В чем заключается основная концепция объединения пикселей и как это работает? В чем преимущества?

Четкость и чувствительность изображения всегда были общей целью как для пользователей, так и для разработчиков. В последние годы горячей темой стала техника «объединения пикселей», которая уникальным образом улучшает чувствительность камер с маленькими размерами пикселей, чтобы можно было получать высококачественные снимки в условиях низкой освещенности. В то время как термин «объединение пикселей» чаще используется в камерах смартфонов, он также начинает находить применение в машинном зрении и встраиваемом зрении.

В этой статье мы подробно рассмотрим, как работает объединение пикселей и как оно может имитировать большие размеры пикселей путем объединения пикселей, тем самым увеличивая чувствительность камеры без увеличения размера сенсора.

Какую роль пиксели играют во встраиваемых системах машинного зрения и камерах?

Прежде чем изучать технологию объединения пикселей, мы должны сначала понять, какую роль пиксели играют во встроенном зрении и камерах. Пиксели, также известные как фоторецепторы, — это физические точки на сенсоре камеры, которые отвечают за улавливание света для формирования изображения. Размер пикселя обычно измеряется в микронах (одной миллионной доли микрона), а пиксели меньше одного микрона считаются очень маленькими.

Большие пиксели могут собирать больше света, чем маленькие, что особенно важно в условиях дефицита света. Поэтому для того, чтобы получить нужное качество изображения в этих условиях, мы обычно склоняемся к выбору сенсоров с большими размерами пикселей. Тем не менее, пиксели меньшего размера также имеют свои преимущества в том, что они способны захватывать более мелкие объекты и детали. Например, SNS-USB2160-v1.0-a от Sinoseen2 Мп компактная USB камера небольшого размера - имеет размер пикселя 1,4 мкм, который считается меньше, в то время как D694P1-A2-E-a2мп HDR USB камера - имеет размер пикселя 3 мкм, который считается более крупным.

Вот тут-то и возникает проблема. Если вам нужна камера с высоким разрешением, ее меньший размер в пикселях ограничивает чувствительность камеры. А если вы выбираете камеру с большим размером пикселя, то размер сенсора соответственно увеличивается. Если вашему приложению требуются оба преимущества камеры с маленьким размером пикселя, такие как съемка крошечных объектов при сохранении хорошей чувствительности, традиционных методов недостаточно.

Именно здесь в игру вступает объединение пикселей. Камеры с биннингом изображений могут имитировать большие размеры пикселей без выбора более крупного сенсора. В следующих разделах мы рассмотрим это понятие более подробно.

Определение объединения изображений

Что такое биннинг?Объединение пикселей — это инновационный метод обработки изображений, который эффективно увеличивает размер пикселей сенсора за счет объединения электрических сигналов соседних пикселей, тем самым обеспечивая повышенную чувствительность для камер с маленькими пикселями.
По своей сути, технология объединения пикселей позволяет камерам эмулировать большие размеры пикселей, объединяя несколько пикселей без ущерба для разрешения. Эта технология является идеальным решением для камер, которые стремятся повысить чувствительность при сохранении миниатюрной конструкции.

Как работает объединение пикселей

Технология биннинга пикселей реализована на уровне процессора обработки сигнала изображения с помощью метода демозаики, который объединяет информацию с четырех соседних пикселей в один пиксель. Процесс включает в себя объединение сетки размером 2×2, 2×1, 3×3 или 4×4 пикселей в более крупный «суперпиксель».

В процессе объединения пикселей информация о каждом пикселе интегрируется в один большой пиксель. Это означает, что в случае, например, слияния 4 к 1 или 2×2 пикселя, эффективное разрешение изображения будет снижено до 1/4 от разрешения сенсора; Тем не менее, для большинства встраиваемых систем машинного зрения такой компромисс между разрешением приемлем, так как при съемке изображений в условиях низкой освещенности часто можно пожертвовать определенным разрешением. УзнатьСколько пикселей нужно для фотографии.

