Apa itu pixel binning, dan apa artinya bagi fotografi seluler Anda?

Beberapa tahun lalu, kamera ponsel pintar berbeda. Pada tahun 2017, Google Pixel 2, Samsung Galaxy Note 8, dan Apple iPhone 8 memiliki sensor 12 megapiksel yang menggerakkan kamera belakangnya. Maju cepat ke masa kini, dan sebagian besar ponsel, dari Google Pixel 7 Pro hingga Samsung Galaxy S23 dan Galaxy 23+, memiliki sensor primer 50 megapiksel, dan Samsung Galaxy S23 Ultra memiliki kamera 200 megapiksel. Apple bahkan menjadi lebih bijak, dengan memasang kamera primer 48 megapiksel di iPhone 14 Pro terbarunya.

Jumlah megapiksel pada kamera ponsel Android telah membengkak hingga ratusan. Jika Anda pernah menggunakan salah satu kamera megapiksel tinggi ini, Anda mungkin menyadari bahwa kamera tersebut tidak menghasilkan gambar beresolusi 50 megapiksel atau 200 megapiksel secara default. Seri Pixel 7 bahkan tidak memiliki opsi untuk menyimpan foto beresolusi penuh. Jadi, ke mana perginya semua piksel tersebut?
 

Apa itu pixel binning?

Pengelompokan piksel adalah proses menggabungkan beberapa piksel yang berdekatan untuk membuat superpiksel. Dalam pemrosesan data, pengelompokan adalah proses yang mengurutkan titik data ke dalam kelompok (atau bin). Dalam fotografi digital, titik data yang dikelompokkan adalah piksel individual, terkadang disebut sebagai photosites.

Bergantung pada resolusi penuh sensor gambar di kamera ponsel Anda, piksel dikelompokkan ke dalam kelompok yang terdiri dari empat atau sembilan piksel (Anda mungkin melihat ini dijelaskan sebagai "tetra-binning" atau "nona-binning"). Galaxy S23 Ultra menggunakan pixel binning untuk menggabungkan kelompok yang terdiri dari 16 piksel yang berdekatan, menggunakan sensor gambar 200 megapikselnya untuk mengambil foto 12,5 megapiksel (perhitungannya benar: 200 ÷ 16 = 12,5). Di Pixel 7 dan Pixel 7 Pro, kumpulan empat piksel bergabung untuk membuat foto 12,5 megapiksel (50 ÷ 4 = 12,5).
 

Apa yang dicapai pixel binning?

Namun, mengapa hal ini harus dilakukan? Kami mengajukan pertanyaan tersebut kepada Judd Heape, wakil presiden manajemen produk Qualcomm untuk kamera, visi komputer, dan video. Jawabannya adalah sensitivitas cahaya dan keterbatasan ruang.
Pada permukaannya, sensor kamera memiliki ribuan piksel, yang merupakan unit terpisah yang mendeteksi cahaya. Seiring dengan meningkatnya resolusi kamera ponsel pintar, demikian pula jumlah piksel pada permukaan sensor tersebut. Meskipun menjejalkan lebih banyak piksel ke dalam area fisik yang sama membuat kamera ponsel Anda lebih mampu melihat detail yang halus, hal itu membatasi seberapa baik kamera dapat berfungsi dalam cahaya redup dan menghasilkan rentang dinamis yang lebih rendah dalam foto.

"Piksel kecil tidak dapat menangkap banyak cahaya," jelas Heape. "Itu fisika dasar." Dan piksel ponsel pintar modern berukuran kecil. Ukuran piksel biasanya sekitar 1 μm (satu mikrometer, atau mikron). Sebagai perbandingan, rata-rata helai rambut manusia memiliki ketebalan sekitar 80 μm.
Piksel yang lebih besar biasanya menghasilkan kualitas gambar yang lebih baik, terutama dalam cahaya redup. Ukuran piksel penting karena semakin kecil piksel, semakin sedikit area permukaan yang harus dikumpulkannya untuk menangkap cahaya yang masuk. Jika semua hal lain sama, sensor dengan piksel 0,8-μm menghasilkan gambar yang lebih redup daripada sensor dengan piksel 1,2-μm.

Produsen dapat melakukan beberapa hal untuk mengatasi hal ini. Kamera ponsel pintar biasanya menggabungkan informasi dari beberapa bingkai dalam teknik yang disebut fotografi komputasional, menggunakan perangkat lunak untuk membuat satu gambar yang berisi data dari beberapa foto. Ada juga pilihan untuk menggunakan sensor yang lebih besar secara fisik, yang memungkinkan setiap piksel memiliki lebih banyak area permukaan untuk mengumpulkan cahaya.

