Sat-Multimedia & IT portal Satelitska-IPTV-Multimedija od 2006
Panasonic razvio prvu na svijetu simultanu WDR (Wide Dynamic Range) tehnologiju koristeći CMOS senzor s organskim fotoprovodnim filmom dinamike 123 dB
Nova tehnologija omogućuje visoku učinkovitost 123 dB-og simultanog WDR-a. Ova tehnologija unaprijedit će upravo snimanje pozadinski osvijetljenih objekata, i to bez vremenskih izobličenja.
Osaka, Japan – Panasonic je danas objavio kako je razvio novu WDR (Wide Dynamic Range) tehnologiju[1] s učinkom simultanog bilježenja WDR-a[2] stotinu puta boljim nego što je to bio slučaj do sada, koristeći CMOS senzor s organskim fotoprovodnim filmom (OPF)*2.
U OPF CMOS senzoru, pohrana energije i fotoelektrična konverzija mogu se podesiti da rade posve odvojeno. Oslanjajući se na ovu jedinstvenu karakteristiku OPF CMOS senzora, moguće je izbjeći predugačku ekspoziciju u scenama s puno svjetla i objektima u pokretu, i to bez vremenskog šuma. Oštru i teksturom bogatu fotografiju moguće je reproducirati čak i u mračnim okruženjima. Ove tehnologije omogućuju brzo i iznimno precizno procesiranje fotografija bez vremenskog šuma kod scena koje karakterizira visoki stupanj kontrasta.
Upravo razvijena WDR tehnologija omogućuje precizno procesiranje fotografija i reprodukciju bogatijeg tona boja čak i u visokokontrastnim kontekstima (poput scena s pozadinskim osvjetljenjem ili studijskom rasvjetom).
Osim toga, sintetiziranje različitih podataka ekspozicije dobivenih odvojenim okidanjem više nije potrebno, pa ova tehnologija omogućuje precizno procesiranje fotografija objekata u pokretu pri velikoj brzini. Prema tome, ova tehnologija omogućuje iznimno brzo i visoko precizno WDR procesiranje i snimanje.
Nova tehnologija posjeduje sljedeće prednosti:
1. Široki upadni kut (60 stupnjeva), visoka osjetljivost, visoka saturacija i visokofunkcionalni sklopovi zahvaljujući jedinstvenoj karakteristici OPF-a, odnosno mogućnosti da pohrana energije i fotoelektrična konverzija rade zasebno..
2. 123 dB-no simultano bilježenje WDR-a (koje je stotinu puta većeg raspona od uobičajenih silicijskih senzora*3), istovremeno zadržavajući konvencionalnu veličinu čipa, zahvaljujući originalnoj “strukturi simultanog bilježenja.”
Ova WDR tehnologija uključuje sljedeće tehnologije.
1. OPF CMOS Image Sensor Design Technology – zahvaljujući kojoj pohrana energije i fotoelektrična konverzija i strujni krugovi mogu biti napravljeni odvojeno.
2. Dual-Sensitivity Pixel Technology koja se temelji na dvije ćelije za detekciju osjetljivosti (jedna za svjetlinu; druga za tamne tonove) u svakom pikselu i koja koristi prednosti vrhunskog učinka saturacije boja te fleksibilnosti postavki osjetljivosti OPF CMOS senzora – sve to kako bi postigla simultano bilježenje WDR-a.
3. Capacitive-Coupled Noise Canceller Technology koja može odstraniti šum piksela, kako bi unaprijedila S/N[3] detalje tamnih objekata koji se nalaze na fotografiji. Panasonic je vlasnik 58 japanskih i 44 svjetskih patenata (uključujući one na čekanju) koji su povezani s ovom tehnologijom.
Panasonic će predstaviti dio ovih tehnologija na internacionalnoj akademskoj konferenciji – ISSCC 2016 (International Solid-State Circuit Conference) koja se održava u San Franciscu od 31. siječnja do 4. veljače ove godine.
Napomene:
*1: Prema Panasonicovim informacijama, do 3. veljače 2016.
*2: Koristimo organski fotoprovodni film (OPF) koji je razvija tvrtka FUJIFILM Corporation
*3: U usporedbi s Panasonicovim silicijskim CMOS senzorom.
Više o tehnologiji
1. OPF CMOS Image Sensor Design Technology – zahvaljujući kojoj fotoelektrična konverzija i strujni krugovi mogu biti napravljeni odvojeno.
