مفهوم اصلی ادغام پیکسل چیست و چگونه کار می کند؟ مزایا چیست؟

وضوح تصویر و حساسیت همیشه هدف مشترکی برای کاربران و توسعه‌دهندگان بوده است. در سال‌های اخیر، تکنیک "ادغام پیکسل" به موضوع داغی تبدیل شده است که حساسیت دوربین‌ها با اندازه پیکسل‌های کوچک را به روشی منحصر به فرد بهبود می‌بخشد تا تصاویر با کیفیت بالا در شرایط نور کم ثبت شوند. در حالی که اصطلاح ادغام پیکسل بیشتر در دوربین‌های گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود، اما به‌تدریج در بینایی ماشین و بینایی تعبیه‌شده نیز کاربردهایی پیدا می‌کند.

در این مقاله به بررسی عمیق چگونگی عملکرد ادغام پیکسل و چگونگی شبیه‌سازی اندازه‌های بزرگتر پیکسل با ادغام پیکسل‌ها خواهیم پرداخت، و بدین ترتیب حساسیت دوربین را بدون افزایش اندازه سنسور افزایش خواهیم داد.

پیکسل‌ها چه نقشی در بینایی تعبیه‌شده و دوربین‌ها ایفا می‌کنند؟

قبل از بررسی فناوری بایندینگ پیکسل، ابتدا باید نقش پیکسل‌ها را در بینایی جاسازی شده و دوربین‌ها درک کنیم. پیکسل‌ها، که به عنوان فوتورسپتورها نیز شناخته می‌شوند، نقاط فیزیکی روی سنسور دوربین هستند که مسئول ضبط نور برای تشکیل تصویر می‌باشند. اندازه یک پیکسل معمولاً به میکرون (یک میلیونم میکرون) اندازه‌گیری می‌شود و پیکسل‌های کوچکتر از یک میکرون به عنوان بسیار کوچک در نظر گرفته می‌شوند.

پیکسل‌های بزرگتر می‌توانند نور بیشتری نسبت به پیکسل‌های کوچکتر جمع‌آوری کنند، که این موضوع به ویژه در محیط‌هایی که نور کم است، اهمیت دارد. بنابراین، برای به دست آوردن کیفیت تصویر مطلوب در این شرایط، معمولاً تمایل داریم سنسورهایی با اندازه پیکسل بزرگتر انتخاب کنیم. با این حال، پیکسل‌های کوچکتر نیز مزایای خود را دارند زیرا قادر به ضبط اشیاء و جزئیات کوچکتر هستند. به عنوان مثال، دوربین USB کوچک و جمع و جور 2 مگاپیکسلی Sinoseen مدل SNS-USB2160-v1.0-aدارای اندازه پیکسل 1.4 میکرون استکه به عنوان کوچکتر در نظر گرفته می‌شود، در حالی که دوربین USB HDR 2 مگاپیکسلی D694P1-A2-E-aدارای اندازه پیکسل 3 میکرون است.که بزرگتر در نظر گرفته می‌شود.

این زمانی است که مشکل پیش می‌آید. اگر شما یک دوربین با وضوح بالا می‌خواهید، اندازه کوچک‌تر پیکسل آن، حساسیت دوربین را محدود می‌کند. و اگر دوربینی با اندازه پیکسل بزرگ‌تر انتخاب کنید، اندازه سنسور به طور متناسب افزایش می‌یابد. اگر برنامه شما به هر دو مزیت دوربین با اندازه پیکسل کوچک، مانند ضبط اشیاء ریز در حالی که هنوز حساسیت خوبی دارید، نیاز دارد، روش‌های سنتی کافی نیستند.

اینجاست که ترکیب پیکسل به کار می‌آید. دوربین‌های ترکیب تصویر قادرند اندازه‌های پیکسل بزرگ‌تر را بدون انتخاب سنسور بزرگ‌تر شبیه‌سازی کنند. در بخش‌های بعدی به این مفهوم به طور دقیق‌تری خواهیم پرداخت.

