211service.com
Pushing Pixels
Förra veckan lanserade Kodak den första 50-megapixelkamerasensorn någonsin. Även om en så hög upplösning går utöver behoven hos de flesta konsumenter, för professionella fotografer kommer den nya sensorn att göra det möjligt att ta bilder på en aldrig tidigare skådad detaljnivå.
Femtio megapixlar: Kodaks nya kamerasensor på 50 miljoner pixlar lyckas klämma in fler pixlar på en array samtidigt som den ökar hastigheten och minskar enhetens strömförbrukning.
Till exempel, i en bild tagen av ett fält som är en och en halv mil tvärs över, skulle sensorn göra det möjligt för en betraktare att upptäcka ett föremål som bara mäter en fot över.
Den här typen av upplösning är egentligen bara nödvändig för och inriktad på avancerad professionell fotografering, där högkvalitativa bilder ofta måste blåsas upp stora. Men det kan också vara användbart för vissa andra applikationer, som flygfotografering som används för tjänster som Google Earth. Möjligheten att ha fler pixlar låter planet flyga högre, så du behöver inte så många bilder, säger Mike DeLuca , marknadschef för Kodak 's Image Sensor Solutions, baserat i Rochester, NY.
Sensorn, som producerar en uppsättning av 8 176 x 6 132 pixlar, minskar ytterligare gapet mellan traditionell film och digital fotografering. Vi är verkligen nära hur filmen sköttes, säger DeLuca. Det är väldigt nära. Nu, säger han, är det bara en fråga om fotografens personliga preferenser.
Normalt gäller att ju mindre du gör en pixel, desto sämre kvalitet, säger man Albert Theuwissen , en expert på digital bildbehandling och grundare av Harvest Imaging, baserat i Bree, Belgien. Det gäller såväl konsumentprodukter som professionella enheter. DeLuca hävdar att i fallet med Kodaks breakout-sensor ökar nya pigment faktiskt färgkvaliteten som återges av sensorn, medan andra mekanismer gör att pixlarna är lika känsliga som större – och ändå bearbetas de snabbare än i tidigare design. Dessutom hävdar han att den nya sensorn använder mindre ström än sina föregångare. Varje lösning eller steg som gör sensorn snabbare och mindre effekthungrig är ett steg framåt, säger Theuwissen.
Kodak har redan en sensor på marknaden med en upplösning på 39 miljoner pixlar. Men för att ytterligare öka upplösningen behövde företaget inte bara minska storleken på varje pixel från 6,8 mikron till 6 mikron, utan också radikalt förändra hur dessa laddade kopplade enheter (CCD)-sensorer fungerar, säger DeLuca.
Det är relativt enkelt att göra pixlarna mindre, säger han. Men eftersom dessa enheter innehåller mycket mer än bara ljusupptäckande element, säger DeLuca, kan de drabbas av sämre prestanda om allt inuti dem inte krymps tillsammans med pixlarna.
Varje pixel har flera strukturer, säger han. Vissa är utformade för att överföra en laddning från en pixel till nästa, så att bilden kan läsas av enheten. Andra strukturer säkerställer att överskottsladdning som produceras av starkt ljus inte rinner ut i närliggande pixlar.
En annan utmaning är att upprätthålla sensorns dynamiska omfång – det vill säga dess förmåga att upptäcka ljus och mörker samtidigt. I sensorn är detta i grunden en signal-till-brus-fråga, säger DeLuca. När du gör pixeln mindre är det mindre signal du kan fånga, eftersom det fysiskt är mindre förmåga att lagra elektroner i den pixeln. Om vi inte gör något annat är det vi slutar med en mindre signal med samma brusprofil. För att motverka detta har Kodak behövt förbättra förstärkaren vid enhetens utgång, vilket minskar bruset.
Genom att öka antalet pixlar blir det också mer utmanande att komma åt informationen när den väl har upptäckts. Femtio miljoner pixlar är mycket data, säger DeLuca, och en fotograf måste kunna läsa av det från sensorn inom rimlig tid.
Fram till nu har Kodak använt en process som inneburit att dumpa informationen från en rad med pixlar till nästa och flytta informationen längs raden, läsa av den i kanten, en pixel i taget. Detta är en relativt långsam process, som normalt utförs två rader åt gången. Så för att klara av den extra mängden data kommer den nya sensorn med fyra utgångskanaler så att fyra gånger mängden data kan läsas på en gång. Detta gör att sensorn kan öka hastigheten med vilken bilder kan tas från 0,9 till 1,0 bildrutor per sekund, även om mer information tas. Och ändå tillåter detta också att klockcykeln vid vilken data läses av reduceras för varje utgång, vilket ytterligare förbättrar signal-brusförhållandet.
Energibesparingar uppnås genom att sensorn återställs innan varje bild tas. Detta görs precis innan en bild tas för att säkerställa att det inte finns någon kvarvarande laddning eller elektriskt brus i pixlarna som kan minska kvaliteten på den nya bilden. I tidigare sensorer har Kodak helt enkelt läst ut var och en av pixlarna rad för rad, som om den samlade in data för en bild, men sedan dumpade den informationen istället för att lagra den. Det vi har tagit med nu är en ny struktur i pixeln som gör att alla pixlar i arrayen kan rensas ut i en enda klockpuls, säger DeLuca. Så istället för att behöva spola hela sensorn rad för rad spolar man hela arrayen på en gång, säger han.
Detta förbättrar dramatiskt klicktiden för att fånga - fördröjningen mellan att trycka ner avtryckaren och sensorn tar bilden. Istället för att vara millisekunder tar det mikrosekunder, säger DeLuca. Och förutom att spara tid, minskar det också strömmen som krävs för att utföra en återställning.
Denna teknik är inte billig. Enbart sensorn kommer att kosta minst $3 500. Men det verkar inte ha avskräckt en kameratillverkare. Hasselblad har meddelat planer på att lansera en ny kamera med sensorn under de kommande månaderna. Inte heller kommer 50 megapixlar att ligga kvar i framkant länge. Bara den här veckan, några dagar efter Kodaks tillkännagivande, har ett annat företag för digital bildbehandling, DALSA , baserat i Waterloo, Kanada, meddelade att man har utvecklat en 60-megapixelsensor.