Salikti sensori nodrošina plānus viedtālruņus ar lieliskām kamerām, taču ir bijis tāls ceļš, lai tie būtu pietiekami labi ikdienas lietošanai.
Lielākajai daļai viedtālruņu kameras sala ir biezāka par pārējo korpusu. Tomēr, pat ņemot vērā šo papildu izciļņu, tie ir plānāki un uzņem fotoattēlus un videoklipus, kas izskatās labāk nekā viņu kolēģi pirms dažiem gadiem.
Pirmajos pārvietošanās fotografēšanas gados bija nepieciešami vēl biezāki sīkrīki: atceries 2000. gadu kameras, kas izmanto tēmekli un fotografēšanu? Mūsdienās viss ir iepakots puscollu plānās ierīcēs, dažreiz pat mazāk. Salikti attēla sensori ir tas, kas to padara iespējamu.
Izpratne par digitālo fotogrāfiju
The atšķirība starp analogajām un digitālajām kamerām ir tas, ka pirmajā izmanto filmu, kas izgatavota no fotojutīga materiāla, lai ierakstītu attēlus, bet otrajam ir elektronisks sensors. Šajā sensorā katrs pikselis (atsevišķi punkti, kas veido digitālo attēlu) ir apgaismojuma informācija, ko uztver ļoti maza sensora daļa (pa vienam katram fotoattēla pikselim).
Ir divi digitālo kameru sensoru veidi, CCD (akronīms vārdam Charge-Coupled Device) un CMOS (komplementārs metāla oksīda pusvadītājs). Visas mūsdienu viedtālruņu kameras izmanto pēdējo, tāpēc mēs to izskaidrosim tālāk.
CMOS sensors sastāv no dažiem elementiem. Fotodiode ir vissvarīgākā: tā ģenerē elektrisku signālu, kad tā saņem gaismu. Šo signālu saglabā a tranzistors tieši blakus fotodiodei, kas pārvērš signālu digitālā informācijā un nosūta to uz elektronisko shēmu.
Šī shēma ir atbildīga par šo datu interpretāciju un nodošanu kopā ar miljardiem citu pikseļu attēla signālu procesoram (ISP), kas izveido galīgo attēlu.
Tālruņa kameru agrīnās dienas
Līdz 2008. gadam CMOS sensoriem bija nopietna problēma: vadi, kas nepieciešami pikseļu informācijas nosūtīšanai uz ISP, nonāca starp fotodiodi un objektīvu, bloķējot daļu gaismas. Tāda pati struktūra tika izmantota CCD sensoriem, kas bija jutīgāki pret gaismu, bet CMOS gadījumā tas nozīmēja tumšākus, trokšņainākus un izplūdušākus fotoattēlus.
Tas tika atrisināts ar vienkāršu ideju: pārvietojot fotodiodi virs vadiem, lai tā saņemtu vairāk gaismas, tādējādi uzlabojot attēla kvalitāti. To sauc par aizmugurējās puses apgaismojuma (BSI) sensoru, atšķirībā no iepriekšējiem, kas bija apgaismoti no priekšpuses.
Lai to aplūkotu kontekstā, iPhone 4, kas aizsāka Apple reputāciju viedtālruņu fotogrāfijā, bija viens no pirmajiem tālruņiem, kas izmantoja šāda veida sensoru. Mūsdienās praktiski visas viedtālruņu kameras izmanto BSI sensorus.
Salikti sensori uzlabo fotoattēlu kvalitāti un samazina izmēru
Pat pēc vada noņemšanas CMOS sensoros joprojām bija jāuzlabo. Viena no tām bija shēma, kas atbild par tranzistora informācijas apstrādi. Tas aptvēra fotodiodi. Tāpēc aptuveni puse gaismas, kas sasniedza katru pikseļu, nonāca sensora daļā, kas neuztvēra nekādu gaismu.
2012. gadā tika izveidots pirmais stacked CMOS sensors. Tā vietā, lai ietītu ap fotodiodi, shēma tiek novietota zem tās. Tā kā tas (daļēji) aizstāj pamatnes vietu, ko izmanto struktūras stingrībai, biezums netiek palielināts. Faktiski kopš tā laika gan Sony, gan citu ražotāju, kas izmantoja šo tehnoloģiju, kraušanas procesa uzlabojumi ir radījuši plānākus sensorus, kas ļāva izveidot plānākus tālruņus.
Kas par vēl lielāku kraušanu?
Pārvietojot shēmu zem fotodiodes, varētu domāt, ka augšējo slāni aizņem tikai gaismu uztverošā daļa, vai ne? Nepareizi.
Atcerieties tranzistoru? Tas atrodas tieši blakus fotodiodei, aizņemot vēl vairāk vērtīgas gaismas uztveršanas vietas. Atrisinājums? Vairāk kraušanas!
Inženieri to bija darījuši iepriekš. 2017. gadā Sony paziņoja par kameras sensoru ar operatīvo atmiņu starp fotodiodi un shēmu, kas nodrošina 960 FPS īpaši palēninātas kustības video. Tas bija jautājums par tās pašas idejas piemērošanu esošā sensora daļai.
Tagad fotodiode beidzot atrodas sensora augšējā daļā un tikai fotodiode. Tas efektīvi divkāršo signālu, ko var uztvert fotodiode un saglabāt tranzistors.
Tūlītākais efekts ir dubultā gaismas informācija, kas jāstrādā katram pikselim. Un, tāpat kā visā fotogrāfijā, vairāk gaismas nozīmē detalizētākus attēlus.
Tomēr, tā kā tranzistors arī dubulto savu jaudu, tas var labāk pārvērst elektriskos signālus no fotodiodes digitālā informācijā. Viens no iespējamajiem lietojumiem ir attēla trokšņu samazināšana, vēl vairāk uzlabojot fotoattēlu izskatu.
Salikti sensori gaišākai nākotnei
Lai gan viena slāņa sensori — fotodiode un tranzistors vienā slānī, ķēdes zem tā — ir bijuši jau kādu laiku, divkāršie sensori (viens slānis katrai daļai) joprojām ir nedaudz jauni. Tos galvenokārt izmanto profesionālajās kamerās, un pirmais mobilais tālrunis ar šādu sensoru ir Sony Xperia 1 V, kas tika izlaists 2023. gada maijā.
Tas nozīmē, ka tehnoloģija joprojām ir sākuma stadijā. Kopā ar vairākiem citiem uzlabojumiem, kas līdz šim ir veikti mobilajā fotogrāfijā, stacked sensori nozīmē, ka viedtālruņu kameras ir ceļā uz gaišāku nākotni vai, ja mēs teiktu, gaišāku bilde?
