Qual é o conceito básico de mesclagem de pixels e como funciona? Quais são as vantagens?

A clareza e a sensibilidade da imagem sempre foram um objetivo comum para usuários e desenvolvedores. Nos últimos anos, a técnica de "pixel binning" tornou-se um tema quente, o que melhora a sensibilidade de câmeras com tamanhos de pixel pequenos de uma maneira única para que imagens de alta qualidade possam ser capturadas em condições de pouca luz. Embora o termo mesclagem de pixels seja mais comumente usado em câmeras de smartphones, ele também está começando a encontrar aplicações em visão de máquina e visão incorporada.

Neste artigo, veremos em profundidade como funciona o binning de pixels e como ele pode simular tamanhos de pixel maiores mesclando pixels, aumentando assim a sensibilidade da câmera sem aumentar o tamanho do sensor.

Qual o papel dos pixels na visão e nas câmeras incorporadas?

Antes de explorar a tecnologia de pixel binning, devemos primeiro entender o papel que os pixels desempenham na visão e nas câmeras incorporadas. Pixels, também conhecidos como fotorreceptores, são pontos físicos no sensor de uma câmera responsáveis por capturar a luz para formar uma imagem. O tamanho de um pixel é geralmente medido em mícrons (um milionésimo de mícron), e pixels menores que um mícron são considerados muito pequenos.

Pixels maiores podem coletar mais luz do que os menores, o que é especialmente importante em ambientes onde a luz é escassa. Portanto, para obter a qualidade de imagem desejada nessas condições, geralmente tendemos a escolher sensores com tamanhos de pixel maiores. No entanto, pixels menores também têm suas vantagens, pois são capazes de capturar objetos e detalhes menores. Por exemplo, o SNS-USB2160-v1.0-a da SinoseenCâmera USB compacta de tamanho pequeno de 2mp - tem um tamanho de pixel de 1,4 mícrons, que é considerado menor, enquanto o D694P1-A2-E-aCâmera USB HDR de 2mp - tem um tamanho de pixel de 3 mícrons, que é considerado maior.

É aí que surge o problema. Se você deseja uma câmera de alta resolução, seu tamanho de pixel menor limita a sensibilidade da câmera. E se você escolher uma câmera com um tamanho de pixel maior, o tamanho do sensor aumenta de acordo. Se sua aplicação exigir os benefícios de uma câmera de tamanho de pixel pequeno, como capturar objetos minúsculos e ainda obter boa sensibilidade, os métodos tradicionais não serão suficientes.

É aqui que o pixel binning entra em jogo. As câmeras de binning de imagem são capazes de simular tamanhos de pixel maiores sem optar por um sensor maior. Nas próximas seções, examinaremos esse conceito com mais detalhes.

Definição de mesclagem de imagens

O que é binning significa?O binning de pixels é uma técnica inovadora de processamento de imagem que aumenta efetivamente o tamanho dos pixels do sensor combinando os sinais elétricos dos pixels vizinhos, fornecendo assim maior sensibilidade para câmeras de tamanho de pixel pequeno.
Em sua essência, a tecnologia de pixel binning permite que as câmeras emulem tamanhos de pixel maiores, combinando vários pixels sem sacrificar a resolução. Essa técnica é uma solução ideal para aplicações de câmera que buscam aumentar a sensibilidade, mantendo um design miniaturizado.

Como funciona o Pixel Binning

A tecnologia de binning de pixels é implementada no nível do processador de sinal de imagem por meio do método de interpolação cromática, que combina as informações de quatro pixels vizinhos em um único pixel. O processo envolve a combinação de uma grade de 2×2, 2×1, 3×3 ou 4×4 pixels em um "superpixel" maior.

