スマートフォン業界はカメラの覇権を巡る全面戦争を続けており、各ブランドはできるだけ多くのカメラにできるだけ多くのピクセルを詰め込もうとしている。わずかな から、Galaxy S22 Ultra のような携帯電話に搭載されている 1 億 8 メガピクセルのスナッパーまで、その数は増えるばかりのようです。
間もなく、 物事を次のレベルに引き上げます。しかし、このメガピクセルの魔法の中心となるのはピクセル ビニングと呼ばれるテクノロジーであり、これがカメラの成功の鍵となります。ただし、すべてのピクセル ビニングが同じというわけではありません。 Samsung は、 Galaxy S22 で「tetra」4-in-1 ピクセル ビニングを使用し、 Galaxy S22 Ultra で「nona」9-in-1 ピクセル ビニングを使用します。これらすべてに違いはありますか?私たちはそれを知りました。
ピクセルビニングが必要な理由
ピクセルビニングは何をするのでしょうか?つまり、隣接するピクセルが 1 つの大きな「スーパー ピクセル」として機能し、より多くのデータを収集して、より正確な色とノイズの少ない明るい写真を提供できるようになります。技術的な詳細に入る前に、そもそもなぜそれが起こるのかを理解することが重要です。
携帯電話のカメラ センサーは、前面のレンズから供給されるすべての光学情報を収集して処理するコンポーネントです。センサーは基本的にピクセルのプレートです。実際には何百万ものものがあります。植物の細胞と同じように、ピクセルは光を吸収し、信号変換を受けて 携帯電話の画面に表示される画像を生成します 。
しかし、ここが奇妙な部分です。ピクセル数が多いほど、画像の解像度が高くなり、より詳細で鮮明な画像が得られます。ただし、ピクセルを追加し続けると、それに対応するためにセンサーのサイズも大きくなる必要があります。 10MP から 200MP にすると、カメラセンサーは 20 倍大きくなります。しかし、スマートフォンのシャーシ内にはイメージセンサーを取り付けるために利用できるスペースが限られているため、そのようなサイズの拡大は不可能です。
この問題を解決するために、ピクセルのサイズを縮小し、センサー プレートのサイズをあまり大きくせずに、より多くの感光素子をセンサー プレート上に配置します。ただし、ピクセルが小さくなるほど、光の吸収が悪くなり、その結果、細部や色の光沢が失われます。そこで、より多くの光を吸収できる大きなピクセルをアルゴリズムで作成するピクセルビニング技術が役に立ちます。これが起こると、 見栄えの良い写真が得られます 。
ピクセルビニングの利点は簡単にわかります
このアルゴリズムが動作を開始すると、より多くの光データを吸収する、より大きなスーパー ピクセルが作成されます。これは、カメラセンサーができるだけ多くの光を集める必要がある低照度環境では特に重要です。 Galaxy S22 のテトラ ピクセル ビニングの場合、同じ色の 4 つの隣接するピクセルが 1 つにマージされると、それらの光感度は 4 倍に増加します。
その結果、ピクセルビニングされた写真は、より鮮明でコントラストが高く、より明るくなります。上の画像は 、Galaxy S22 のプライマリ カメラ のネイティブ 50MP 解像度でキャプチャされました。粒子のレベルとぼやけたエッジに注目してください。以下は、S22 で撮影した同じ被写体のピクセルビニングされた 12.5MP ショットです。輪郭がはっきりしており、エッジの周りのプロファイルがより明るく、色再現がはるかに優れています。
ただし、ピクセル ビニングの利点は低照度の写真撮影に限定されません。実際、この技術により HDR (ハイ ダイナミック レンジ) 出力も向上します。高コントラストの被写体や周囲の写真を撮影する場合、ピクセルビニング技術は再び目に見えるメリットをもたらします。
各ピクセル グループ (その色に基づいて) は、異なるレベルの感光性と露光時間を持っています。これは、ピクセル グループがセグメント化された形式で、より高い精度で光情報を収集することを意味します。その結果、各ピクセル アレイによって収集された光学データに HDR 処理が適用されると、色精度が向上し、ダイナミック レンジが向上し、パンチの効いた写真が得られます。
サムスンのピクセルビニングに対するさまざまなアプローチ
ピクセル ビニングのスケールは、ピクセル自体の数によって異なります。たとえば、48MP カメラは 4 つのピクセルを 1 つの人工的に拡大されたスーパー ピクセルに結合して、12MP の写真を提供します。ブランドがこれを 4-in-1 ピクセル ビニングとして販売しているのはこのためです。同様に、500 万ピクセルまたは 6,400 万ピクセルのカメラセンサーは、それぞれ 12.5MP と 16MP の画像を生成します。 Samsung のマーケティング用語では、このプロセスを定義する「テトラセル」という名前に遭遇するかもしれません。
技術レベルでは、ピクセルは実際には物理的に移動したり結合したりしません。代わりに、リモザイク アルゴリズムを使用して ソフトウェア レベルで実行されます 。個々のピクセルの配置は引き続き通常の RGB です。 Tetracell の仕事は、同じカラー フィルターを持つピクセルを 2×2 ピクセル アレイ内で隣り合ってグループ化し、それらを結合してより多くの光を集めるためのより大きな人工 RGB ピクセル アレイを作成することです。上の画像を見て、それがどうなるかを見てみましょう。
