能手机相机分辨率的提高，这些传感器表面的像素数量也在增加。虽然将更多像素塞入同一物理区域可让您的手机相机更能看到精细的细节，但它会限制相机在弱光下的工作能力，并导致照片的动态范围较差。
“小像素无法捕获那么多的光，”希普解释道。“这是基础物理学。” 现代智能手机像素很小。像素大小在 1 μm(单个微米或微米)左右的情况并不少见。综上所述，人类头发的平均厚度约为 80 微米。
更大的像素通常意味着更好的图像质量，尤其是在低光照条件下。像素大小很重要，因为像素越小，它收集入射光的表面积就越小。在其他条件相同的情况下，具有 0.8 μm 像素的传感器拍摄的照片比具有 1.2 μm 像素的传感器拍摄的照片更暗。
制造商可以采取一些措施来解决这个问题。许多智能手机摄像头通过一种称为计算摄影的技术结合来自多个帧的信息，使用软件创建包含多张照片数据的单个图像。还可以选择使用物理上更大的传感器，让每个像素有更多的表面积来收集光线。
谷歌在 Pixel 7 系列的主摄像头上使用了一个相对较大的 1/1.31 英寸传感器，这使其具有相对较大的像素尺寸和较高的百万像素数。然而，这种方法需要为摄像头硬件留出更多的内部空间，这意味着你最终要么为其他部件留出更少的空间，比如电池，要么就是一个独特的摄像头凸起，就像谷歌最近的 Pixel 手机中看到的那样。
像素合并如何工作?
Pixel binning 将相邻像素组合起来，以创建人为的大“超像素”，这些“超像素”具有比其组成 photosites 本身更高的感光度。在大多数数码相机中，图像传感器上的每个像素都会过滤光线以仅收集特定波长。从广义上讲，25% 的像素被调为红光，25% 被调为蓝光，50% 被调为绿光(绿色得到额外代表，因为人眼对绿光比其他颜色更敏感).
当手机使用像素合并时，其图像信号处理器 (ISP) 将来自四个(或九个，在非合并的情况下)相邻相似颜色像素的输入平均为超像素以生成图像数据。Heape 说，结果是一种权衡：“分辨率下降，感光度上升。”
您无法通过组合较小的像素来完全复制物理大像素的低光性能。正如 Heape 所说，“它们之间的距离不是无限小”，因此像素合并会导致额外的伪影。请记住，我们正在处理字面上头发宽度的分数。像素之间的距离是微观的，软件已经变得擅长填补像素合并等技术引入的微小数据差距。
像素合并 9x
非分箱。
由于像素合并可以在很大程度上弥补具有小像素的相机传感器固有的弱光缺陷，这也意味着依赖于高像素分辨率的功能不必仅限于具有物理巨大相机传感器的手机。例如，S22 Ultra 支持 8K 视频录制，这在更传统的 12 兆像素相机传感器上实际上是不可能的。
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