Durante o processo de mesclagem de pixels, as informações de cada pixel são integradas em um único pixel grande. Isso significa que, no caso de uma mesclagem de 4 para 1 ou 2×2 pixels, por exemplo, a resolução efetiva da imagem será reduzida para 1/4 da resolução do sensor; No entanto, para a maioria das aplicações de visão incorporada, essa compensação de resolução é aceitável, pois uma certa quantidade de resolução pode ser sacrificada para uma melhor qualidade de imagem ao capturar imagens em ambientes com pouca luz. Descobrirquantos pixels uma foto precisa.

A chave para a mesclagem de pixels é a eficácia com que ela utiliza os designs de sensores existentes. Ao combinar dados de pixels vizinhos, a câmera é capaz de melhorar seu desempenho sensível à luz sem aumentar o tamanho físico do sensor. Essa técnica é particularmente valiosa para aplicações que exigem alta sensibilidade em um espaço compacto, como em dispositivos móveis ou câmeras industriais miniaturizadas.

Além disso, a mesclagem de pixels oferece flexibilidade, permitindo que os desenvolvedores escolham diferentes tipos de mesclagem (por exemplo, 2×2, 3×3, 4×4 etc.) para encontrar a combinação mais adequada de resolução e tamanho de pixel para requisitos específicos da aplicação. Essa flexibilidade torna a mesclagem de pixels ideal para implementar soluções de câmera personalizadas.

Benefícios do uso de pixel binning em aplicações de visão incorporada

A tecnologia de binning de pixels oferece várias vantagens significativas que a tornam uma ferramenta poderosa para melhorar o desempenho de módulos de câmera de tamanho de pixel pequeno.

• Maior sensibilidade:Ao mesclar pixels, a sensibilidade da câmera é bastante aprimorada, o que é especialmente útil em aplicações de visão noturna e ambientes com pouca luz. Pixels maiores capturam mais luz, resultando em imagens de alta qualidade, mesmo em condições de pouca luz.
• Flexibilidade e personalização:Diferentes tipos de mesclagem de pixels (por exemplo, 2×2, 3×3, 4×4, etc.) fornecem flexibilidade, permitindo que os desenvolvedores escolham a combinação mais apropriada de resolução e tamanho de pixel para as necessidades de um aplicativo específico. Essa é uma grande vantagem para desenvolvedores que precisam personalizar suas soluções de câmera para se adequar a ambientes de aplicativos específicos.
• Projetos miniaturizados:À medida que os sistemas embarcados se tornam cada vez menores, as câmeras com recursos de mesclagem de pixels podem ajudar a limitar o tamanho da câmera enquanto alcançam a sensibilidade desejada. Isso dá aos desenvolvedores de produtos mais espaço para acomodar outros componentes de hardware no dispositivo, resultando em um design mais compacto.
• Adequado para aplicações específicas:Embora a mesclagem de pixels possa não ser suficiente para justificar a compensação de resolução em luz forte, em aplicações em que é necessária maior sensibilidade, como vigilância de segurança, astrofotografia ou imagens biomédicas, a mesclagem de pixels fornece um aumento significativo de desempenho.
• EFICIÊNCIA DE CUSTOS:A mesclagem de pixels permite que um desempenho mais alto seja alcançado usando a tecnologia de sensor existente sem a necessidade de investir em sensores maiores e mais caros. Isso o torna uma solução econômica, especialmente para projetos com orçamentos limitados.

Em resumo, embora a consolidação de pixels possa não ser adequada para todos os aplicativos de câmera, ela oferece benefícios significativos de desempenho em aplicativos que precisam operar em condições de pouca luz. A mesclagem de pixels é a escolha ideal para aplicações de câmera que buscam aumentar a sensibilidade, mantendo um design miniaturizado.

Conclusão

Em conclusão, o pixel binning não é apenas um meio eficaz de resolver problemas de desempenho com pouca luz, mas também um fator importante no avanço da tecnologia de visão incorporada. À medida que a tecnologia continua avançando, podemos esperar ver aplicativos mais inovadores baseados em pixel binning no futuro para melhorar ainda mais a qualidade da imagem e a experiência do usuário.

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