Gigapikselowa matryca powstaje pod czujnym okiem twórcy sensora CMOS

Matryca o rozdzielczości miliarda pikseli, która stanowi przełom w technologiach rejestracji obrazu, została nazwana Quanta Image Sensor. Nad czymś takim pracuje profesor Eric Fossum wraz z Jiaju Ma, ubiegającym się o doktorat na uczelni Thayer w Dartmouth. I choć sensor ma dysponować faktycznie tak dużą liczbą pikseli, to by zrozumieć zasadę jego działania, trzeba odrzucić dotychczasowy sposób wyobrażania sobie sensora światłoczułego.

Dziś myślimy o matrycy jak o zbiorze pikseli, klasycznie utożsamianych z kubełkami, które napełniają się elektronami wybijanymi przez padające fotony. Ten sygnał jest potem odczytywany i konwertowany na postać cyfrową. Zależnie od miejsca gdzie zachodziła ta konwersja, w pikselu czy poza nim, mieliśmy sensory CCD (dziś w aparatach praktycznie nie stosowane) oraz sensory CMOS - skonstruowane właśnie przez Erica Fossuma.

Quanta Image Sensor wykorzystuje miliard pikseli, ale zarazem zachowuje rozmiary dzisiejszych układów. Na przykład pełnej klatki. Od razu widać, że coś tu nie zgadza się z naszą wiedzą. Tak dużo pikseli oznacza, że będą one tak małe, że gromadzony przez nie sygnał będzie… Resztę możecie sobie sami dopisać.

Gdy jednak zapomnimy pikselach w klasycznym ich rozumieniu, a wyobrazimy sobie piksel jako przycisk, który reaguje na pojedynczy padający foton (i to tylko jeden), zanim dokonany zostanie odczyt, sprawa będzie się miała inaczej. Taki piksel faktycznie może być dużo, dużo mniejszy.

Skonstruowanie Quanta Image Sensor będzie możliwe dzięki wykorzystaniu takich oryginalnych pikseli. Tenże sensor będzie cechował się wyjątkową czułością w takich zastosowaniach jak astronomia, bezpieczeństwo, gdzie stosunek sygnału do szumu w tradycyjnych konstrukcjach jest bardzo niekorzystny.

Ale jak za pomocą pikseli, które reagują na jeden i tylko jeden foton, utworzyć obraz? Quanta Image Sensor będzie w stanie odczytać zawartość matrycy, czyli cały miliard pikseli, nie raz, ani kilkanaście razy w ciągu sekundy, lecz setki, a nawet tysiące razy. Zgromadzone dane będą przetwarzane tak, by osiągnąć efekty jakby były integrowane w ramach każdego z pikseli. W ten oto sposób wyłoni się ostateczny obraz.

Nie tylko o wysokiej rozdzielczości, ale bardzo dobrej jakości nawet w przypadku słabego oświetlenia. Brzmi to bardzo prosto, ale algorytmy, które za tym stoją wcale nie są takie banalne.

Oczywiście zanim zaczniemy się emocjonować nową technologią sensorów, możemy być pewni, że przeżyjemy jeszcze niejedną premierę wysokiej rozdzielczości tradycyjnego sensora CMOS. Technologia, nad którą pracuje profesor Fossum, ma być wygodna do zintegrowania z istniejącymi procesami produkcyjnymi, ale zanim uda się pokonać przeszkody, takie jak silne nagrzewanie się elektroniki podczas odczytu danych, może minąć nawet 10 lat.

Źródło: phys.org