Google menggunakan sensor 1/1,31 inci yang relatif besar untuk kamera utama dalam seri Pixel 7, yang memberikan ukuran piksel yang relatif besar dan jumlah megapiksel yang tinggi. Namun, pendekatan ini memerlukan ruang internal yang lebih besar untuk perangkat keras kamera, yang berarti lebih sedikit ruang untuk komponen lain, seperti baterai, atau tonjolan kamera yang unik, seperti yang terlihat pada ponsel Pixel terbaru Google.
 

Piksel kecil tidak dapat menangkap banyak cahaya. Itu fisika dasar.

Bagaimana cara kerja pixel binning?
Pengelompokan piksel menggabungkan piksel yang berdekatan untuk menciptakan "superpiksel" yang berukuran besar secara artifisial yang memiliki sensitivitas cahaya lebih tinggi daripada photosite penyusunnya sendiri. Pada sebagian besar kamera digital, setiap piksel pada sensor gambar menyaring cahaya untuk mengumpulkan panjang gelombang tertentu saja. Secara umum, 25% piksel disetel ke cahaya merah, 25% disetel ke cahaya biru, dan 50% disetel ke cahaya hijau (hijau mendapat representasi ekstra karena mata manusia lebih sensitif terhadap cahaya hijau daripada warna lainnya).

Bila ponsel menggunakan pixel binning, prosesor sinyal gambar (ISP)-nya akan merata-ratakan masukan dari kumpulan empat (atau sembilan, atau 16) piksel yang berdekatan dengan warna yang sama menjadi superpiksel untuk menghasilkan data gambar. Hasilnya, kata Heape, adalah sebuah trade-off: "Resolusi menurun, sensitivitas cahaya meningkat."

Anda tidak dapat sepenuhnya meniru kinerja cahaya rendah dari piksel yang berukuran besar secara fisik dengan menggabungkan piksel yang lebih kecil. Seperti yang dikatakan Heape, "Jarak di antara piksel-piksel tersebut tidaklah sangat kecil," sehingga pengelompokan piksel dapat menyebabkan artefak tambahan. Ingat, kita berhadapan dengan pecahan dari lebar rambut secara harfiah. Jarak antara piksel bersifat mikroskopis, dan perangkat lunak telah menjadi ahli dalam mengisi celah data kecil yang disebabkan oleh teknik seperti pengelompokan piksel.

Karena pixel binning dapat mengatasi kekurangan cahaya rendah yang melekat pada sensor kamera dengan piksel kecil, ini juga berarti bahwa fitur yang bergantung pada resolusi megapiksel tinggi tidak harus eksklusif untuk ponsel dengan sensor kamera yang sangat besar. Misalnya, banyak ponsel andalan baru mendukung perekaman video 8K, yang tidak mungkin dilakukan dengan sensor kamera 12 megapiksel yang lebih tradisional.
Semua megapiksel tersebut juga hebat untuk menghasilkan gambar tanpa menggunakan lensa telefoto khusus. Seperti yang dijelaskan Heape, "Dalam kondisi pencahayaan yang memadai, kemampuan resolusi tinggi sensor dapat dimanfaatkan untuk mencapai kualitas zoom digital yang sangat baik." Namun sebagian karena S23 Ultra dapat menggabungkan kelompok 16 piksel untuk menghasilkan gambar diam 12,5 megapiksel, kinerjanya dalam cahaya rendah lebih baik daripada yang Anda lihat dari kamera beresolusi lebih rendah dengan piksel berukuran 0,6μm yang sama.
 

Pixel binning: Pada dasarnya, ajaib

Pixel binning adalah solusi kreatif untuk mengatasi keterbatasan fisik yang disebabkan oleh jumlah megapiksel yang terus meningkat pada sensor gambar yang harus tetap kecil agar muat di dalam ponsel kita. Ini dengan cepat menjadi standar industri, dan tidak sulit untuk mengetahui alasannya. Ini menghasilkan foto yang akurat secara visual dalam pencahayaan yang jika tidak demikian akan memerlukan ISO tinggi yang menimbulkan noise atau waktu pencahayaan lama yang rentan terhadap blur. Ini bukan sihir, tetapi rekayasa yang cerdas. Dan sungguh, bukankah keduanya pada dasarnya sama?
 

