Мы привыкли фотографировать или снимать на видео моменты из нашей жизни и тут же делиться ими с друзьями. Это стало возможным благодаря инновациям в области камер смартфонов, и в основе этой революции – датчики изображения, мобильные чипы, которые преобразуют свет в цифровые данные.

Глаз человека – это своего рода «сенсор изображения» , который мы используем для восприятия мира. Такой «биологический сенсор» обладает разрешением около 500 мегапикселей (МП), что намного выше, чем у большинства современных зеркальных фотоаппаратов (40 МП) и смартфонов (12 МП). Индустрии предстоит пройти долгий путь, прежде чем качество фото сравняется с возможностями человеческого глаза.

Самым очевидным способом повысить качество снимков может показаться объединение максимально возможного числа пикселей в одном сенсоре, но в этом случае датчик будет слишком большим, размером с мобильный телефон. Чтобы интегрировать камеру со сверхвысоким разрешением в современный смартфон с «безрамочным» экраном в сверхтонком корпусе, датчик изображения должен быть максимально компактным.

С другой стороны, при использовании камер с небольшим количеством пикселей фотография может получаться тусклой или расплывчатой из-за того, что уменьшается площадь, с которой каждый пиксель поглощает световую информацию. Для того, чтобы найти идеальный баланс между числом пикселей и их размерами, необходимо технологическое мастерство высочайшего уровня.

Передовые технологии пикселей

Опираясь на технологическое лидерство и богатый опыт в сфере технологий памяти, Samsung удается находить эту грань, создавая сенсоры изображения. В мае 2019 года был представлен первый в отрасли датчик разрешением 64 МП, а всего через полгода – 108 МП. Тогда же компания представила сенсоры изображения с минимальным в отрасли размером пикселя 0,7 мкм¹.

В новейшем сенсоре ISOCELL Bright HM1 с разрешением 108 МП Samsung применила запатентованную технологию Nonapixel^*, которая значительно повышает уровень поглощения света пикселями. О том, как устроена эта технология, можно прочитать в нашем материале «ISOCELL Bright HM1 сенсор с разрешением 108 МП, построенный на уникальной технологии Nonapixel».

Сенсоры, опережающие органы чувств

Большинство современных камер могут снимать только изображения, видимые человеческому глазу, на волнах длиной от 450 до 750 нанометров. Датчики, способные обнаруживать световые волны за пределами этого диапазона, мало распространены, но, несмотря на это, они могут быть полезны в широком спектре отраслей. Например, датчики изображения, способные воспринимать ультрафиолетовый свет, могут использоваться для диагностики рака кожи, поскольку на снятых на них кадрах цвет здоровых клеток будет отличаться от пораженных раком. Инфракрасные датчики изображения могут использоваться для эффективного контроля качества продукции.

До настоящего времени датчики изображения применялись, в основном, в смартфонах, но в ближайшем будущем они будут активно использоваться и в других стремительно развивающихся областях, таких как автономные транспортные средства, Интернет вещей и дроны. Возможно, в будущем появятся и сенсоры, которые смогут снимать микробы, невидимые взгляду.

Специалисты Samsung не ограничиваются разработкой датчиков изображения – они изучают и другие типы сенсоров, например, способные воспринимать запахи или вкусы. Датчики, способные воспринимать даже то, что не улавливают человеческие органы чувств, скоро станут частью повседневной жизни.

1. До этого 0,8 мкм считался минимальным возможным размером пикселя.

*Технологический термин “Nonapixel” был обновлен в июле 2022 года.

На видео показано, как работает ISOCELL Bright HM1, фиксируя детали, незаметные человеческому глазу:

Новый уровень детализации

ISOCELL Bright HM1 преобразует световую информацию в изображения, состоящие из 108 млн эффективных пикселей, что сравнимо со съемкой на профессиональные камеры. Полученные с использованием нового сенсора кадры настолько детализированы, что не теряют четкости даже при увеличении и кадрировании.

Это стало возможным благодаря тому, что ISOCELL Plus изолирует отдельные пиксели с помощью физических барьеров, что позволяет им собирать больше света. Такое решение максимизирует эффективность пикселей, несмотря на их небольшой размер, значительно сокращая перекрестные помехи, оптические потери и отражение света.

Зум нового поколения

ISOCELL Bright HM1 позволяет приближать изображение без ущерба для качества. Технология дает возможность делать снимки высокого качества на камеру с разрешением 12 МП с трехкратным увеличением без апскейлинга.

Этот тип «масштабирования без потерь» становится возможным, прежде всего, благодаря огромному числу пикселей на сенсоре, которое позволяет приближать часть изображения, сохраняя его высокое разрешение. Функция дополняется способностью датчика комбинировать пиксели в массивах 3×3, без необходимости передавать задачу на обработку мобильному процессору. Прямое преобразование пикселей возможно благодаря встроенному в сенсор процессору изображений (IP).

Интеллектуальный выбор светочувствительности для каждого кадра

Функция Native-ISO отвечает за определение светочувствительности (ISO) сенсора изображения. Однако одного фиксированного значения ISO для матрицы недостаточно, поскольку она должна адаптироваться к различному освещению. Для того, чтобы решить эту задачу, в ISOCELL Bright HM1 используется технология Smart-ISO, которая позволяет датчику изображения интеллектуально подбирать уровень светочувствительности для каждой уникальной среды освещения.

Smart-ISO обеспечивает оптимальный динамический диапазон и пониженный уровень шумов при съемке в различных условиях. Низкий уровень ISO подходит для съемки при ярком освещении, а высокий – при слабом. Малая светочувствительность расширяет динамический диапазон на светлых участках, чтобы запечатлеть все их детали. Если камера обладает высоким показателем ISO при ярком освещении, сигнал чрезмерно усиливается, что приводит к потере информации о цвете – иначе говоря, «засвеченности». В условиях низкой освещенности высокая светочувствительность расширяет динамический диапазон на темных участках кадра, демонстрируя больше деталей.

Инновационное преобразование пикселей

Pixel-binning – это процесс, который позволяет сенсору изображения объединять смежные пиксели, чтобы улучшить поглощение ими света. Это означает, что датчик изображения делает снимки сверхвысокого разрешения днем, а в условиях низкой освещенности, например, ночью, – создает более яркие и четкие изображения со сниженным уровнем шумов.

В сенсоре ISOCELL Bright HM1 применяется технология Nonapixel^*. Подробнее о ней можно прочитать в материале «ISOCELL Bright HM1 сенсор с разрешением 108 МП, построенный на уникальной технологии Nonapixel».

Технологический термин “Nonapixel” был обновлен в июле 2022 года