Sudėtieji jutikliai įgalina plonus išmaniuosius telefonus su puikiomis kameromis, tačiau buvo ilgas kelias, kad jie būtų pakankamai geri kasdieniam naudojimui
Daugumos išmaniųjų telefonų kameros sala yra storesnė už likusius korpusus. Tačiau net ir skaičiuojant tą papildomą iškilimą, jie yra plonesni ir fotografuoja bei filmuoja geriau nei prieš kelerius metus buvę jų kolegos.
Pirmaisiais fotografavimo kelyje metais prireikė dar storesnių įtaisų: pamenate 2000-ųjų nutaikymo ir fotografavimo fotoaparatus? Šiais laikais viskas supakuota į pusės colio plonumo įrenginius, kartais net mažiau. Tai leidžia sukrauti vaizdo jutikliai.
Skaitmeninės fotografijos supratimas
The Skirtumas tarp analoginių ir skaitmeninių fotoaparatų Pirmajame nuotraukoms įrašyti naudojama plėvelė, pagaminta iš šviesai jautrios medžiagos, o antroji turi elektroninį jutiklį. Šiame jutiklyje kiekvienas pikselis (atskiri taškai, sudarantys skaitmeninį vaizdą) yra apšvietimo informacija, užfiksuota labai mažos jutiklio dalies (po vieną kiekvienam nuotraukos pikseliui).
Yra du skaitmeninių fotoaparatų jutiklių tipai, CCD (akronimas, reiškiantis Charge Coupled Device) ir CMOS (papildomas metalo oksido puslaidininkis). Visos šiuolaikinės išmaniųjų telefonų kameros naudoja pastarąją, todėl tai yra technologija, kurią paaiškinsime toliau.
CMOS jutiklį sudaro keli elementai. Fotodiodas yra pats svarbiausias: jis generuoja elektrinį signalą, kai gauna šviesą. Tą signalą saugo a tranzistorius prie pat fotodiodo, kuris signalą paverčia skaitmenine informacija ir siunčia jį į elektroninę grandinę.
Ši grandinė yra atsakinga už tų duomenų interpretavimą ir perdavimą kartu su milijardais kitų pikselių vaizdo signalo procesoriui (ISP), kuris sukuria galutinį vaizdą.
Pirmosios telefono kamerų dienos
Iki 2008 m. CMOS jutikliai turėjo rimtą problemą: laidai, reikalingi pikselių informacijai siųsti IPT, praėjo tarp fotodiodo ir objektyvo, blokuodami dalį šviesos. Ta pati struktūra buvo naudojama CCD jutikliams, kurie buvo jautresni šviesai, tačiau CMOS – tai reiškė tamsesnes, triukšmingesnes ir neryškesnes nuotraukas.
Tai buvo išspręsta naudojant paprastą idėją: perkeliant fotodiodą virš laidų, kad jis gautų daugiau šviesos, taip pagerinant vaizdo kokybę. Tai vadinama galinės pusės apšviestu (BSI) jutikliu, priešingai nei ankstesni, kurie buvo apšviesti priekyje.
Kalbant apie kontekstą, „iPhone 4“, sukūręs „Apple“ reputaciją fotografuojant išmaniaisiais telefonais, buvo vienas pirmųjų telefonų, naudojusių tokio tipo jutiklį. Šiais laikais praktiškai visos išmaniųjų telefonų kameros naudoja BSI jutiklius.
Sudėtieji jutikliai pagerina nuotraukų kokybę ir sumažina dydį
Net nuėmus laidą, CMOS jutikliuose vis dar buvo ką patobulinti. Viena iš jų buvo grandinė, atsakinga už tranzistoriaus informacijos apdorojimą. Jis apvyniotas aplink fotodiodą. Dėl šios priežasties maždaug pusė šviesos, pasiekusios kiekvieną pikselį, atsidūrė jutiklio dalyje, kuri neužfiksavo jokios šviesos.
2012 m. buvo sukurtas pirmasis sukrautas CMOS jutiklis. Užuot apvyniojusi fotodiodą, grandinė dedama po juo. Kadangi jis (iš dalies) pakeičia pagrindą, naudojamą konstrukcijos tvirtumui, storis nėra papildomas. Tiesą sakant, nuo tada „Sony“ ir kitų gamintojų, kurie pritaikė šią technologiją, patobulinus krovimo procesą, jutikliai buvo plonesni, todėl telefonai buvo plonesni.
Ką apie dar didesnį krovimą?
Perkeliant grandinę žemiau fotodiodo, būtų galima manyti, kad viršutinį sluoksnį užims tik šviesą fiksuojanti dalis, tiesa? Neteisingai.
Prisimeni tranzistorių? Jis yra šalia fotodiodo ir užima dar brangesnę šviesą fiksuojančią erdvę. Sprendimas? Daugiau krovimo!
Inžinieriai tai darė anksčiau. 2017 m. „Sony“ paskelbė apie fotoaparato jutiklį su RAM tarp fotodiodo ir grandinės, leidžiantį 960 FPS itin sulėtinti vaizdo įrašus. Reikėjo tą pačią idėją pritaikyti esamo jutiklio daliai.
Dabar fotodiodas pagaliau yra viršutinėje jutiklio dalyje ir tik fotodiodas. Tai efektyviai padvigubina signalą, kurį gali užfiksuoti fotodiodas ir saugoti tranzistorius.
Greitiausias efektas yra dvigubai daugiau šviesos informacijos, kurią turi dirbti kiekvienas pikselis. Ir, kaip ir visur fotografijoje, daugiau šviesos reiškia detalesnes nuotraukas.
Tačiau kadangi tranzistorius taip pat padvigubina savo talpą, jis gali geriau paversti elektrinius signalus iš fotodiodo į skaitmeninę informaciją. Vienas iš galimų šio pritaikymo būdų yra vaizdo triukšmo mažinimas, dar labiau pagerinantis nuotraukų išvaizdą.
Surinkti jutikliai šviesesnei ateičiai
Nors vienkartiniai jutikliai - fotodiodas ir tranzistorius viename sluoksnyje, grandinės po juo - egzistuoja jau kurį laiką, dvigubi (po vieną sluoksnį kiekvienai daliai) vis dar yra šiek tiek nauji. Jie dažniausiai naudojami profesionaliuose fotoaparatuose – pirmasis mobilusis telefonas su tokiu jutikliu – Sony Xperia 1 V, išleistas 2023 m. gegužės mėn.
Tai reiškia, kad technologija vis dar tik pradeda vystytis. Kartu su keliais kitais patobulinimais, kurie iki šiol buvo atlikti mobiliojoje fotografijoje, sukrauti jutikliai reiškia, kad išmaniųjų telefonų kameros žengia į šviesesnę ateitį – ar reikėtų sakyti – šviesesnę paveikslas?