تعریف ادغام تصویر

معنی ترکیب چیست؟ترکیب پیکسل یک تکنیک نوآورانه پردازش تصویر است که به طور مؤثری اندازه پیکسل‌های سنسور را با ترکیب سیگنال‌های الکتریکی پیکسل‌های همسایه افزایش می‌دهد و در نتیجه حساسیت بهتری برای دوربین‌های با اندازه پیکسل کوچک فراهم می‌کند.
در اصل، فناوری باینینگ پیکسل به دوربین‌ها این امکان را می‌دهد که با ترکیب چندین پیکسل، اندازه‌های بزرگتر پیکسل را شبیه‌سازی کنند بدون اینکه وضوح را فدای کنند. این تکنیک یک راه‌حل ایده‌آل برای برنامه‌های دوربین است که به دنبال افزایش حساسیت در عین حفظ طراحی مینیاتوری هستند.

نحوه کار باینینگ پیکسل

فناوری باینینگ پیکسل در سطح پردازشگر سیگنال تصویر از طریق روش دمو ساسینگ پیاده‌سازی می‌شود، که اطلاعات چهار پیکسل همسایه را به یک پیکسل واحد ترکیب می‌کند. این فرآیند شامل ترکیب یک شبکه از پیکسل‌های ۲×۲، ۲×۱، ۳×۳ یا ۴×۴ به یک "سوپرپیکسل" بزرگتر است.

در فرآیند ادغام پیکسل، اطلاعات هر پیکسل به یک پیکسل بزرگتر ادغام می‌شود. این بدان معناست که در مورد ادغام پیکسل ۴ به ۱ یا ۲×۲، به عنوان مثال، وضوح مؤثر تصویر به ۱/۴ وضوح سنسور کاهش می‌یابد؛ با این حال، برای اکثر برنامه‌های بینایی جاسازی شده، این معامله وضوح قابل قبول است، زیرا مقدار معینی از وضوح معمولاً می‌تواند برای بهبود کیفیت تصویر هنگام ضبط تصاویر در محیط‌های کم‌نور فدای شود.چقدر پیکسل برای یک عکس نیاز است.

کلید ادغام پیکسل این است که چگونه به طور مؤثر از طراحی‌های موجود سنسور استفاده می‌کند. با ترکیب داده‌ها از پیکسل‌های همسایه، دوربین قادر است عملکرد حساس به نور خود را بدون افزایش اندازه فیزیکی سنسور بهبود بخشد. این تکنیک به ویژه برای برنامه‌هایی که به حساسیت بالا در فضای فشرده نیاز دارند، مانند دستگاه‌های موبایل یا دوربین‌های صنعتی مینیاتوری، ارزشمند است.

علاوه بر این، ادغام پیکسل‌ها با ارائه انعطاف‌پذیری به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهد که انواع مختلف ادغام (مانند 2×2، 3×3، 4×4 و غیره) را انتخاب کنند تا مناسب‌ترین ترکیب از وضوح و اندازه پیکسل را برای نیازهای خاص برنامه پیدا کنند. این انعطاف‌پذیری ادغام پیکسل‌ها را برای پیاده‌سازی راه‌حل‌های دوربین سفارشی ایده‌آل می‌سازد.

مزایای استفاده از ادغام پیکسل در برنامه‌های بینایی جاسازی شده

فناوری ادغام پیکسل چندین مزیت قابل توجه ارائه می‌دهد که آن را به ابزاری قدرتمند برای بهبود عملکرد ماژول‌های دوربین با اندازه پیکسل کوچک تبدیل می‌کند.