Konvencionalni senzor sastoji se od silicijske fotodiode za primanje svjetla, metalnih međuspojeva i mikro-leća koje sa nalaze na čipu. Prema tome, i funkcija fotoelektrične konverzije i funkcija naboja signala izvode se uz pomoć silicijske fotodiode. S druge strane, kada je u pitanju OPF CMOS senzor, funkciju fotoelektrične konverzije izvodi OPF, a ne silicijska fotodioda, dok su za funkciju naboja signala zaduženi strujni krugovi koji se nalaze ispod OPF-a. Obje funkcije su gotovo nezavisne, stoga OPF CMOS senzor može postići sljedeće mogućnosti.
Povećanje upadnog kuta na 60 stupnjeva i vjerna reprodukcija boja
Usvojen je OPF s visokim koeficijentom optičke apsorpcije[4], umjesto silicijske fotodiode, dok je debljina OPF-a smanjena na svega 0,5 mikrometra, što je četiri do šest puta manje od silicijske fotodiode. Budući da klasična silicijska fotodioda zahtijeva barem 2 do 3 mikrometra u dubini, raspon upadnog kuta bio je ograničen na oko 30 do 40 stupnjeva. OPF, dobiven pomoću OPF CMOS tehnologije, omogućio je proširenje kuta na 60 stupnjeva, efikasno koristeći svjetlo koje upada pod tim kutem za vjernu reprodukciju boja bez njihova miješanja. Također, zaslužan je i za veći stupanj fleksibilnosti u proizvodnji objektiva, omogućivši na taj način smanjenje veličine fotoaparata.
Povećanje osjetljivosti senzora 1,2 puta u odnosu na klasične silicijske senzore kako bi se isporučile jasne fotografije, posebno kod tamnih scena.
Tranzistori i metalni međuspojevi u svakom pikselu, izvedeni u pomoć Panasonicove tehnologije poluvodiča, obloženi su OPF-om. Područje dijela za primanje svjetla kod klasičnih senzora postaje ograničeno zbog metalnih međuspojeva i potrebe za izradom filma sa svjetlosnim štitom koji sprječava upade svjetla u sva područja jednog piksela, izuzev fotodiode. Međutim, OPF CMOS tehnologija senzora oblaže senzor s OPF-om, zbog čega može iskoristiti ukupnu količinu svjetlosti koju senzor primi. Ova jedinstvena struktura i visoka kvantna efikasnost OPF-a poveća osjetljivost senzora za 1,2 puta u odnosu na klasične silicijske senzore kako bi isporučila jasne fotografije, posebno kod tamnih scena.
Sasvim odvojeni dizajn OPF-a i strujnih krugova i visoke performanse (visoka saturacija)
U arhitekturi OPF CMOS senzora, OPF, koji pretvara svjetlost u električni signal, te strujni krugovi, koji pohranjuju električni naboj signala i signal očitanja, napravljeni su posve odvojeno. Upravo zbog toga, odabirući OPF, fotoelektrična konverzija postavke, valne duljine, osjetljivost itd. mogu se podešavati s visokim stupnjem fleksibilnosti.
Također, kod običnih senzora potrebno je postaviti i silicijsku fotodiodu i krugove (tranzistore i kondenzatore) na silicijski podsloj u svakom pikselu, pa je prostor namijenjen strujnim krugovima ograničen. S druge strane, kada je u pitanju OPF CMOS senzor, nema potrebe za postavljanjem silicijske fotodiode, pa se visokoučinkoviti strujni krugovi, poput brzine i WDR-a, mogu postaviti u silicijskom podsloju.
Preciznije, kod OPF CMOS senzora, zbog velikog kondenzatora namijenjenog pohrani naboja signala, saturacijska vrijednost[5] električnog signala može se osjetno povećati u odnosu na prethodne senzore.
2. Dual-Sensitivity Pixel tehnologija koja se temelji na dvije ćelije za detekciju osjetljivosti (jedna za svjetlinu; druga za tamne tonove) u svakom pikselu i koja koristi prednosti vrhunskog učinka saturacije boja te fleksibilnosti postavki osjetljivosti OPF CMOS senzora – sve to kako bi postigla simultano bilježenje WDR-a.
