مفهوم اصلی ادغام پیکسل چیست و چگونه کار می کند؟ چه مزایایی دارد؟

وضوح و حساسیت تصویر همیشه یک هدف مشترک برای کاربران و توسعه دهندگان بوده است. در سال های اخیر، تکنیک "binning پیکسل" به یک موضوع داغ تبدیل شده است که حساسیت دوربین هایی با اندازه پیکسل های کوچک را به روشی منحصر به فرد بهبود می بخشد تا بتوان تصاویر با کیفیت بالا را در شرایط کم نور ثبت کرد. در حالی که اصطلاح ادغام پیکسل بیشتر در دوربین های گوشی های هوشمند استفاده می شود، همچنین شروع به یافتن کاربردهایی در بینایی ماشین و بینایی تعبیه شده کرده است.

در این مقاله نگاهی عمیق خواهیم داشت به نحوه عملکرد پیکسل ها و اینکه چگونه می تواند اندازه پیکسل های بزرگتر را با ادغام پیکسل ها شبیه سازی کند، بنابراین حساسیت دوربین را بدون افزایش اندازه سنسور افزایش می دهد.

پیکسل ها چه نقشی در دید تعبیه شده و دوربین ها دارند؟

قبل از بررسی فناوری binning پیکسل، ابتدا باید نقش پیکسل ها را در بینایی تعبیه شده و دوربین ها درک کنیم. پیکسل ها که به عنوان گیرنده های نوری نیز شناخته می شوند، نقاط فیزیکی روی سنسور دوربین هستند که وظیفه گرفتن نور برای تشکیل تصویر را بر عهده دارند. اندازه یک پیکسل معمولا بر حسب میکرون (یک میلیونیم میکرون) اندازه گیری می شود و پیکسل های کوچکتر از یک میکرون بسیار کوچک در نظر گرفته می شوند.

پیکسل های بزرگتر می توانند نور بیشتری نسبت به پیکسل های کوچکتر جمع آوری کنند، که به ویژه در محیط هایی که نور کمیاب است مهم است. بنابراین، برای به دست آوردن کیفیت تصویر مطلوب در این شرایط، معمولا تمایل داریم سنسورهایی با اندازه پیکسل بزرگتر انتخاب کنیم. با این حال، پیکسل های کوچکتر نیز مزایای خود را دارند زیرا می توانند اشیاء و جزئیات کوچکتر را ثبت کنند. به عنوان مثال، SNS-USB2160-v1.0-a Sinoseenدوربین USB کوچک 2 مگاپیکسلی - دارای اندازه پیکسل 1.4 میکرون است، که کوچکتر در نظر گرفته می شود، در حالی که D694P1-A2-E-aدوربین USB 2 مگاپیکسلی HDR - دارای اندازه پیکسل 3 میکرون است، که بزرگتر در نظر گرفته می شود.

این زمانی است که مشکل پیش می آید. اگر یک دوربین با وضوح بالا می خواهید، اندازه پیکسل کوچکتر آن، حساسیت دوربین را محدود می کند. و اگر دوربینی با اندازه پیکسل بزرگتر انتخاب کنید، اندازه سنسور بر این اساس افزایش می یابد. اگر برنامه شما به هر دو مزیت یک دوربین با اندازه پیکسل کوچک نیاز دارد، مانند گرفتن اشیاء کوچک در حالی که هنوز حساسیت خوبی دارد، روش های سنتی کافی نیستند.

اینجاست که بنینگ پیکسل وارد عمل می شود. دوربین های بنینگ تصویر می توانند اندازه پیکسل های بزرگتر را بدون انتخاب سنسور بزرگتر شبیه سازی کنند. در بخش های بعدی به این مفهوم با جزئیات بیشتری خواهیم پرداخت.

تعریف ادغام تصویر

معنی Binning چیست؟بنینگ پیکسل یک تکنیک نوآورانه پردازش تصویر است که با ترکیب سیگنال های الکتریکی پیکسل های همسایه به طور موثر اندازه پیکسل های حسگر را افزایش می دهد، بنابراین حساسیت بیشتری را برای دوربین های با اندازه پیکسل کوچک فراهم می کند.
در هسته خود، فناوری binning پیکسل به دوربین ها اجازه می دهد تا با ترکیب چندین پیکسل بدون به خطر انداختن وضوح، اندازه پیکسل های بزرگتر را شبیه سازی کنند. این تکنیک یک راه حل ایده آل برای کاربردهای دوربین است که به دنبال افزایش حساسیت و در عین حال حفظ طراحی مینیاتوری هستند.

Pixel Binning چگونه کار می کند

فناوری بنینگ پیکسل در سطح پردازنده سیگنال تصویر از طریق روش موزاییک زدایی پیاده سازی می شود که اطلاعات چهار پیکسل همسایه را در یک پیکسل ترکیب می کند. این فرآیند شامل ترکیب شبکه ای از 2×2، 2×1، 3×3 یا 4×4 پیکسل در یک "سوپرپیکسل" بزرگتر است.

