Pixel Binning bei Smartphones - was steckt dahinter?

Pixel Binning ist mittlerweile eine gängige Technologie in vielen Smartphone-Kameras. Hersteller wie Apple, Samsung, Huawei, Xiaomi und viele andere integrieren diese Technik in ihre Premium- und High-End-Modelle. Auch in der Mittelklasse ist die Technologie bereits oft anzutreffen.

Die Verwendung von Pixel Binning ermöglicht es diesen Herstellern, hochauflösende Kamerasensoren in kleinen Smartphone-Gehäusen zu nutzen und gleichzeitig eine bessere Bildqualität auch bei schlechten Lichtverhältnissen zu erzielen. Die Hauptkamera des iPhone 14 Pro setzt beispielsweise auf die Pixel Binning-Technologie.

Was ist Pixel Binning und wie funktioniert es?

Im Gehäuse eines Smartphones ist nur begrenzter Platz für einen Kamera-Sensor, so dass dieser nicht beliebig groß ausfallen kann. Möchte man dennoch eine hohe Auflösung, fallen die einzelnen Bildpunkte oder Pixel auf dem Sensor entsprechend klein aus und sind nur begrenzt lichtdurchlässig. Bei guten Lichtverhältnissen stellt dies kein Problem dar, ist weniger Licht vorhanden, kommt es allerdings schnell zu Bildrauschen. Hier kommt nun das Pixel Binning zum Einsatz.

Pixel Binning ist eine Technologie, bei der mehrere benachbarte Bildpunkte digital zu einem größeren Pixel kombiniert werden. Dies ermöglicht eine bessere Lichtaufnahme und entsprechend verbesserte Bildqualität mit weniger Bildrauschen. Allerdings geht dies auf Kosten der Auflösung, da die Anzahl der Pixel insgesamt verringert wird.

Bei der Smartphone-Fotografie werden auf diese Weise beispielsweise bei einem 48-Megapixel-Sensor jeweils vier Bildpunkte kombiniert, so dass ein Bild mit 12 Megapixeln entsteht. Im Galaxy S22 Ultra von Samsung werden beispielsweise 108 Megapixel auf 12 reduziert, indem 9 Pixel zu einem vereint werden.

Welche Vorteile bietet Pixel Binning bei der Smartphone-Fotografie?

Durch Pixel Binning können Smartphone-Hersteller hochauflösende Sensoren verwenden, die bei Bedarf durch Kombination der Bildinformationen mehrerer Pixel dennoch mehr Licht einfangen und damit auch bei schlechten Lichtverhältnissen qualitativ hochwertigere Fotos aufnehmen können.

Der Einsatz von hochauflösenden Sensoren ermöglicht bei guten Lichtbedingungen detailreiche Aufnahmen und einen digitalen Zoom durch Cropping. Bei wenig Licht sorgt das Pixel-Binning für ein reduziertes Bildrauschen, indem die Bildinformation mehrerer benachbarter Pixel verrechnet wird.

Welchen Einfluss hat das Pixel Binning auf die Bildauflösung?

Beim Pixel Binning werden mehrere Pixel zu einem größeren Pixel verschmolzen, was zu einer reduzierten Auflösung führt. Die genaue Reduktion hängt von der Anzahl der verschmolzenen Pixel ab. Zum Beispiel kann ein 108-Megapixel-Sensor durch das Verschmelzen von jeweils neun Pixeln eine Auflösung von 12 Megapixeln erreichen. Gängig ist Pixel-Binning im Verhältnis 4:1.

Bei Smartphone-Kameras, die kein Pixel-Binning nutzen, werden häufig Sensoren mit einer Auflösung von 12 Megapixeln verwendet. Ein Beispiel hierfür ist das Sony Xperia 1 IV. Bei ähnlicher Sensorgröße bietet eine geringere Auflösung mehr Platz für die einzelnen Pixel, die somit von Haus aus mehr Licht durchlassen. Andererseits fehlt hier die Flexibilität, die eine höhere Auflösung in Kombination mit Pixel Binning bieten kann.

Wie unterscheidet sich adaptives Pixel Binning von herkömmlichem Pixel Binning?

Beim adaptiven Pixel Binning werden die Pixel automatisch verschmolzen, basierend auf den Lichtverhältnissen. Bei guten Lichtbedingungen, wie an einem sonnigen Tag, wird die volle Auflösung des Sensors zur Verfügung gestellt, um maximale Details und Schärfe zu gewährleisten. Bei schlechteren Lichtverhältnissen passt sich das adaptive Pixel Binning an und reduziert die Auflösung durch die Kombination von mehreren Pixeln. Dadurch erhält jeder einzelne Bildpunkt mehr Licht als bei der vollen Auflösung. So soll das Bildrauschen reduziert werden.

