传感器技术，将相邻像素组合成更大的'超像素'以提高光敏感性并减少噪声 – 以分辨率换取改进的信噪比，用于电影摄影机的高ISO和智能手机的更好动态范围。
什么是像素合并？
像素合并（Pixel Binning）是一种将多个像素组合成一个像素的技术，以创建更大的感光单元。这可以提高低光性能，但会牺牲分辨率。
基本原理
| 方面 | 描述 |
|---|---|
| 方法 | 像素分组 |
| 目的 | 单位面积接收更多光线 |
| 权衡 | 分辨率 vs. 灵敏度 |
| 应用 | 低光、高 ISO |
合并类型
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| 2x2 合并 | 4 个像素 → 1 个 |
| 3x3 合并 | 9 个像素 → 1 个 |
| 4x4 合并 | 16 个像素 → 1 个 |
| 非对称 | 水平/垂直 |
分辨率影响
| 原始分辨率 | 2x2 合并后 | 倍数 |
|---|---|---|
| 8K | 4K | 减少 4 倍 |
| 6K | 3K | 减少 4 倍 |
| 4K | 2K | 减少 4 倍 |
| 2K | 1K | 减少 4 倍 |
灵敏度增益
| 合并方式 | 理论增益 |
|---|---|
| 2x2 | +2 档曝光（4 倍） |
| 3x3 | +3.2 档曝光（9 倍） |
| 4x4 | +4 档曝光（16 倍） |
| 实际效果 | 略低 |
信噪比
| 方面 | 效果 |
|---|---|
| 每像素光子数 | 增加 |
| 读出噪声 | 不变/减少 |
| 散粒噪声 | 相对降低 |
| 信噪比 | 提高 |
相机示例
| 相机 | 合并模式 |
|---|---|
| RED V-RAPTOR | 多种模式 |
| Sony Venice 2 | 2x2, 4x4 |
| ARRI ALEXA 35 | 传感器集成 |
| Blackmagic | 多种 |
智能手机 vs. 电影摄影机
| 方面 | 智能手机 | 电影摄影机 |
|---|---|---|
| 像素尺寸 | 非常小（0.8μm） | 较大（4-8μm） |
| 合并需求 | 高 | 视情况而定 |
| 营销 | "48MP → 12MP" | 传感器模式 |
| 质量 | 妥协 | 专业级 |
实现方式
| 方法 | 描述 |
|---|---|
| 模拟 | 在 ADC 之前合并 |
| 数字 | 读取后合并 |
| 混合 | 结合两种方式 |
| Quad Bayer | 特殊像素排列 |
模拟 vs. 数字
| 方面 | 模拟 | 数字 |
|---|---|---|
| 读出噪声 | 1x | 4x（累加） |
| 质量 | 更好 | 较低 |
| 灵活性 | 较低 | 较高 |
| 普及度 | 专业级 | 消费级 |
优点
| 优点 | 描述 |
|---|---|
| 低光表现 | 灵敏度更高 |
| 噪点 | 减少 |
| 数据量 | 更小 |
| 读取速度 | 更快 |
缺点
| 缺点 | 描述 |
|---|---|
| 分辨率 | 降低 |
| 细节 | 不够精细 |
| 裁切 | 限制较大 |
| 伪影 | 混合时可能出现 |
应用场景
| 情况 | 是否适合合并？ |
|---|---|
| 可用光 | 是 |
| 高速拍摄 | 是 |
| 夜间外景 | 是 |
| 日光场景 | 通常不需要 |
双原生 ISO
| 组合 | 描述 |
|---|---|
| 双增益 + 合并 | 最大灵活性 |
| 低基准 ISO + 合并 | 适用于极低光环境 |
| 高基准 ISO | 通常优于合并 |
| 视情况而定 | 需要测试 |
工作流程考量
| 方面 | 考量 |
|---|---|
| 项目分辨率 | 4K 输出 = 6K 拍摄也可接受 |
| VFX | 倾向于更高分辨率 |
| 重新构图 | 空间较小 |
| 匹配 | 混合不同模式 |
最佳实践
| 实践 | 原因 |
|---|---|
| 进行测试 | 检查质量 |
| 有意识地使用 | 不要一概而论 |
| 记录信息 | 告知后期制作 |
| 考虑替代方案 | 更大的光圈、更多光线 |
现今
像素合并是现代摄影机工作流程中的一个重要选项。虽然智能手机为了弥补小型传感器而大量使用它，但电影摄影机将其作为特殊情况下的工具提供。理解其权衡取舍，有助于在分辨率和灵敏度之间做出明智的决策。
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