Galaxy S22 の 50MP カメラは 1 ミクロン ピクセルを採用していますが、ピクセル ビニング技術が作動すると、隣接する 1 ミクロン ピクセルの 2×2 配列が結合されます。これにより、幅 2 ミクロンのより大きなスーパー ピクセルが得られます。これがテトラ法です。しかし、Galaxy S22 Ultra のような携帯電話に 108MP カメラが搭載されている場合、ピクセルのサイズはさらに小さくなります。
この 108MP センサーは、4-in-1 ピクセル ビニングの代わりに、Samsung が「Nonacell」技術と呼ぶものに依存しています。隣接する 9 つのピクセルを 1 つに結合します。この 3×3 ピクセル アレイの結合により、サイズが 2.4 ミクロンのより大きなスーパー ピクセルが作成されます。そうすることで、解像度はネイティブの 108MP から 12MP に下がりますが、写真はより明るくなり、色の精度も向上します。これは nona ピクセル ビニング方式です。
上で述べたように、小さなピクセルは光データの収集に苦労するため、写真の細部が失われます。上の左の画像は、Galaxy S22 Ultra のプライマリ カメラ センサーで撮影されたフル解像度 108MP 写真の一部であり、より小さな 0.8 ミクロン ピクセルが搭載されています。右側は 、Galaxy S22 のメインカメラで撮影された 50MP ショットから切り取られたセグメントで、より大きな 1 ミクロンのピクセルが詰め込まれています。ピクセルが大きくなったことで、Galaxy S22 のカメラ センサーはより多くの光データを収集し、その結果、シャープネスが向上し、露出が大幅に向上し、レザー ブレスレットの詳細をより詳細に確認できるようになりました。
ただし、ピクセル ビニングが開始されると、Galaxy S22 Ultra のカメラ センサーは、人工的に小さな 2 ミクロン スーパー ピクセルを作成する Galaxy S22 のプライマリ カメラよりも多くの光データを収集する、より大きな 2.4 ミクロン スーパー ピクセルを作成します。当然のことながら、結果は逆転します。
上の画像でわかるように、Galaxy S22 Ultra のより大きなスーパー ピクセルは、シャープネスの高度な制御、より多くの表面の詳細、より優れた色の精度により、被写体の分離を改善します。しかし、ピクセル ビニングは、暗い場所で細部を明らかにすることだけを目的とするものではありません。また、色の再現、ダイナミック レンジ、その他の重要なパラメーターの管理にも大きな役割を果たします。
上の左の画像では、Galaxy S22 Ultra の同じシーンの 108MP スナップと比較して、Galaxy S22 はフル解像度の 50MP ショットで被写体の露出、深度推定、色の再現においてはるかに優れた仕事をしています。 Galaxy S22 Ultra のプライマリ カメラの ピクセルが小さいため、建物の色が褪せ、全体的にパンチの効いたプロファイルが得られません。
低照度のシナリオと同様に、ピクセル ビニングによって再び違いが強調表示され、結果が反転します。 Galaxy S22 Ultra のカメラ センサーによって生成されたより大きなスーパー ピクセルのおかげで、上の右側のキャプチャ画像はレンガの溝をより正確に描写しており、通常の Galaxy S22 で撮影した写真よりも色が現実に近くなりました。ただし、ここで指摘しておきたいのは、ピクセル ビニングが画質を決定する唯一の要素ではないということです。 多くは、センサーのメーカー、基礎となるアルゴリズム、絞りなどの要因に依存します 。
スマートフォンにおけるピクセルビニングの将来
ピクセル戦争の終わりが見えない中、次の進化は 200MP カメラセンサーです。実際、モトローラは、このような強力な画像処理ハードウェアを搭載した最初の携帯電話を発売すると噂されています。この場合、リモザイク アルゴリズムは 16 ピクセル以上を 1 つの大きな単位に結合します。サムスン独自の 200MP ISOCELL HP-1 センサーを例に挙げます。これは、新しいハイブリッド形式のピクセル ビニングを導入しています。
照明の状況に応じて、2 段階で行われるハイブリッド 4×4 ピクセル ビニング プロセスが実行されます。まず、センサーは 0.64 ミクロンのピクセルの 2×2 アレイを含む 4-in-1 ビニングを実行します。これにより、1.28 ミクロンのより大きなスーパー ピクセルが作成され、50 メガピクセルの解像度で写真が生成されます。次に、センサーは 1.28 ミクロンのピクセルの 2×2 アレイを含む 4-in-1 ビニングの別のラウンドを実行し、2.56 ミクロンのさらに大きなスーパー ピクセルを作成します。このプロセスが終了すると、最終的な画像解像度は管理可能な 1,250 万ピクセルに低下します。
ピクセル ビニングが非常に必要な理由はそこにあります。スマートフォンのカメラセンサーのピクセル数が増え続けるにつれて、高品質のピクセルビニングの必要性がますます重要になっています。そしてそれは常に進化し続けるテクノロジーです。テトラ、ノーナ、または前述のハイブリッド ピクセル ビニングのいずれであっても、企業はさまざまなカメラにどの方法が最適であるかを依然として考え出しています。