Što je senzor naslagane kamere i kako radi?

Većina pametnih telefona ima otok kamere deblji od ostatka njihovih tijela. Međutim, čak i računajući tu dodatnu kvrgu, mršaviji su i snimaju fotografije i videozapise koji izgledaju bolje nego njihovi kolege prije nekoliko godina.

U prvim godinama fotografije u pokretu bili su potrebni čak i deblji gadgeti: sjećate se usmjeri i snimaj kamera iz 2000-ih? Danas je sve pakirano u uređaje tanke pola inča, ponekad i manje. Složeni slikovni senzori su ono što to omogućuje.

Razumijevanje digitalne fotografije

The razlika između analognih i digitalnih fotoaparata je da prvi koristi film napravljen od foto-osjetljivog materijala za snimanje slika, dok drugi ima elektronički senzor. U tom senzoru, svaki piksel (pojedinačne točke koje tvore digitalnu sliku) je informacija o osvjetljenju koju hvata vrlo maleni dio senzora (jedan za svaki piksel na fotografiji).

Postoje dva

vrste senzora digitalnih kamera, CCD (akronim za Charge-Coupled Device) i CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Sve moderne kamere pametnih telefona koriste potonje, tako da je to tehnologija koju ćemo objasniti u nastavku.

CMOS senzor sastoji se od nekoliko elemenata. Fotodioda je najvažnija: ona stvara električni signal kada prima svjetlost. Taj signal pohranjuje a tranzistor odmah do fotodiode, koja prevodi signal u digitalnu informaciju i šalje je u elektronički sklop.

Taj je krug odgovoran za tumačenje tih podataka i njihovo prosljeđivanje, zajedno s milijardama drugih piksela, Procesoru signala slike (ISP) koji stvara konačnu sliku.

Rani dani telefonskih kamera

Sve do 2008. CMOS senzori imali su ozbiljan problem: ožičenje potrebno za slanje informacija o pikselima ISP-u prolazilo je između fotodiode i leće, blokirajući dio svjetla. Ista struktura korištena je za CCD senzore, koji su bili osjetljiviji na svjetlo, ali za CMOS, to je značilo tamnije, bučnije i mutnije fotografije.

To je riješeno jednostavnom idejom: pomicanjem fotodiode iznad žica kako bi primila više svjetla, čime se poboljšava kvaliteta slike. To se zove senzor sa stražnjim osvjetljenjem (BSI), za razliku od prethodnih koji su bili s prednjim osvjetljenjem.

Da stvari stavimo u kontekst, iPhone 4, koji je stvorio Appleovu reputaciju u fotografiji pametnih telefona, bio je među prvim telefonima koji su koristili ovu vrstu senzora. Ovih dana gotovo sve kamere pametnih telefona koriste BSI senzore.

Složeni senzori poboljšavaju kvalitetu fotografija i smanjuju veličinu

Čak i nakon uklanjanja žice, još je bilo točaka za poboljšanje u CMOS senzorima. Jedan od njih bio je sklop odgovoran za obradu informacija o tranzistoru. Omotao se oko fotodiode. Zbog toga je oko polovice svjetla koje je dospjelo do svakog piksela završilo u dijelu senzora koji nije uhvatio svjetlo.

Godine 2012. stvoren je prvi složeni CMOS senzor. Umjesto da se omota oko fotodiode, sklop je postavljen ispod nje. Budući da (djelomično) zauzima mjesto podloge koja se koristi za strukturnu krutost, nema dodatne debljine. Zapravo, od tada su poboljšanja u procesu slaganja, kako od strane Sonyja tako i drugih proizvođača koji su usvojili tehnologiju, rezultirala tanjim senzorima, što je omogućilo tanje telefone.

Što je s još više slaganja?

Pomicanjem strujnog kruga ispod fotodiode, moglo bi se pomisliti da bi gornji sloj bio zauzet isključivo dijelom koji hvata svjetlost, zar ne? krivo

Sjećate se tranzistora? Nalazi se odmah pokraj fotodiode, zauzimajući još više dragocjenog prostora za hvatanje svjetla. Rješenje? Više slaganja!

Inženjeri su to već radili. Sony je 2017. najavio senzor kamere s RAM-om između fotodiode i strujnog kruga, što omogućuje super usporene videozapise od 960 FPS. Radilo se o primjeni iste ideje na dio postojećeg senzora.

Sada je fotodioda konačno u najvišem dijelu senzora, i to samo fotodioda. To učinkovito udvostručuje signal koji fotodioda može uhvatiti, a tranzistor pohraniti.

Najneposredniji učinak je dvostruko više svjetlosnih informacija na kojima svaki piksel mora raditi. I, kao i sa svime u fotografiji, više svjetla znači detaljnije slike.

Međutim, budući da tranzistor također udvostručuje svoj kapacitet, može bolje prevesti električne signale iz fotodiode u digitalnu informaciju. Jedna od mogućih primjena ovoga je smanjenje šuma na slici, čime se dodatno poboljšava izgled fotografija.

Naslagani senzori za svjetliju budućnost

Dok su jednoslojni senzori — fotodioda i tranzistor u jednom sloju, sklopovi ispod njih — prisutni već neko vrijeme, dvoslojni senzori (jedan sloj za svaki dio) još uvijek su donekle novi. Uglavnom se koriste u profesionalnim fotoaparatima, a prvi mobilni telefon s takvim senzorom, Sony Xperia 1 V, objavljen je u svibnju 2023.

To znači da je tehnologija još uvijek u povojima. Zajedno s nekoliko drugih poboljšanja koja su do sada napravljena u mobilnoj fotografiji, složeno senzori znače da su kamere pametnih telefona na putu prema svjetlijoj budućnosti—ili bismo trebali reći svjetlijoj slika?