ความคิดพื้นฐานของการรวมพิกเซลคืออะไร และมันทํางานอย่างไร? ข้อดีคืออะไร?

ความชัดเจนของภาพและความไวแสงเป็นเป้าหมายที่ผู้ใช้และนักพัฒนาทุกคนมุ่งหวังมาโดยตลอด ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคนิค “การรวมพิกเซล” ได้กลายเป็นหัวข้อที่ได้รับความสนใจ ซึ่งช่วยเพิ่มความไวแสงของกล้องที่มีขนาดพิกเซลเล็กในลักษณะที่ไม่เหมือนใคร เพื่อให้สามารถจับภาพคุณภาพสูงในสภาพแสงน้อยได้ แม้ว่าคำว่าการรวมพิกเซลจะถูกใช้บ่อยในกล้องสมาร์ทโฟน แต่ก็เริ่มมีการนำไปใช้ในวิสัยทัศน์ของเครื่องจักรและวิสัยทัศน์ที่ฝังตัวอยู่ด้วย

ในบทความนี้เราจะมาดูอย่างละเอียดว่าการรวมพิกเซลทำงานอย่างไรและมันสามารถจำลองขนาดพิกเซลที่ใหญ่ขึ้นได้อย่างไรโดยการรวมพิกเซล ซึ่งจะช่วยเพิ่มความไวแสงของกล้องโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดของเซ็นเซอร์

พิกเซลมีบทบาทอย่างไรในวิสัยทัศน์ที่ฝังตัวและกล้อง?

ก่อนที่จะสำรวจเทคโนโลยีการรวมพิกเซล เราต้องเข้าใจก่อนว่าพิกเซลมีบทบาทอย่างไรในวิสัยทัศน์ที่ฝังตัวและกล้อง พิกเซล ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าฟอตโต้รีเซปเตอร์ เป็นจุดทางกายภาพบนเซ็นเซอร์ของกล้องที่มีหน้าที่ในการจับแสงเพื่อสร้างภาพ ขนาดของพิกเซลมักจะวัดเป็นไมครอน (หนึ่งในล้านของไมครอน) และพิกเซลที่มีขนาดเล็กกว่าหนึ่งไมครอนถือว่ามีขนาดเล็กมาก

พิกเซลที่มีขนาดใหญ่กว่าสามารถเก็บแสงได้มากกว่าพิกเซลที่มีขนาดเล็ก ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย ดังนั้นเพื่อให้ได้คุณภาพของภาพที่ต้องการในสภาพเหล่านี้ เรามักจะเลือกเซ็นเซอร์ที่มีขนาดพิกเซลใหญ่กว่า อย่างไรก็ตาม พิกเซลที่มีขนาดเล็กกว่าก็มีข้อดีในเรื่องที่สามารถจับภาพวัตถุและรายละเอียดที่เล็กกว่าได้ ตัวอย่างเช่น กล้อง USB ขนาดเล็ก 2mp ของ Sinoseen รุ่น SNS-USB2160-v1.0-aมีขนาดพิกเซลอยู่ที่ 1.4 ไมครอนซึ่งถือว่ามีขนาดเล็ก ในขณะที่กล้อง USB HDR 2mp รุ่น D694P1-A2-E-aมีขนาดพิกเซลอยู่ที่ 3 ไมครอนซึ่งถือว่ามีขนาดใหญ่กว่า

นี่คือเมื่อปัญหาเกิดขึ้น หากคุณต้องการกล้องที่มีความละเอียดสูง ขนาดพิกเซลที่เล็กกว่าจะจำกัดความไวของกล้อง และหากคุณเลือกกล้องที่มีขนาดพิกเซลใหญ่ขึ้น ขนาดเซ็นเซอร์จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย หากแอปพลิเคชันของคุณต้องการทั้งประโยชน์ของกล้องที่มีขนาดพิกเซลเล็ก เช่น การจับภาพวัตถุขนาดเล็กในขณะที่ยังคงได้รับความไวที่ดี วิธีการแบบดั้งเดิมไม่เพียงพอ

นี่คือจุดที่การรวมพิกเซลเข้ามามีบทบาท กล้องที่ใช้การรวมภาพสามารถจำลองขนาดพิกเซลที่ใหญ่ขึ้นโดยไม่ต้องเลือกเซ็นเซอร์ที่ใหญ่ขึ้น ในส่วนถัดไปเราจะมาดูแนวคิดนี้อย่างละเอียด