Dvije pikselne elektrode s različitom osjetljivošću, dva kondenzatora za naboj signala s različitim kapacitetima i dva tipa poništivača šuma nalaze se u svakom pikselu, zahvaljujući specifičnoj strukturi OPF CMOS senzora unutar koje su, pak, OPF, namijenjena fotoelektrična konverzija, i kondenzator, namijenjen pohrani naboja signala, napravljeni posve odvojeno, zbog čega je moguće ostvariti visoke vrijednosti saturacije. Prema tome, i svijetle i tamne scene procesiraju se istovremeno koristeći različite ćelije pa je stoga moguće istovremeno bilježenje WDR-a razine 123 dB (što je 100 puta veće nego kada su u pitanju obični silicijski senzori).
Ćelija 1: visokoosjetljiva ćelija
visokosenzitivina pikselna elektroda + mali kondenzator + kapacitivni eliminator šuma
Ćelija 2: visokosaturacijska ćelija
pikselna elektroda niske osjetljivosti + veliki kondenzator + konvencionalan eliminator šuma
Koristeći ovu tehnologiju, posebno u visokokontrastnim kontekstima, moguće je dosegnuti visoku preciznost, brzinu i detekciju pokreta predmeta fotografiranja.
Osim toga, visokosaturacijska ćelija “Dual-Sensitivity Pixel” tehnologije uvijek pohranjuje signal, u stanju niske osjetljivosti, izuzev vremena potrebnog za čitanje. Stoga nema niti LED[6] niti fluorescentnog[7] odsjaja koji inače uzrokuje polovično bilježenje fotografija karakteristično, primjerice, za fotoaparate koji se nalaze u vozilu ili koji prenose neki poslovni sastanak.
3. Tehnologija kapacitivno povezanog eliminatora šuma s mogućnosti poništavanja šuma pri ponovnom paljenju piksela kako bi se poboljšao odnos S/Š pri snimanju tamnih objekata.
OPF CMOS senzor posjeduje strukturu unutar koje su OPF i pohrana energije dio povezani metalnom žicom, pa akumulirajući zapisi ne mogu biti u potpunosti pročitani. Iz tog razloga pojavljuju se problemi s poništavanjem šuma piksela, sa zaostalim naponima i pogreškama pri očitanju i dodatnim šumom. Kako bismo riješili ovaj problem, razvili smo vlastitu tehnologiju poluvodiča u uređaju te originalni i novi “Capacitive-Coupled Noise Canceller”, i na taj način postigli sprečavanje samog šuma uslijed ponovnog pokretanja. U ovom brisaču šuma, u svakom pikselu može se suzbiti isporučivanjem negativne povratne petlje za svaki stupac. Osim toga, koristeći kapacitivnu strukturu, moguće je unaprijediti robusnost kontrole negativne povratne veze te osjetno smanjiti brisač šuma, do 1,6 elektrona.
Panasonic će upotrijebiti ovu tehnologiju na nadzornim kamerama, kamerama koje se nalaze u vozilima, kamerama za emitiranje, kamerama namijenim industrijskim inspekcijama, digitalnim fotoaparatima i ostalim proizvodima, i na taj način pridonijeti brzom, iznimno preciznom fotografiranju i funkcijama senzoriranja.
Tehnički termini:
[1] Dynamic RangeRaspon svjetline koji može biti procesiran na fotografiji. (Omjer između elementa najnižeg i najvišeg stupnja svjetline) [2] Simultaneous-capture Dynamic Range
Raspon svjetline koji može biti obrađen u nekoj jedinici vremena. [3] S/N
Signal to Noise omjer – predstavlja odnos između jačine signala i jačine šuma. [4] Optical absorption coefficient
Konstantna vrijednost koja označava količinu svjetla koja je apsorbirana u materijal, nakon što ulazno svjetlo proizvede učinak na materijal. [5] Saturation Value
Maksimalna količina električnog signala koja se može obraditi. Ako signal prelazi tu vrijednost, fotografiju obilježava preduga ekspozicija. [6] LED Flicker
Fotografski fenomen koji se manifestira kao nepotpuno zabilježena fotografija, a prouzrokovan je LED frekvencijom (promet, svjetla, znakovi, itd.) i brzinom obrade. [7] Fluorescent Flicker
Fotografski fenomen koji se manifestira kao nepotpuno zabilježena fotografija, a prouzrokovan je frekvencijom flourescentne svjetlosti (svjetla uz cestu, znakovi, itd.) i brzinom obrade.