Ключом к объединению пикселей является то, насколько эффективно используются существующие конструкции датчиков. Комбинируя данные с соседних пикселей, камера способна улучшить свои светочувствительные характеристики без увеличения физического размера сенсора. Этот метод особенно ценен для приложений, требующих высокой чувствительности в ограниченном пространстве, таких как мобильные устройства или миниатюрные промышленные камеры.

Кроме того, объединение пикселей обеспечивает гибкость, позволяя разработчикам выбирать различные типы объединения (например, 2×2, 3×3, 4×4 и т. д.), чтобы найти наиболее подходящую комбинацию разрешения и размера пикселя для конкретных требований приложения. Такая гибкость делает объединение пикселей идеальным для реализации индивидуальных решений для камер.

Преимущества объединения пикселей во встраиваемых системах машинного зрения

Технология объединения пикселей имеет несколько существенных преимуществ, которые делают ее мощным инструментом для повышения производительности модулей камер с малыми пикселями.

• Повышенная чувствительность:За счет объединения пикселей значительно повышается чувствительность камеры, что особенно полезно в приложениях ночного видения и в условиях низкой освещенности. Более крупные пиксели улавливают больше света, что обеспечивает высокое качество изображений даже в условиях низкой освещенности.
• Гибкость и индивидуализация:Различные типы объединения пикселей (например, 2×2, 3×3, 4×4 и т. д.) обеспечивают гибкость, позволяя разработчикам выбирать наиболее подходящую комбинацию разрешения и размера пикселя для нужд конкретного приложения. Это огромное преимущество для разработчиков, которым необходимо настроить свои решения для камер в соответствии с конкретными условиями применения.
• Миниатюрные конструкции:По мере того, как встраиваемые системы становятся все меньше и меньше, камеры с возможностью объединения пикселей могут помочь ограничить размер камеры при достижении желаемой чувствительности. Это дает разработчикам продуктов больше места для размещения других аппаратных компонентов устройства, что приводит к более компактной конструкции.
• Подходит для конкретных областей применения:В то время как слияния пикселей может быть недостаточно, чтобы оправдать компромисс между разрешением при ярком освещении, в приложениях, где требуется повышенная чувствительность, таких как наблюдение за безопасностью, астрофотография или биомедицинская визуализация, объединение пикселей обеспечивает значительное повышение производительности.
• ЭКОНОМИЧНОСТЬ:Объединение пикселей позволяет достичь более высокой производительности при использовании существующей технологии сенсоров без необходимости инвестировать в более дорогие и большие сенсоры. Это делает его экономически эффективным решением, особенно для проектов с ограниченным бюджетом.

Таким образом, хотя консолидация пикселей может не подходить для всех камер, она обеспечивает значительные преимущества в производительности в приложениях, которые должны работать в условиях низкой освещенности. Объединение пикселей — идеальный выбор для камер, которые стремятся повысить чувствительность при сохранении миниатюрного дизайна.

Заключение

В заключение следует отметить, что объединение пикселей является не только эффективным средством решения проблем производительности при слабом освещении, но и важным фактором в развитии технологий встраиваемого машинного зрения. Поскольку технология продолжает развиваться, в будущем мы можем ожидать появления более инновационных приложений, основанных на объединении пикселей, для дальнейшего улучшения качества изображения и пользовательского опыта.

Sinoseen, какпроизводитель встраиваемых модулей камер, имеет более чем 14-летний опыт работы в этой области, с продуктами, которые включают в себя такие функции, как высокое разрешение, матрицы без цветных фильтров и малые размеры пикселей. Идеально подходит для таких задач, как цифровая микроскопия, автоматическое распознавание номерных знаков и контроль качества.

Если у вас есть потребность в специальном модуле камеры USB 3.0, камере GMSL или модуле камеры MIPI для интеграции в ваш продукт, не стесняйтесь обращаться к нам илиПосетите страницу нашего продукта.