คำนิยามของการรวมภาพ

การรวมพิกเซลหมายถึงอะไร?การรวมพิกเซลเป็นเทคนิคการประมวลผลภาพที่เป็นนวัตกรรมซึ่งเพิ่มขนาดของพิกเซลเซ็นเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพโดยการรวมสัญญาณไฟฟ้าของพิกเซลที่อยู่ใกล้เคียงกัน ทำให้มีความไวที่เพิ่มขึ้นสำหรับกล้องที่มีขนาดพิกเซลเล็ก
ที่แกนหลัก เทคโนโลยีการรวมพิกเซลช่วยให้กล้องสามารถเลียนแบบขนาดพิกเซลที่ใหญ่ขึ้นโดยการรวมพิกเซลหลายตัวโดยไม่สูญเสียความละเอียด เทคนิคนี้เป็นทางออกที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันกล้องที่ต้องการเพิ่มความไวในขณะที่รักษาการออกแบบที่มีขนาดเล็ก

วิธีการทำงานของการรวมพิกเซล

เทคโนโลยีการรวมพิกเซลถูกนำไปใช้ที่ระดับโปรเซสเซอร์สัญญาณภาพผ่านวิธีการเดโมซาอิก ซึ่งรวมข้อมูลจากพิกเซลที่อยู่ใกล้เคียงสี่ตัวเข้าด้วยกันเป็นพิกเซลเดียว กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการรวมกริดของพิกเซลขนาด 2×2, 2×1, 3×3 หรือ 4×4 เข้าด้วยกันเป็น “ซูเปอร์พิกเซล” ขนาดใหญ่

ในระหว่างกระบวนการรวมพิกเซล ข้อมูลของแต่ละพิกเซลจะถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นพิกเซลขนาดใหญ่เพียงหนึ่งเดียว ซึ่งหมายความว่าในกรณีของการรวมพิกเซล 4 ต่อ 1 หรือ 2×2 ตัวอย่างเช่น ความละเอียดที่มีประสิทธิภาพของภาพจะลดลงเหลือ 1/4 ของความละเอียดของเซ็นเซอร์ อย่างไรก็ตาม สำหรับแอปพลิเคชันการมองเห็นที่ฝังตัวส่วนใหญ่ การแลกเปลี่ยนความละเอียดนี้ถือว่ารับได้ เนื่องจากสามารถเสียสละความละเอียดในระดับหนึ่งเพื่อให้ได้คุณภาพของภาพที่ดีกว่าเมื่อถ่ายภาพในสภาพแสงน้อยจำนวนพิกเซลที่ภาพต้องการ。

กุญแจสำคัญของการรวมพิกเซลคือการใช้ประโยชน์จากการออกแบบเซ็นเซอร์ที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยการรวมข้อมูลจากพิกเซลที่อยู่ใกล้เคียงกัน กล้องสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการตอบสนองต่อแสงโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดทางกายภาพของเซ็นเซอร์ เทคนิคนี้มีคุณค่าโดยเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการความไวสูงในพื้นที่ขนาดกะทัดรัด เช่น ในอุปกรณ์เคลื่อนที่หรือกล้องอุตสาหกรรมขนาดเล็ก

นอกจากนี้ การรวมพิกเซลยังให้ความยืดหยุ่นโดยอนุญาตให้นักพัฒนาสามารถเลือกประเภทการรวมที่แตกต่างกัน (เช่น 2×2, 3×3, 4×4, ฯลฯ) เพื่อค้นหาการรวมกันที่เหมาะสมที่สุดของความละเอียดและขนาดพิกเซลสำหรับความต้องการเฉพาะของแอปพลิเคชัน ความยืดหยุ่นนี้ทำให้การรวมพิกเซลเหมาะสำหรับการนำเสนอวิธีแก้ปัญหากล้องที่ปรับแต่งได้

ประโยชน์ของการใช้การรวมพิกเซลในแอปพลิเคชันวิสัยทัศน์ฝังตัว

เทคโนโลยีการรวมพิกเซลมีข้อดีหลายประการที่สำคัญซึ่งทำให้เป็นเครื่องมือที่ทรงพลังในการปรับปรุงประสิทธิภาพของโมดูลกล้องที่มีขนาดพิกเซลเล็ก

