Sony esitteli neljä diodia kattavan mikrolinssiratkaisun Quad Bayer -kamerasensoreille

[Juha Kokkonen]

Sony on esitellyt uuden 2x2 OCL -mikrolinssiratkaisun (On-Chip Lens) Quad Bayer -suodatinta käyttäville kamerasensoreille. Quad Bayer -sensoreissa neljä vierekkäistä kuvadiodia on varustettu samanvärisellä suodattimella, mutta aiemmin jokaisella diodilla on ollut oma mikrolinssinsä valon ohjaamiseksi. 2x2 OCL -ratkaisussa yksi linssi peittää kerrallaan neljän diodin ryppään. Aiemmin diodien herkkyyseron kerrottiin estäneen 2x2 OCL:n kaltaiset ratkaisut, mutta Sonyn kehittämä sensoritekniikka sekä signaaliprosessointi on nyt ratkaissut ongelman.

Suurin hyöty uudesta 2x2 OCL -mikrolinssiratkaisusta kerrotaan olevan tarkennuksessa etenkin hämärässä sekä vaakasuuntaisten kohteiden kohdalla, sillä sen myötä kaikkia sensorin diodeja voidaan hyödyntää vaiheentunnistustarkennuksessa (PDAF). Tekniikka parantaa myös valonkeruutehokkuutta pikselien binnausta käytettäessä.

Engadgetin mukaan tekniikka tullaan näkemään käytössä Oppon tulevassa lippulaivapuhelimessa ensi vuoden alkupuolella.

Lähde: Technology｜Image Sensor：Mobile｜Products｜Sony Semiconductor Solutions Group

 

[Proscribo]

Canonilla on ollut jo hyvän tovin kaksi senseliä yhden mikrolinssin alla ja tällaista neljään jakoa on huhuiltu jo jonkin aikaa, mutta ilmeisesti Sony on ehtimässä ensin. Vielä kun tätä samaa alkaisi saamaan isompiin kennoihin.

 

[CryptoKid]

Eikös tuossa kohtaa kannattaisi olla vain yksi, isompi pikseli tuolla alla, keräisi ehkä paremmin valoakin? Vai mitä hyötyä noista neljästä erillisestä pikselistä on?

 

[L2K2]

Eikös tuossa kohtaa kannattaisi olla vain yksi, isompi pikseli tuolla alla, keräisi ehkä paremmin valoakin? Vai mitä hyötyä noista neljästä erillisestä pikselistä on?

Kaksi mahdollista tapaa hyötyä tuosta, tai ehkä kolme:

1. Tarkennus (DPAF -> QPAF), vertaamalla osapikselien arvoja. Neljällä pikselillä näkee kontrastin molemmissa suunnissa.

2. Yhden kuvan HDR, asettamalla eri alipikseleille joko eri (analoginen) vahvistus (ts. ”ISO”) tai eri valotus. Saa paremmin taltioitua niitä valoisia alueita kuvasta.

3. Osittainen ”valokentän” taltiointi kyky, osapikselit näkevät hieman eri komponentin tulevasta valosta, ja sillä kikkailu kuten tarkennuksen hienosäätö kuvan ottamisen jälkeen.

Haitat toki, vrt.

A. Vrt. isommat pikselit: nelinkertainen määrä dataa, ja aavistuksen isompi kokonaiskohinataso.

B. Vrt. pienemmät mikrolinssit: huonompi maksimaalinen erotuskyky, eli aavistuksen vähemmän terävä kuva.

C. Vrt. pienemmät mikrolinssit ilman quad-Bayer -asettelua: kuten kohta kolme, mutta ero on isompi. (En vieläkään ymmärrä miksi noita quad-Bayer -värisuotimia ylipäätään käytetään vrt. normaalisti isompi resoluutio ja älykäs alaspäinskaalaus (kuten aikoinaan Nokia 808:saa); hieman vaikea kuvitella minkä osa-alueen siitä olisi voinut Nokia patentoidakaan.)

 

[L2K2]

C. Vrt. pienemmät mikrolinssit ilman quad-Bayer -asettelua: kuten kohta kolme, mutta ero on isompi. (En vieläkään ymmärrä miksi noita quad-Bayer -värisuotimia ylipäätään käytetään vrt. normaalisti isompi resoluutio ja älykäs alaspäinskaalaus (kuten aikoinaan Nokia 808:saa); hieman vaikea kuvitella minkä osa-alueen siitä olisi voinut Nokia patentoidakaan.)

