Τα pixel είναι τα δομικά στοιχεία κάθε ψηφιακής εικόνας. Στη διαχείρισή τους εμπλέκονται και ειδικές τεχνολογίες και μεθοδολογίες, όπως το pixel binning και pixel shift για τις οποίες έχει ενδιαφέρον να γνωρίζουμε τα βασικά.
Συνένωση pixel σε αισθητήρες smartphone
Στις φωτογραφικές εφαρμογές συνήθως οι αισθητήρες έχουν την ονομαστική τους ανάλυση δηλ. όταν λέμε 24Megapixel αυτό σημαίνει ότι το εν λόγω sensor chip έχει 6000 pixel oριζοντίως επί 4000 καθέτως. Συχνά όμως ακούμε για τους αισθητήρες των smartphone κάτι απίθανες αναλύσεις 100Megapixel ακόμη και 200Megapixel και μάλιστα από chip με πολύ μικρό φυσικό μέγεθος (επιφάνεια) π.χ. 1/2,3in.σε αυτές τις περιπτώσεις οι σχεδιαστές συνήθως καταφεύγουν στην τεχνική pixel binning δηλ. συνένωση γειτονικών pixel ανά τετράδες ή ακόμη και 16άδες. Σε μια τυπική διάταξη binning 2×2 array (τετράδα) η ανάλυση υποτετραπλασιάζεται όπως στην περίπτωση του τρέχοντος iPhone της Apple 14Pro του οποίου ο αισθητήρας 48ΜΡ καταλήγει να δίνει ωφέλιμη ανάλυση 12ΜΡ. Η Apple αναφέρεται στο σχεδιαστικό αυτό τρικ ως Quad Βayer αλλά στην πραγματικότητα είναι απλή τεχνική pixel binning.
Τα πλεονεκτήματα είναι φανερά.
Αν αθροίσουμε περισσότερα pixel είναι σαν να έχουμε μεγαλύτερους υποδοχείς φωτονίων για την υλοποίηση του φωτοβολταϊκού φαινομένου. Μεγάλα εικονοστοιχεία pixel συνεπάγονται καλύτερη φωτοευαισθησία, λιγότερο θόρυβο και βελτιωμένη δυναμική περιοχή. Ταυτόχρονα εκπληρώνεται και η απαίτηση του marketing όπου όλα τα στελέχη των τμημάτων αυτών θέλουν να διαφημίζουν μεγαλύτερες αναλύσεις για να δελεάζουν τους υποψήφιους καταναλωτές. Έστω και αν θα πετύχαιναν το ίδιο ακριβώς αποτέλεσμα με ίδιων διαστάσεων αλλά μικρότερης ανάλυσης αισθητήρες (εφόσον θα είχαν μεγαλύτερα pixel).
Aπό την άλλη μεριά θεωρητικά τουλάχιστον θα μπορούσαμε να είχαμε το παράδειγμα με ένα αισθητήρα 96ΜP που να χρησιμοποιεί pixel binning σε χαμηλό φωτισμό κατεβάζοντας την ανάλυση στα 24ΜΡ αλλά να διατηρεί τη full ανάλυση σε λήψεις με αίθριο καιρό και πολύ φως. Τυπικά παραδείγματα smartphone που εφαρμόζουν την τεχνική αυτή είναι το Samsung Galaxy S23 Ultra (200MP), το Google Pixel 7Pro (50MP) Xiaomi 11i Hyper (108MP) κλπ.
Eπαύξηση ανάλυσης με Pixel Shift
Στη μάχη των Megapixel ειδικά στον επαγγελματικό τομέα, εκτός από τους αισθητήρες υψηλής ανάλυσης ή/και μεγαλύτερου φυσικού μεγέθους (full frame, medium format κλπ.) μερικές φορές επιστρατεύονται και άλλες τεχνικές. Δηλ. είναι δυνατόν να έχουμε ανώτερες αναλύσεις και με άλλους έξυπνους τρόπους όπως το όχι τόσο γνωστό pixel shift. H ιδέα δεν είναι καινούργια και ουσιαστικά έχει στηριχθεί πάνω στην ύπαρξη “πλεόντων” συστημάτων έδρασης του αισθητήρα για το σκοπό της σταθεροποίησης με μετατόπιση (το γνωστό IBIS In Body Image Stabilization).
H μετατόπιση αυτή επιτυγχάνεται με εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια για να αντισταθμίζει τυχόν κραδασμούς από το κούνημα των χεριών του χρήστη. Κάποιοι ευφυείς σχεδιαστές σκέφτηκαν λοιπόν να εκμεταλλευτούν το ίδιο σύστημα για ελεγχόμενη μικρομετρική μετατόπιση του αισθητήρα ώστε να πραγματοποιεί μέσα σε ελάχιστο χρόνο όχι ένα αλλά περισσότερα καρέ για κάθε φαινομενική λήψη, συνήθως 8 ή 16, σε βήματα ½ ή 1pixel και να τα συνενώνει αυτόματα τετραπλασιάζοντας την ανάλυση. Βέβαια για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο πρέπει η μηχανή να μένει ακίνητη και επίσης να μην κινείται το αντικείμενο, οπότε έχει εφαρμογή κατά βάση σε ακίνητα θέματα όπως still life, αντιγραφές, τοπία, αρχιτεκτονική φωτογραφία κλπ.
Διαδικασία Pixel Shift
1. Διαδοχικές μικρομετρικές μετατοπίσεις του αισθητήρα κατά 1pixel=πολλαπλή χρωματική πληροφορία για κάθε Pixel
2. Διαδοχικές μικρομετρικές μετατοπίσεις κατά 0,5pixel = τετραπλασιασμός ανάλυσης και πολλαπλή χρωματική πληροφορία για έκαστο pixel
Φωτογραφικές μηχανές με Pixel Shift
Πρωτοπόρος στην εφαρμογή του pixel shift resolution enhancement (επαύξηση ανάλυσης με pixel shift) στάθηκε η Οlympus OM-D E-M1 II και ακολούθησαν αρκετά άλλα μοντέλα ψηφιακών φωτ. μηχανών όπως η Canon EOS R5 που κατέχει το ρεκόρ τουλάχιστον για το full frame με 400MP, οι Fujifilm medium format GFX 100/100S (400MP), GFX 50S (200MP), Fujifilm X-T5 (160MP), Hasselblad H6D-400C MS (400MP), H5D-200C MS (200MP), H4D-200MS (200MP) πολλά μοντέλα της Olympus με τετραπλασιασμό της ονομαστικής ανάλυσης OM-1, OM-5, OM-D E M1 X, OM-D E M1 II/III, OM-D E M5 II/III, Pen-F, Panasonic S1R (187MP), S1 (96MP), G9 (80MP) Sony A7R V (240MP), A7R IV (240MP), A7R III (42MP) A1 (200MP).
Αναδημοσίευση από το Αναδημοσίευση από το ΦΩΤΟγράφος Νο 285