در طول فرآیند ادغام پیکسل، اطلاعات هر پیکسل در یک پیکسل بزرگ ادغام می شود. این بدان معناست که در مورد ادغام 4 به 1 یا 2×2 پیکسل، به عنوان مثال، وضوح موثر تصویر به 1/4 وضوح سنسور کاهش می یابد. با این حال، برای اکثر برنامه های بینایی تعبیه شده، این معاوضه وضوح قابل قبول است، زیرا اغلب می توان مقدار مشخصی از وضوح را برای کیفیت تصویر بهتر هنگام گرفتن تصاویر در محیط های کم نور قربانی کرد. دریافتنیک عکس به چند پیکسل نیاز دارد.

کلید ادغام پیکسل ها این است که چقدر از طرح های حسگر موجود استفاده می کند. با ترکیب داده های پیکسل های همسایه، دوربین می تواند عملکرد حساس به نور خود را بدون افزایش اندازه فیزیکی سنسور بهبود بخشد. این تکنیک به ویژه برای برنامه هایی که نیاز به حساسیت بالا در یک فضای جمع و جور دارند، مانند دستگاه های تلفن همراه یا دوربین های صنعتی مینیاتوری، ارزشمند است.

علاوه بر این، ادغام پیکسل با اجازه دادن به توسعه دهندگان برای انتخاب انواع مختلف ادغام (به عنوان مثال، 2×2، 3×3، 4×4 و غیره) انعطاف پذیری را فراهم می کند تا مناسب ترین ترکیب وضوح و اندازه پیکسل را برای نیازهای خاص برنامه پیدا کنند. این انعطاف پذیری ادغام پیکسل را برای پیاده سازی راه حل های دوربین سفارشی ایده آل می کند.

مزایای استفاده از pixel binning در اپلیکیشن های بینایی تعبیه شده

فناوری بنینگ پیکسل چندین مزیت قابل توجه را ارائه می دهد که آن را به ابزاری قدرتمند برای بهبود عملکرد ماژول های دوربین با اندازه پیکسل کوچک تبدیل می کند.

• حساسیت بالاتر:با ادغام پیکسل ها، حساسیت دوربین بسیار بهبود می یابد که به ویژه در برنامه های دید در شب و محیط های کم نور مفید است. پیکسل های بزرگتر نور بیشتری را جذب می کنند و در نتیجه حتی در شرایط کم نور نیز تصاویری با کیفیت بالا به دست می آورند.
• انعطاف پذیری و سفارشی سازی:انواع مختلف ادغام پیکسل (به عنوان مثال، 2×2، 3×3، 4×4 و غیره) انعطاف پذیری را فراهم می کند و به توسعه دهندگان اجازه می دهد مناسب ترین ترکیب وضوح و اندازه پیکسل را برای نیازهای یک برنامه خاص انتخاب کنند. این یک مزیت بزرگ برای توسعه دهندگانی است که باید راه حل های دوربین خود را متناسب با محیط های کاربردی خاص سفارشی کنند.
• طرح های مینیاتوری:با کوچکتر و کوچکتر شدن سیستم های تعبیه شده، دوربین هایی با قابلیت ادغام پیکسل می توانند به محدود کردن اندازه دوربین و در عین حال دستیابی به حساسیت مورد نظر کمک کنند. این به توسعه دهندگان محصول فضای بیشتری برای قرار دادن سایر اجزای سخت افزاری در دستگاه می دهد و در نتیجه طراحی فشرده تری ایجاد می کند.
• مناسب برای کاربردهای خاص:در حالی که ادغام پیکسل ممکن است برای توجیه معاوضه وضوح در نور روشن کافی نباشد، در برنامه هایی که افزایش حساسیت مورد نیاز است، مانند نظارت امنیتی، عکاسی نجومی یا تصویربرداری زیست پزشکی، ادغام پیکسل افزایش عملکرد قابل توجهی را فراهم می کند.
• بهره وری هزینه:ادغام پیکسل اجازه می دهد تا با استفاده از فناوری حسگر موجود بدون نیاز به سرمایه گذاری در سنسورهای گران تر و بزرگتر، عملکرد بالاتری به دست آید. این امر آن را به یک راه حل مقرون به صرفه تبدیل می کند، به خصوص برای پروژه هایی با بودجه محدود.

به طور خلاصه، در حالی که تلفیق پیکسل ممکن است برای همه برنامه های دوربین مناسب نباشد، مزایای عملکرد قابل توجهی را در برنامه هایی که نیاز به کار در شرایط کم نور دارند، ارائه می دهد. ادغام پیکسل یک انتخاب ایده آل برای برنامه های دوربین است که به دنبال افزایش حساسیت و در عین حال حفظ طراحی مینیاتوری هستند.

نتیجه

در نتیجه، ترکیب پیکسل نه تنها وسیله ای موثر برای حل مشکلات عملکرد کم نور است، بلکه عامل مهمی در پیشرفت فناوری بینایی تعبیه شده است. با ادامه پیشرفت فناوری، می توانیم انتظار داشته باشیم که در آینده شاهد برنامه های نوآورانه تری بر اساس بنینگ پیکسل باشیم تا کیفیت تصویر و تجربه کاربری را بیشتر بهبود بخشیم.

Sinoseen، به عنوانتولید کننده ماژول های دوربین تعبیه شده، بیش از 14 سال تجربه در این زمینه دارد، با محصولاتی که شامل ویژگی هایی مانند وضوح بالا، آرایه های بدون فیلتر رنگی و اندازه پیکسل های کوچک است. ایده آل برای کاربردهایی مانند میکروسکوپ دیجیتال، تشخیص خودکار پلاک خودرو و بازرسی کیفیت.

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