百万像素曾经是如此简单：更大的像素数字意味着你的相机可以捕捉更多的照片细节，只要场景有足够的光线。但是，如今一项名为pixel binning（像素合并）的技术正在席卷旗舰智能手机，并改变旧的摄影规则。简而言之，pixel binning为你提供了一款摄像头，可以在场景明亮时为你提供很多细节，而在场景昏暗时不会变得毫无用处。不过，必要的硬件更改会带来一些折衷和有趣的细节，这就是我们要仔细研究的原因。
你可能已经在之前的手机中发现了像素合并技术，比如2018年LG的G7 ThinQ和今年的LG V60 ThinQ，但今年像素合并确实很受欢迎。顶级安卓手机制造商三星，在其旗舰产品Galaxy S20 Ultra中内置了pixel binning技术。上周发布的其他高端手机，如小米的Mi 10和Mi 10 Pro，以及华为的P40 Pro和Pro ，也提供pixel binning。
下面是一些关于pixel binning（像素合并）的指南。
什么是像素合并？像素合并是一项旨在使图像传感器更适应不同条件的技术。在如今的新手机上，它首先改变了收集光线的图像传感器，改变了将传感器的原始数据转换成照片或视频的图像处理算法。Pixel binning将传感器上像素组中的数据组合起来，从而创建数量更少的高质量像素。
当光线充足时，你可以用图像传感器的真实分辨率拍摄照片——Galaxy S20 Ultra的分辨率为1.08亿像素。但是当光线变暗的时候，pixel binning可以让手机拍出质量不错但分辨率较低的照片，这对于S20 Ultra来说仍然是较好的1200万像素的分辨率，这也是智能手机几年来一直流行的。
LG在美国的产品主管Ian Huang表示：“我们希望提供拥有大量像素和拥有大像素尺寸的灵活性。”
像素合并是一种噱头吗？不。大多数情况下不是。它确实让手机制造商吹嘘自己的百万像素数字超过了单反和其他专业级相机上能看到的数字。这有点愚蠢，但如果你想充分利用你的智能手机摄像头，像素合并可以带来一些真正的好处。
像素合并是如何工作的？为了更好地理解像素合并，你必须知道数码相机的图像传感器是什么样子的。它是一个由数百万像素组成的网格(技术上称为光敏点)的硅芯片，用来捕捉通过相机镜头的光线。每个像素只记录一种颜色：红色、绿色或蓝色。但是这些颜色是交错排列在一个叫做拜尔模式的特殊棋盘上的，这个模式让数码相机为每个像素重建所有的三种颜色值，这是生成你想在Instagram上共享的JPEG（一张图像格式）的关键一步。
Pixel binning将图像传感器上多个小像素的数据组合成一个较大的虚拟像素。这对于光线较暗的情况非常有用，因为在这种情况下大像素可以更好地防止图像噪点。
该技术通常将四个真实像素组合成一个虚拟像素“bin”。但三星的S20 Ultra将一组3x3的真实像素组合成一个虚拟像素，这家韩国公司称这种方法为nona binning。
当光线很亮的时候，你不必担心噪点，相机可以在没有像素合并的情况下拍摄照片，而是使用图像传感器的全分辨率。这对于打印大照片或裁剪感兴趣的区域非常有用。
什么时候应该使用高分辨率，什么时候应该使用像素合并？大多数人都会对低分辨率的拍摄感到满意，这是我的同事Jessica Dolcourt和Patrick Holland在测试了新款三星Galaxy手机后的默认建议。
使用pixel binning的最大原因是它具有更好的弱光性能，但它也避免了大尺寸的全分辨率图片会占用你手机的存储空间和像谷歌Photos这样的在线服务。例如，我的同事Lexy Savvides在像素合并的1200万像素的情况下拍摄了一张3.6MB的照片，在没有像素合并的1.08亿像素情况下拍摄了一张24MB的照片。
当光线充足时，摄影爱好者更倾向于使用全分辨率。这可以帮助你识别远处的鸟类，或者为远处的物体拍摄更具戏剧性的自然照片。如果你喜欢打印大照片(是的，有些人仍然会打印照片)，那么百万像素很重要。
相比6100万像素的索尼A7r IV专业相机，1.08亿像素的三星Galaxy S20 Ultra能拍出更好的照片吗？认真地说，不可以。图像传感器上每个像素的大小以及镜头和图像处理等其他因素也很重要。索尼A7r IV售价3500美元，只能拍照，而S20 Ultra售价1400美元，还可以运行数千个应用程序和打电话，这是有原因的。