Kelebihan dan Kekurangan Pixel Binning

Selain manfaat yang telah disebutkan, pixel binning juga memiliki beberapa kekurangan yang perlu diperhatikan:
 

• Detail yang Hilang: Meskipun pixel binning meningkatkan sensitivitas cahaya, namun juga dapat menyebabkan hilangnya detail halus dalam gambar, terutama ketika diperbesar. Hal ini karena beberapa piksel digabungkan menjadi satu, sehingga informasi detail pada tingkat piksel individu dapat hilang.
   
• Kualitas Warna: Dalam beberapa kasus, pixel binning dapat sedikit memengaruhi akurasi warna, terutama pada batas-batas objek yang tajam. Hal ini disebabkan oleh rata-rata warna dari beberapa piksel yang digabungkan.
   
• Fleksibilitas: Tidak semua situasi membutuhkan sensitivitas cahaya yang tinggi. Dalam kondisi pencahayaan yang baik, pixel binning mungkin tidak diperlukan dan bahkan dapat mengurangi kualitas gambar secara keseluruhan.

 

Teknologi Pelengkap Pixel Binning

Untuk mengatasi beberapa kekurangan pixel binning dan meningkatkan kualitas gambar secara keseluruhan, produsen kamera sering menggabungkan teknologi ini dengan fitur-fitur lain, seperti:
 

• HDR (High Dynamic Range): HDR memungkinkan kamera menangkap lebih banyak detail dalam area terang dan gelap pada gambar, sehingga menghasilkan gambar dengan rentang dinamis yang lebih luas.
   
• Stabilisasi Gambar: Stabilisasi gambar optik dan digital membantu mengurangi blur akibat guncangan kamera, terutama dalam kondisi cahaya rendah.
   
• Perangkat Lunak Pemrosesan Gambar: Perangkat lunak canggih digunakan untuk meningkatkan kualitas gambar dengan cara mengurangi noise, meningkatkan detail, dan mengoreksi distorsi.

 

Pixel Binning dan Masa Depan Fotografi Seluler

Pixel binning telah menjadi bagian integral dari fotografi seluler modern dan akan terus berkembang seiring dengan kemajuan teknologi sensor dan pemrosesan gambar. Beberapa tren yang mungkin kita lihat di masa depan antara lain:
 

• Pixel Binning Adaptif: Teknologi ini memungkinkan kamera untuk secara otomatis menyesuaikan ukuran kelompok piksel yang digabungkan berdasarkan kondisi pencahayaan, sehingga menghasilkan gambar dengan kualitas optimal dalam berbagai situasi.
   
• Sensor Stacked: Sensor stacked adalah jenis sensor gambar yang menumpuk beberapa lapisan sensor, memungkinkan kinerja yang lebih baik dalam hal kecepatan, sensitivitas cahaya, dan pengurangan noise.
   
• AI dan Pembelajaran Mesin: Kecerdasan buatan dan pembelajaran mesin akan semakin banyak digunakan untuk meningkatkan kualitas gambar yang dihasilkan oleh kamera ponsel, termasuk dalam mengoptimalkan kinerja pixel binning.

 

Teknologi Pelengkap Lainnya

Selain pixel binning, ada beberapa teknologi lain yang sering digunakan untuk meningkatkan kualitas gambar pada kamera ponsel:
 

• OIS (Optical Image Stabilization): Teknologi ini menggunakan komponen mekanis untuk mengkompensasi gerakan kamera, sehingga menghasilkan gambar yang lebih tajam, terutama dalam kondisi cahaya rendah atau saat menggunakan zoom.
   
• EIS (Electronic Image Stabilization): EIS menggunakan perangkat lunak untuk menstabilkan gambar dengan menganalisis data dari beberapa frame.
   
• HDR (High Dynamic Range): HDR memungkinkan kamera menangkap lebih banyak detail dalam area terang dan gelap pada gambar, sehingga menghasilkan gambar dengan rentang dinamis yang lebih luas.
   
• AI (Artificial Intelligence): AI digunakan untuk berbagai tujuan, seperti pengenalan scene, optimasi warna, dan pengurangan noise.

 

Kesimpulan

Pixel binning adalah teknologi yang sangat berguna dalam fotografi seluler, memungkinkan kamera ponsel untuk menghasilkan gambar berkualitas tinggi dalam berbagai kondisi pencahayaan, terutama dalam kondisi cahaya rendah. Meskipun memiliki beberapa kekurangan, namun manfaatnya jauh lebih besar, terutama dalam hal meningkatkan sensitivitas cahaya dan fleksibilitas dalam berbagai situasi pengambilan gambar.