Levnější generace fotoaparátů na obzoru

středa 14. říjen 2009 22:54

Levný fotoaparát na obzoru
zdroj: NewScientist

Nedávno proběhla tiskem zpráva o udělení letošní Nobelovy ceny za fyziku výzkumníkům Bellových laboratoří Willard Boylemu a Dr. George Smithovi za objev CCD (Charge-Coupled Device) snímače z roku 1969. Digitální fotoaparát se od té doby stal nedílnou součástí mobilní spotřební elektroniky, jako jsou komunikátory, mobilní telefony a osobní diáře. Společnost Gigavision však nyní pro trh vyvíjí revoluční novinku, která by mohla stlačit ceny spotřebních digitálních fotoaparátů ještě níže.

Současné digitální fotoaparáty totiž nejsou tak úplně digitální: jejich aktivní senzory, CCD nebo novější CMOS snímače jsou zařízení ve své podstatě analogová: obsahuje pole fototranzistorů, které se působením světla otevírají a podle intenzity osvětlení generují proměnlivý proud. Ten se složitým analogově-digitálním převodníkem buňku po buňce konvertuje na digitální signál, který se následně pomocí specializovaného obrazového mikroprocesoru převádí na pole bytů, jež se ukládá jako RAW snímek, nebo se dále komprimuje do JPG formátu.
 Porovnání funkce klasického CMOS senzoru a nového čipu firmy GigaVision a
Myšlenka firmy Gigavision je právě tak jednoduchá, jako elegantní. Vychází z dlouho známé vlastnosti polovodičových pamětí typu EPROM, které jsou mazatelné ultrafialovým světlem a mohou tedy kromě ukládání informací současně sloužit jako světlocitlivý senzor. Paměť je sice pouze dvouúrovňová (ukládá dva logické stavy: 0 a 1) - ale zachycením světla ve větším počtu N paměťových buněk se průběh jejich mazání rozprostře do 2N úrovní. Protože CMOS paměť je sama o sobě digitální, lze vhodným vzorkováním informace rovnou dospět k poli bytů, čímž odpadne složitá a pomalá elektronika AD převodníku, který zvyšuje energetickou spotřebu fotoaparátu a snižuje výdrž baterií. Fotoaparát nepotřebuje drahou paměť k zachycení snímku před jeho uložením: snímač totiž sám o sobě slouží jako tato pracovní paměť a obrazová informace v něm zůstane uložena i při vypnutí napájení.

Protože při procesu zpracování snímku tímto způsobem odpadá sekvenční převod na digitální signál, následné zpracování snímku tímto způsobem může být neobyčejně rychlé a - pokud se použije dostatečný počet paměťových buněk - také mnohem přesnější, než v případě analogových snímačů, které trpí šumem, majícím původ v tepelném pohybu elektronů. Nový čip se díky svému vysokému dynamickému rozsahu lépe poradí s fotografováním za obtížných světelných podmínek, např. s přepaly při focení v protisvětle nebo s odrazy fotoblesku. Největší omezení nové technologie zatím představují základní fyzikální principy kvantové mechaniky: jelikož se dopadající světlo rozprostírá na mnohem větší počet světlocitlivých prvků než dříve, je prahová intenzita osvětlení a tím i citlivost snímače limitována počtem fotonů, které během záběru na jednotlivé prvky stihnou dopadnout.  

Creative Commons License
Blog, jehož autorem je Milan Petřík, podléhá licenci Creative Commons Uveďte autora-Neužívejte dílo komerčně-Zachovejte licenci 3.0 Česko.

Milan Petřík