相机光学(四十)——2x2 Adjacent Pixel Binning

1.什么是2x2 Adjacent Pixel Binning

  2x2 Adjacent Pixel Binning 是一种图像传感器技术,用于将相邻的像素合并以提高图像的信噪比(SNR)和降低图像数据量,从而可能提高帧率或减少处理资源的需求。具体来说,这种技术涉及将2x2的相邻像素(即四个像素)的信号在被发送到模数转换器(ADC)之前进行平均处理。这样做的好处包括:

  • 提高信噪比(SNR):在低光照条件下,通过合并相邻像素的信号,可以增加每个“超级像素”的信号强度,从而提高图像的信噪比 。
  • 提高帧率:由于输出的数据量减少,相机可以以更高的帧率捕获图像,这对于快速移动的物体或者需要实时处理的场景非常有用 。
  • 减少图像数据量:通过减少输出的像素数量,可以降低图像数据的处理和存储需求,这对于资源受限的系统尤其重要 。

  然而,2x2 Adjacent Pixel Binning 也有其缺点,最主要的是会降低图像的分辨率。因为四个像素被合并成一个,所以图像的解析度会减少75%。这意味着,虽然图像的信噪比可能提高,但图像的细节会减少,这在需要高分辨率图像的应用中可能是不可接受的。

2. 2x2 Adjacent Pixel Binning如何应用

  • 选择合适的Binning模式:Binning技术分为水平方向Binning和垂直方向Binning。水平方向Binning是将相邻的行的电荷加在一起读出,而垂直方向Binning是将相邻的列的电荷加在一起读出。选择适当的Binning模式可以减少分辨率的损失。
  • 使用高质量的图像传感器:使用具有高像素的图像传感器可以在进行Binning处理后仍然保持较好的图像质量。高像素传感器在Binning后仍然能够提供足够的分辨率,以保持图像细节。
  • 结合图像处理技术:在Binning之后,可以通过图像处理技术如插值算法来恢复或增强图像细节。例如,使用remosaic插值算法可以在Binning后重建图像,以提高图像质量。
  • 调整曝光和增益:在低光照条件下,可以通过调整曝光时间和增益来提高摄像头的表现力,这样可以在Binning的同时减少噪声,提高图像的信噪比。
  • 使用多尺度融合技术:在某些应用中,可以结合不同尺度的图像进行融合,这样可以在保持图像细节的同时应用Binning技术。例如,将基础层图像和细节层图像进行融合,以保留更多的图像细节。
  • 优化Binning算法:通过优化Binning算法,比如调整Binning的阈值和参数,可以在降低分辨率的同时减少细节的损失。
  • 使用高速摄像机的Binning模式:在Phantom高速摄像机的应用中,Binning Mode采用的是2x的Binning,即长宽缩短为原本一半,输出分辨率降低为原本的1/4。这种模式可以在保持一定帧率的同时减少细节损失。

3.2x2 Adjacent Pixel Binning对图像质量有什么影响?

  • 提高信噪比(SNR):通过2x2 Binning技术,可以将相邻的四个像素的信号合并,从而增加每个“超级像素”的信号强度,提高图像的信噪比。例如,800万像素的传感器在低光照环境下进行2x2Binning后,输出200万像素的12bit数据,相较于之前的10bit数据,信噪比会有提升 。
  • 降低分辨率:2x2 Binning会导致输出图像的分辨率降低为原来的1/4。这是因为四个像素被合并成一个,从而减少了图像的解析度 。
    提高帧率:由于输出的数据量减少,相机可以以更高的帧率捕获图像,这对于需要快速捕捉动态场景的应用非常有用 。
  • 减少图像数据量:Binning技术可以减少图像数据的处理和存储需求,这对于资源受限的系统尤其重要。
  • 多尺度融合技术:在某些情况下,可以通过多尺度融合技术来弥补Binning导致的分辨率降低。这种技术可以在不同分辨率级别上对图像信息进行深度分析,从而保留和合并不同级别分辨率的信息,以获得更好的图像融合质量。
  • 图像质量瑕疵:Remosaic算法可能导致图像出现伪影、色彩饱和度降低、锯齿线断线和拐角伪点等问题。
  • 色彩饱和度和亮度变化:Binning技术可能会影响图像的色彩饱和度和亮度,导致颜色较灰暗或明亮程度的变化。

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