Itseäni lainaten ja tarkentaen, näin liian pieneltä ruudulta: Nokialla (tai nykyään edelleen varmaan Microsoftilla) on ulkomuistista sen Pureview ”whitepaper”:in perusteella siis patentti siihen tehokkaaseen rautatasolla niitä yksittäisiä alipikseleitä ryhmittelevään tapaan tehdä alaspäinskaalaus. Mutta kun tuota laskentatehoa on nykyään puhelimissa yli kertaluokan verran enemmän, niin sen isommankin kuvan voisi käsitellä ihan tavanomaisilla alaspäinskaalausalgoritmeilla (jotka toimivat sen Bayer-matriisin poiston jälkeen olevassa kuvassa, jossa on kolminkertainen määrä dataa (kun kullekin pikselille on laskettu kaikki kolme väriä).

 

[vmovapd]

Kaksi mahdollista tapaa hyötyä tuosta, tai ehkä kolme:

1. Tarkennus (DPAF -> QPAF), vertaamalla osapikselien arvoja. Neljällä pikselillä näkee kontrastin molemmissa suunnissa.

2. Yhden kuvan HDR, asettamalla eri alipikseleille joko eri (analoginen) vahvistus (ts. ”ISO”) tai eri valotus. Saa paremmin taltioitua niitä valoisia alueita kuvasta.

3. Osittainen ”valokentän” taltiointi kyky, osapikselit näkevät hieman eri komponentin tulevasta valosta, ja sillä kikkailu kuten tarkennuksen hienosäätö kuvan ottamisen jälkeen.

Haitat toki, vrt.

A. Vrt. isommat pikselit: nelinkertainen määrä dataa, ja aavistuksen isompi kokonaiskohinataso.

B. Vrt. pienemmät mikrolinssit: huonompi maksimaalinen erotuskyky, eli aavistuksen vähemmän terävä kuva.

C. Vrt. pienemmät mikrolinssit ilman quad-Bayer -asettelua: kuten kohta kolme, mutta ero on isompi. (En vieläkään ymmärrä miksi noita quad-Bayer -värisuotimia ylipäätään käytetään vrt. normaalisti isompi resoluutio ja älykäs alaspäinskaalaus (kuten aikoinaan Nokia 808:saa); hieman vaikea kuvitella minkä osa-alueen siitä olisi voinut Nokia patentoidakaan.)

Mihin se selvin hyöty jäi, eli suurempi resoluutio (kunhan on reippaasti valoa ja optiikka on hyvä ja riittävän kokoinen ettei diffraktioraja iske pahasti vastaan)?

C. Quad-Bayer tähtää minun käsittääkseni puhtaasti optimoimaan sensorin erotuskyvyn 2x2-binnauksella. Perinteisellä Bayer 2x2-binnauksella yksi pikseli muodostuisi 3x3 kokoiselta alueelta ollen lomittain muiden pikselien kanssa. Quad-Bayerissa 2x2-binnaus on tietenkin kooltaan 2x2 ja muodostaa suoraan tavallisen Bayerin.

Itseäni lainaten ja tarkentaen, näin liian pieneltä ruudulta: Nokialla (tai nykyään edelleen varmaan Microsoftilla) on ulkomuistista sen Pureview ”whitepaper”:in perusteella siis patentti siihen tehokkaaseen rautatasolla niitä yksittäisiä alipikseleitä ryhmittelevään tapaan tehdä alaspäinskaalaus. Mutta kun tuota laskentatehoa on nykyään puhelimissa yli kertaluokan verran enemmän, niin sen isommankin kuvan voisi käsitellä ihan tavanomaisilla alaspäinskaalausalgoritmeilla (jotka toimivat sen Bayer-matriisin poiston jälkeen olevassa kuvassa, jossa on kolminkertainen määrä dataa (kun kullekin pikselille on laskettu kaikki kolme väriä).

Miksi tyytyä digitaaliseen binnaukseen jos sensori suoraan tukee analogista 2x2-binnausta? Ainakin tähtikuvauspuolella käsittääkseni nyrpistävät alaspäin skaalaamiselle kun analoginen binnaus tarjoaa paremman signaali-kohinasuhteen. Ja mobiilioptiikka ei tosiaankaan valon määrällä myöskään juhli. On parempi lukea 4 pikselin varaus ja vahvistaa se ennen adc:tä kuin erikseen lukea, vahvistaa, adc, siirtää pikselit ja keskiarvoistaa 2x2 tai vain skaalata kuvaa.
Lisäksi kun sensori tekee 2x2:n suoraan sensorilla, tarvitsee siirtää vähemmän dataa väyliä pitkin. Esimerkiksi täysin turhaan sitä 50 megapikseliä per frame siirtää kun kuvataan videota ja silloin muutenkin on valotusaika rajallinen, joten vaaditaan herkkä sensori.