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 (40Мп) и смартфонов (12Мп). 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 удаётся находить эту грань, создавая сенсоры изображения. В мае 2019 года был представлен первый в отрасли датчик разрешением 64Мп, а всего через полгода – 108Мп. Тогда же вендор представил сенсоры изображения с минимальным в отрасли размером пикселя 0,7 мкм(1).
В новейшем сенсоре ISOCELL Bright HM1 с разрешением 108Мп Samsung применил запатентованную технологию Nonacell, которая значительно повышает уровень поглощения света пикселями.
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 ультрафиолет, могут использоваться для диагностики рака кожи, поскольку на снятых на них кадрах цвет здоровых клеток будет отличаться от поражённых 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 (IoT) 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, способных 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.
[Editorial] Rivalling the Human Eye: How Samsung is Opening Up the Possibilities for Image Sensor Technology
by Yongin Park (EVP, Head of Sensor Business Team, System LSI Business)
Taking pictures or videos throughout the day has become part of our normal lifestyles and no longer done just to capture special events. Whip out your mobile camera to immortalize a delectable-looking meal, to record your latest dance moves, or even just when you’re having a good hair day, and you’re ready to share your images with friends right away. These seamless experiences have become possible thanks to remarkable advancements in recent mobile photography, and at the very heart of this revolution is the mobile chips that transform light into digital data – image sensors.
The image sensors we ourselves perceive the world through – our eyes – are said to match a resolution of around 500 megapixels (Mp). Compared to most DSLR cameras today that offer 40Mp resolution and flagship smartphones with 12Mp, we as an industry still have a long way to go to be able to match human perception capabilities.
Simply putting as many pixels as possible together into a sensor might seem like the easy fix, but this would result in a massive image sensor that takes over the entirety of a device. In order to fit millions of pixels in today’s smartphones that feature other cutting-edge specs like high screen-to-body ratios and slim designs, pixels inevitably have to shrink so that sensors can be as compact as possible.
On the flip side, smaller pixels can result in fuzzy or dull pictures, due to the smaller area that each pixel receives light information from. The impasse between the number of pixels a sensor has and pixels’ sizes has become a balancing act that requires solid technological prowess.
Cutting-Edge Pixel Technologies
Drawing from the technology leadership and experience our memory business possesses, Samsung has been managing to expertly navigate this balance in our image sensors. In May 2019, we were able to announce the industry’s first 64Mp sensor, and just six months later, brought 108Mp sensors to the market.
For our latest 108Mp image sensor, the ISOCELL Bright HM1, we implemented our proprietary ‘Nonacell technology’, which dramatically increases the amount of light absorption pixels are capable of. Compared to previous Tetracell technology which features a 2×2 array, the 3×3 pixel structure of Nonacell technology allows, for instance, nine 0.8μm pixels to function as one 2.4-μm pixel. This also mitigates the issue raised by low-light settings where light information is often scarce.
In 2019, Samsung was also the first to introduce image sensors based on 0.7μm pixels. The industry had considered 0.8μm as the smallest possible size pixels could be reduced to, but to our engineers, ‘technological limitations’ are just another challenge that motivates their innovation.
Sensors that Go Beyond Our Senses
Most cameras today can only take pictures that are visible to the human eye at wavelengths between 450 and 750 nanometers (nm). Sensors able to detect light wavelengths outside of that range are hard to come by, but their use can benefit a wide range of areas. For example, image sensors equipped for ultraviolet light perception can be used for diagnosing skin cancer by capturing pictures to showcase healthy cells and cancerous cells in different colors. Infrared image sensors can also be harnessed for more efficient quality control in agriculture and other industries. Somewhere in the future, we might even be able to have sensors that can see microbes not visible to the naked eye.
Not only are we developing image sensors, but we are also looking into other types of sensors that can register smells or tastes. Sensors that even go beyond human senses will soon become an integral part of our daily lives, and we are excited by the potential such sensors have to make the invisible visible and help people by going beyond what our own senses are capable of.
Aiming for 600Mp for All
To date, the major applications for image sensors have been in the smartphones field, but this is expected to expand soon into other rapidly-emerging fields such as autonomous vehicles, IoT and drones. Samsung is proud to have been leading the small-pixel, high-resolution sensor trend that will continue through 2020 and beyond, and is prepared to ride the next wave of technological innovation with a comprehensive product portfolio that addresses the diverse needs of device manufacturers. Through relentless innovation, we are determined to open up endless possibilities in pixel technologies that might even deliver image sensors that can capture more detail than the human eye.
