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。