• ความไวที่สูงขึ้น:โดยการรวมพิกเซล ความไวของกล้องจะดีขึ้นอย่างมาก ซึ่งมีประโยชน์โดยเฉพาะในแอปพลิเคชันการมองเห็นในที่มืดและสภาพแวดล้อมที่มีแสงน้อย พิกเซลที่ใหญ่กว่าจะจับแสงได้มากขึ้น ส่งผลให้ได้ภาพที่มีคุณภาพสูงแม้ในสภาพแสงน้อย
• ความยืดหยุ่นและการปรับแต่งประเภทการรวมพิกเซลที่แตกต่างกัน (เช่น 2×2, 3×3, 4×4, ฯลฯ) ให้ความยืดหยุ่น ทำให้นักพัฒนาสามารถเลือกการรวมกันที่เหมาะสมที่สุดของความละเอียดและขนาดพิกเซลตามความต้องการของแอปพลิเคชันเฉพาะ นี่เป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับนักพัฒนาที่ต้องการปรับแต่งโซลูชันกล้องของตนให้เหมาะกับสภาพแวดล้อมของแอปพลิเคชันเฉพาะ
• การออกแบบขนาดเล็กเมื่อระบบฝังตัวมีขนาดเล็กลงเรื่อย ๆ กล้องที่มีความสามารถในการรวมพิกเซลสามารถช่วยจำกัดขนาดของกล้องในขณะที่ยังคงความไวที่ต้องการ นี่ทำให้นักพัฒนาผลิตภัณฑ์มีพื้นที่มากขึ้นในการรองรับส่วนประกอบฮาร์ดแวร์อื่น ๆ ในอุปกรณ์ ส่งผลให้การออกแบบมีความกะทัดรัดมากขึ้น
• เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะแม้ว่าการรวมพิกเซลอาจไม่เพียงพอที่จะชดเชยการแลกเปลี่ยนความละเอียดในแสงสว่างจ้า แต่ในแอปพลิเคชันที่ต้องการความไวที่เพิ่มขึ้น เช่น การเฝ้าระวังความปลอดภัย, การถ่ายภาพดาราศาสตร์ หรือการถ่ายภาพทางการแพทย์ การรวมพิกเซลจะให้การเพิ่มประสิทธิภาพที่สำคัญ
• ประสิทธิภาพในเรื่องค่าใช้จ่ายการรวมพิกเซลช่วยให้สามารถบรรลุประสิทธิภาพที่สูงขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีเซ็นเซอร์ที่มีอยู่โดยไม่จำเป็นต้องลงทุนในเซ็นเซอร์ที่มีราคาแพงและใหญ่ขึ้น ซึ่งทำให้เป็นทางเลือกที่คุ้มค่า โดยเฉพาะสำหรับโครงการที่มีงบประมาณจำกัด

สรุปได้ว่า แม้ว่าการรวมพิกเซลอาจไม่เหมาะสมสำหรับการใช้งานกล้องทั้งหมด แต่ก็มีประโยชน์ด้านประสิทธิภาพที่สำคัญในแอปพลิเคชันที่ต้องทำงานในสภาพแสงน้อย การรวมพิกเซลเป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานกล้องที่ต้องการเพิ่มความไวในขณะที่ยังคงการออกแบบที่มีขนาดเล็ก

บทสรุป

สรุปได้ว่า การรวมพิกเซลไม่เพียงแต่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการแก้ปัญหาประสิทธิภาพในสภาพแสงน้อย แต่ยังเป็นปัจจัยสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีการมองเห็นฝังตัว เมื่อเทคโนโลยียังคงพัฒนา เราสามารถคาดหวังว่าจะเห็นแอปพลิเคชันที่สร้างสรรค์มากขึ้นซึ่งอิงจากการรวมพิกเซลในอนาคตเพื่อปรับปรุงคุณภาพภาพและประสบการณ์ของผู้ใช้

Sinoseen, ในฐานะผู้ผลิตโมดูลกล้องฝังตัว, มีประสบการณ์มากกว่า 14 ปีในสาขานี้ โดยมีผลิตภัณฑ์ที่รวมถึงคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความละเอียดสูง, อาร์เรย์ที่ไม่มีฟิลเตอร์สี, และขนาดพิกเซลที่เล็ก เหมาะสำหรับการใช้งานเช่น ไมโครสโคปดิจิทัล, การจดจำหมายเลขทะเบียนรถอัตโนมัติ, และการตรวจสอบคุณภาพ

หากคุณต้องการโมดูลกล้อง USB 3.0 แบบกำหนดเอง, กล้อง GMSL หรือโมดูลกล้อง MIPI เพื่อนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์ของคุณ โปรดติดต่อเราได้เลยหรือเยี่ยมชมหน้าผลิตภัณฑ์ของเรา。