图像传感器像素是宽度以百万分之一米或微米为单位的正方形。人的头发直径大约是100微米。在S20 Ultra上，每个像素的宽度为0.8微米。随着三星3x3的使用，一个虚拟像素的直径为2.4微米。在索尼A7r IV上，一个像素直径为3.8微米。这意味着索尼在采用1200万像素合并模式的情况下，每个像素的光线收集量比S20 Ultra高出2.5倍，比在1.08亿像素全分辨率模式下的图像收集量高出22倍，这是图像质量的重大提升。
不过，手机正在缩小图像质量的差距，尤其是使用了计算摄影技术，比如将多帧图像合成一张照片。智能手机的图像传感器越来越大，以提高质量。
为什么像素合并突然流行起来？因为微型化使得越来越小的像素成为可能。顶级图像传感器制造商Omnivision的高级营销经理Devang Patel说：“推动这一趋势的是亚微米像素的新趋势。”亚微米指的是小于1微米宽的像素。拥有这么高的像素让手机制造商们——迫切希望从今年的手机脱颖而出——吹嘘自己拥有更高的百万像素的评级和8K的视频。像素合并让他们在不牺牲低光敏度的情况下做到这一点。
手机需要特殊的传感器来进行像素合并吗？底层的传感器是相同的，但是对附加在其上的一个称为颜色过滤器阵列的元素进行了更改，从而改变了传感器收集红色、绿色和蓝色光线的方式。传统的拜尔模式棋盘格为每个相邻像素交替显示颜色。但是由于像素合并，传感器将同色像素分成2x2、3x3或4x4组。(没有这些分组，也可以进行像素合并，但需要额外的处理，Patel说，图像质量会有所下降。)
三星Galaxy S20 Ultra使用了3x3像素合并组。小米在Mi10上采用了不同的2x2像素组，因此照片在全分辨率下为1.08亿像素，在像素合并下为2700万像素。华为的P40 Pro型号强调了采用4x4像素合并组的低光性能，(“SedecimPixel”，以16:1的比例命名)，虚拟像素的宽度达到了4.5微米。
将像素分组成更大的虚拟像素对于针对常规拜尔模式像素数据进行调优的图像处理硬件和软件非常有效。但对于高分辨率的照片，它增加了另一个图像处理步骤(如果你好奇的话，可以称之为remosaicking)，该步骤用数学方法从传感器上的粗像素颜色组中计算出更精细的拜尔模式。
像素合并可以拍摄原始图像吗？摄影爱好者喜欢原始照片的灵活性和图像质量——未经处理的图像传感器数据，打包成一个DNG文件。对于他们来说，像素合并效果很好。但如果你想要全分辨率的数据，抱歉。三星和LG并不共享它，像Adobe Lightroom这样的原始处理软件期望使用传统的拜尔模式，而不是将像素单元分组成相同颜色的2x2或3x3色块。
像素合并的缺点是什么？手机芯片制造商高通(Qualcomm)的高级总监Judd Heape表示，对于同样尺寸的传感器，真实的1200万像素的实际表现将略好于像素合并的1200万像素。这种传感器可能也会更便宜。当你以全分辨率拍摄时，需要更多的图像处理，这就缩短了手机电池寿命。
对于高分辨率的照片，与使用2x2或3x3组相同颜色像素的合并传感器相比，使用常规的拜尔模式可以获得更好的清晰度。但这也不是什么大问题。Patel说：“通过我们的算法，我们能够恢复拜尔图像质量的90%到95%。”将这两种方法的图像放在一起比较，您可能无法分辨出在实验室测试场景之外遇到细线等困难情况的区别。
如果你忘记把相机切换到像素合并模式，然后在黑暗中拍摄高分辨率照片，那么图像质量就会受到影响。Ian Huang表示，在这种情况下，LG试图通过组合多个镜头进行补偿，以减少图像噪点并提高动态范围。
普通相机也可以使用像素合并吗？像素合并的未来是什么？是的，从索尼(目前最大的图像传感器制造商)的一些全画幅传感器设计来看，它可能会更好。
有几种发展是可能的。更多的4x4像素合并组可能会鼓励手机制造商将传感器分辨率提高到远远超过1.08亿像素。低端手机也会内置像素合并。
另一个发展方向是更好的HDR，或高动态范围摄影，它捕捉更好的明暗图像数据跨度范围。小型手机传感器很难捕捉广泛的动态范围，这就是为什么像谷歌和苹果这样的公司会结合多个镜头来计算生成HDR照片。
但是像素合并意味着新的像素级灵活性。在2x2组中，您可以将两个像素用于常规曝光，一个用于较暗的曝光以捕获亮点(如明亮的天空)，另一个用于较亮的曝光以捕获阴影细节。
Omnivision也期待自动对焦的改进。如今，每个像素都有自己的微透镜来收集更多的光线。但是你也可以在每个2x2、3x3或4x4像素组上放一个微透镜。同一微透镜下的每个像素根据其位置获得的场景视图略有不同，这种差异使数码相机可以计算出焦距。这将有助于你的摄像头保持照片对象清晰对焦。电子产品 全球采购很省钱
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