• حساسیت بالاتر:با ادغام پیکسل‌ها، حساسیت دوربین به طور قابل توجهی بهبود می‌یابد که به ویژه در برنامه‌های دید در شب و محیط‌های کم نور مفید است. پیکسل‌های بزرگ‌تر نور بیشتری را جذب می‌کنند و در نتیجه تصاویر با کیفیت بالا حتی در شرایط نور کم تولید می‌کنند.
• انعطاف‌پذیری و سفارشی‌سازی:انواع مختلف ادغام پیکسل (مانند 2×2، 3×3، 4×4 و غیره) انعطاف‌پذیری را فراهم می‌کنند و به توسعه‌دهندگان این امکان را می‌دهند که مناسب‌ترین ترکیب از وضوح و اندازه پیکسل را برای نیازهای یک برنامه خاص انتخاب کنند. این یک مزیت بزرگ برای توسعه‌دهندگانی است که نیاز دارند راه‌حل‌های دوربین خود را برای محیط‌های خاص برنامه سفارشی کنند.
• طراحی‌های مینیاتوری:با کوچک‌تر شدن سیستم‌های جاسازی شده، دوربین‌هایی با قابلیت ادغام پیکسل می‌توانند به محدود کردن اندازه دوربین در حالی که حساسیت مورد نظر را به دست می‌آورند، کمک کنند. این به توسعه‌دهندگان محصول فضای بیشتری برای جای دادن سایر اجزای سخت‌افزاری در دستگاه می‌دهد و منجر به طراحی فشرده‌تری می‌شود.
• مناسب برای برنامه‌های خاص:در حالی که ادغام پیکسل ممکن است برای توجیه معامله وضوح در نور روشن کافی نباشد، در برنامه‌هایی که نیاز به حساسیت بیشتری دارند، مانند نظارت امنیتی، عکاسی نجومی یا تصویربرداری بیومدیکال، ادغام پیکسل یک افزایش عملکرد قابل توجهی را فراهم می‌کند.
• صرفه‌جویی در هزینه:ادغام پیکسل اجازه می‌دهد تا عملکرد بالاتری با استفاده از فناوری حسگر موجود بدون نیاز به سرمایه‌گذاری در حسگرهای بزرگتر و گران‌تر به دست آید. این یک راه‌حل مقرون به صرفه است، به‌ویژه برای پروژه‌هایی با بودجه محدود.

به طور خلاصه، در حالی که تجمیع پیکسل ممکن است برای تمام کاربردهای دوربین مناسب نباشد، اما در کاربردهایی که نیاز به کار در شرایط نور کم دارند، مزایای عملکرد قابل توجهی را ارائه می‌دهد. ادغام پیکسل انتخاب ایده‌آلی برای کاربردهای دوربین است که به دنبال افزایش حساسیت در عین حفظ طراحی مینیاتوری هستند.

نتیجه گیری

در نتیجه، تجمیع پیکسل نه تنها یک روش مؤثر برای حل مشکلات عملکرد در نور کم است، بلکه یک عامل مهم در پیشرفت فناوری بینایی جاسازی شده نیز می‌باشد. با ادامه پیشرفت این فناوری، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که در آینده شاهد کاربردهای نوآورانه‌تری بر اساس تجمیع پیکسل برای بهبود بیشتر کیفیت تصویر و تجربه کاربری باشیم.

سینوسین، به عنوانیک تولیدکننده ماژول‌های دوربین جاسازی شدهبیش از 14 سال تجربه در این زمینه دارد، با محصولاتی که شامل ویژگی‌هایی مانند وضوح بالا، آرایه‌های بدون فیلتر رنگ و اندازه‌های کوچک پیکسل است. ایده‌آل برای کاربردهایی مانند میکروسکوپی دیجیتال، شناسایی خودکار شماره‌plates و بازرسی کیفیت.

اگر به یک ماژول دوربین USB 3.0 سفارشی، دوربین GMSL یا ماژول دوربین MIPI برای ادغام در محصول خود نیاز دارید، لطفاً با ما تماس بگیرید یابه صفحه محصول ما مراجعه کنید.