Samsung verwendet beispielsweise adaptives Pixel Binning in der Galaxy S22-Serie, um die Details des 108-MP-Sensors zu bewahren und gleichzeitig die Dateigröße zu verringern. Dabei werden jedes Mal, wenn ein Foto gemacht wird, zwei Aufnahmen gemacht: eine im 108-MP-Modus und eine weitere im 12-MP-Modus. Anschließend erfolgt eine Hintergrundverarbeitung, bei der die beiden Bilder unterschiedlicher Auflösung zu einem Bild kombiniert werden.

Gibt es Nachteile beim Einsatz von Pixel Binning?

Obwohl Pixel Binning viele Vorteile bietet, hat es auch einige Nachteile. Die reduzierte Auflösung kann dazu führen, dass feine Details in den Aufnahmen verloren gehen. Daher können Fotos, die mit aktiviertem Pixel Binning aufgenommen wurden, in einigen Fällen nicht die gleiche Detailschärfe wie Fotos mit voller Auflösung haben.

Außerdem kann Pixel Binning in bestimmten Situationen wie starkem Kontrast oder schnellen Bewegungen nicht optimal arbeiten. Zudem kann der positive Effekt auf die Lichtempfindlichkeit bei Einsatz von vielen verschmolzenen Pixeln abnehmen.

Wie beeinflusst Pixel Binning die Zukunft der Smartphone-Fotografie?

Pixel Binning hat bereits einen bedeutenden Einfluss auf die Smartphone-Fotografie gehabt und wird auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen. Durch die Kombination von mehreren Pixeln zu größeren Pixeln ermöglicht es fortgeschrittene Funktionen wie verbesserte Low-Light-Performance und fortschrittliche Bildstabilisierung sowie verbesserte digitale Zoom-Fähigkeiten durch Cropping des Bildausschnitts von hochauflösenden Sensoren.

Welche ist die bessere Wahl: Smartphones mit Pixel Binning oder ohne?

Während Hersteller wie Samsung, Huawei oder Xiaomi schon länger auf hochauflösende Sensoren mit Pixel-Binning setzen, haben Apple, Google oder Sony lange an ihren herkömmlichen 12-Megapixel-Sensoren festgehalten. Diese waren durch die größeren Pixel lichtempfindlicher, ihnen fehlte allerdings die Flexibilität der hohen Auflösung. Insgesamt konnten die verschiedenen Hersteller aber mit beiden Technologien sehr gute Ergebnisse bei der Bildqualität erzielen.

Mittlerweile haben sich bei den meisten Herstellern aber hochauflösende Sensoren mit der Nutzung von Pixel Binning durchgesetzt. Ein Grund dafür dürften die besseren Möglichkeiten zum digitalen Zoom sein, die durch die höhere Auflösung entstehen. Auch bieten die modernen Smartphone-Prozessoren immer bessere Fähigkeiten in der Bildverarbeitung, so dass bei Pixel Binning auch immer bessere Ergebnisse erzielt werden können.

Somit bieten die meisten Smartphone-Kameras, die eine Auflösung über 12 Megapixel anbieten, mittlerweile auch Pixel Binning.

Was ist die Alternative zum Pixel Binning?

Pixel Binning wird verwendet, um mit hochauflösenden Sensoren eine bessere Bildqualität zu erzielen, vor allem, wenn wenig Licht zur Verfügung steht. Eine andere Möglichkeit, die Bildqualität zu verbessern, ist natürlich der Einsatz von größeren Pixeln, die mehr Licht durchlassen. Dies kann entweder durch eine geringere Auflösung oder durch größere Sensoren umgesetzt werden.

Mittlerweile gibt es einige Smartphones, die einen 1-Zoll-Sensor verwenden, etwa das Xiaomi 13 Ultra. Viel mehr Spielraum für größere Sensoren gibt es allerdings nicht mehr, da der Platz im Smartphone-Gehäuse begrenzt ist. Somit wird sich in Zukunft vermutlich eine Mischform durchsetzen, die durch möglichst große Sensoren sowie den Einsatz von Pixel Binning die Bildqualität weiter verbessern und maximale Flexibilität in der Smartphone-Fotografie ermöglichen soll.