Qual è il concetto di base della fusione dei pixel e come funziona? Quali sono i vantaggi?

La nitidezza e la sensibilità delle immagini sono sempre state un obiettivo comune sia per gli utenti che per gli sviluppatori. Negli ultimi anni, la tecnica del "pixel binning" è diventata un argomento caldo, che migliora la sensibilità delle fotocamere con pixel di piccole dimensioni in un modo unico, in modo da poter acquisire immagini di alta qualità in condizioni di scarsa illuminazione. Sebbene il termine fusione dei pixel sia più comunemente usato nelle fotocamere degli smartphone, sta iniziando a trovare applicazioni anche nella visione artificiale e nella visione integrata.

In questo articolo daremo uno sguardo approfondito a come funziona il pixel binning e a come può simulare pixel di dimensioni maggiori unendo i pixel, aumentando così la sensibilità della fotocamera senza aumentare le dimensioni del sensore.

Che ruolo svolgono i pixel nella visione integrata e nelle telecamere?

Prima di esplorare la tecnologia pixel binning, dobbiamo prima capire il ruolo che i pixel svolgono nella visione integrata e nelle telecamere. I pixel, noti anche come fotorecettori, sono punti fisici sul sensore di una fotocamera che sono responsabili della cattura della luce per formare un'immagine. La dimensione di un pixel è solitamente misurata in micron (un milionesimo di micron) e i pixel più piccoli di un micron sono considerati molto piccoli.

I pixel più grandi possono raccogliere più luce di quelli più piccoli, il che è particolarmente importante in ambienti in cui la luce è scarsa. Pertanto, per ottenere la qualità dell'immagine desiderata in queste condizioni, di solito si tende a scegliere sensori con pixel di dimensioni maggiori. Tuttavia, i pixel più piccoli hanno anche i loro vantaggi in quanto sono in grado di catturare oggetti e dettagli più piccoli. Ad esempio, SNS-USB2160-v1.0-a di SinoseenFotocamera USB compatta di piccole dimensioni da 2 MP: ha una dimensione dei pixel di 1,4 micron, che è considerato più piccolo, mentre il D694P1-A2-E-aFotocamera USB HDR da 2 MP: ha una dimensione dei pixel di 3 micron, che è considerato più grande.

Questo è il momento in cui sorge il problema. Se si desidera una fotocamera ad alta risoluzione, la sua dimensione dei pixel più piccola, limita la sensibilità della fotocamera. E se scegli una fotocamera con una dimensione dei pixel maggiore, la dimensione del sensore aumenta di conseguenza. Se l'applicazione richiede entrambi i vantaggi di una fotocamera di piccole dimensioni in pixel, come l'acquisizione di oggetti minuscoli pur ottenendo una buona sensibilità, i metodi tradizionali non sono sufficienti.

È qui che entra in gioco il pixel binning. Le telecamere con binning delle immagini sono in grado di simulare pixel di dimensioni maggiori senza optare per un sensore più grande. Nelle prossime sezioni esamineremo questo concetto in modo più dettagliato.

Definizione di unione di immagini

Qual è il significato di binning?Il pixel binning è un'innovativa tecnica di elaborazione delle immagini che aumenta efficacemente le dimensioni dei pixel del sensore combinando i segnali elettrici dei pixel vicini, fornendo così una maggiore sensibilità per le fotocamere di piccole dimensioni.
Fondamentalmente, la tecnologia pixel binning consente alle fotocamere di emulare pixel di dimensioni maggiori combinando più pixel senza sacrificare la risoluzione. Questa tecnica è una soluzione ideale per le applicazioni con telecamera che cercano di aumentare la sensibilità mantenendo un design miniaturizzato.

Come funziona il pixel binning

La tecnologia pixel binning è implementata a livello di processore del segnale di immagine attraverso il metodo della demosaicizzazione, che combina le informazioni provenienti da quattro pixel vicini in un singolo pixel. Il processo prevede la combinazione di una griglia di 2×2, 2×1, 3×3 o 4×4 pixel in un "superpixel" più grande.

Durante il processo di fusione dei pixel, le informazioni di ciascun pixel vengono integrate in un singolo pixel di grandi dimensioni. Ciò significa che nel caso di una fusione di pixel 4 a 1 o 2×2, ad esempio, la risoluzione effettiva dell'immagine sarà ridotta a 1/4 della risoluzione del sensore; Tuttavia, per la maggior parte delle applicazioni di visione embedded, questo compromesso di risoluzione è accettabile, poiché una certa quantità di risoluzione può spesso essere sacrificata per una migliore qualità dell'immagine quando si acquisiscono immagini in ambienti con scarsa illuminazione. ScoprireDi quanti pixel ha bisogno una foto.

La chiave per l'unione dei pixel è l'efficacia con cui utilizza i sensori esistenti. Combinando i dati provenienti dai pixel vicini, la fotocamera è in grado di migliorare le sue prestazioni sensibili alla luce senza aumentare le dimensioni fisiche del sensore. Questa tecnica è particolarmente utile per le applicazioni che richiedono un'elevata sensibilità in uno spazio compatto, come nei dispositivi mobili o nelle telecamere industriali miniaturizzate.

Inoltre, l'unione dei pixel offre flessibilità consentendo agli sviluppatori di scegliere diversi tipi di unione (ad esempio, 2×2, 3×3, 4×4, ecc.) per trovare la combinazione più adatta di risoluzione e dimensione dei pixel per requisiti applicativi specifici. Questa flessibilità rende l'unione dei pixel ideale per l'implementazione di soluzioni di telecamere personalizzate.

Vantaggi dell'utilizzo del pixel binning nelle applicazioni di visione embedded

La tecnologia pixel binning offre diversi vantaggi significativi che la rendono un potente strumento per migliorare le prestazioni dei moduli fotocamera di piccole dimensioni in pixel.

• Maggiore sensibilità:Unendo i pixel, la sensibilità della fotocamera è notevolmente migliorata, il che è particolarmente utile nelle applicazioni di visione notturna e in ambienti con scarsa illuminazione. I pixel più grandi catturano più luce, ottenendo immagini di alta qualità anche in condizioni di scarsa illuminazione.
• Flessibilità e personalizzazione:Diversi tipi di unione dei pixel (ad esempio, 2×2, 3×3, 4×4, ecc.) offrono flessibilità, consentendo agli sviluppatori di scegliere la combinazione più appropriata di risoluzione e dimensione dei pixel per le esigenze di una particolare applicazione. Questo è un enorme vantaggio per gli sviluppatori che devono personalizzare le proprie soluzioni di telecamere per adattarle ad ambienti applicativi specifici.
• Disegni miniaturizzati:Man mano che i sistemi integrati diventano sempre più piccoli, le telecamere con funzionalità di fusione dei pixel possono aiutare a limitare le dimensioni della telecamera ottenendo la sensibilità desiderata. Ciò offre agli sviluppatori di prodotti più spazio per ospitare altri componenti hardware nel dispositivo, ottenendo un design più compatto.
• Adatto per applicazioni specifiche:Anche se l'unione dei pixel potrebbe non essere sufficiente a giustificare il compromesso della risoluzione in condizioni di luce intensa, nelle applicazioni in cui è richiesta una maggiore sensibilità, come la sorveglianza di sicurezza, l'astrofotografia o l'imaging biomedico, l'unione dei pixel offre un significativo aumento delle prestazioni.
• EFFICIENZA DEI COSTI:L'unione dei pixel consente di ottenere prestazioni più elevate utilizzando la tecnologia dei sensori esistente senza la necessità di investire in sensori più costosi e più grandi. Questo lo rende una soluzione conveniente, soprattutto per i progetti con budget limitati.

In sintesi, sebbene il consolidamento dei pixel possa non essere adatto a tutte le applicazioni della fotocamera, offre vantaggi significativi in termini di prestazioni nelle applicazioni che devono funzionare in condizioni di scarsa illuminazione. L'unione dei pixel è la scelta ideale per le applicazioni delle fotocamere che cercano di aumentare la sensibilità mantenendo un design miniaturizzato.

Conclusione

In conclusione, il pixel binning non è solo un mezzo efficace per risolvere i problemi di prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione, ma anche un fattore importante nel progresso della tecnologia di visione integrata. Con il continuo progresso della tecnologia, possiamo aspettarci di vedere in futuro applicazioni più innovative basate sul pixel binning per migliorare ulteriormente la qualità dell'immagine e l'esperienza dell'utente.

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