pegasus3390
Well-Known Member
Nếu như chúng ta đang cần có một chiếc máy ảnh có thể quay ở chế độ siêu chậm viên đạn bắn ra hay có khả năng xem một trận bóng đá với độ chi tiết lẫn màu sắc cao hơn, thì các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu cảm biến đó cho thị trường. Tuần trước, tại hội nghị IEEE International Electron Devices Meeting tại San Francisco, trong đó hai nhóm đã nói về các cảm biến CMOS mới có thể hiện bằng một cách khác để sắp xếp các điểm ảnh và bộ nhớ để cải thiện tốc độ lẫn chất lượng hình ảnh thu được.
Cả hai nhóm đều đang nghiên cứu cách cải thiện hình ảnh từ khi chụp global shutter. Cảm biến CMOS thường dùng phương thức trập dạng rolling shutter. Rolling shutter quét toàn bộ phần hình ảnh và đó mỗi một khung ảnh được kết hợp bởi nhiều khoảng thời gian khác nhau (mặc dù khác biệt rất nhỏ). Tuy nhiên nhược điểm của điều này là việc quay phim ở tốc độ cao sẽ gây ra hiện tượng méo hình, đặc biệt là với các hình ảnh chuyển động nhanh như viên đạn bay hoặc xe đang chạy (do có độ lệch trong chuyển động lớn trong thời gian ngắn). Global shutter lại phù hợp hơn với việc quay phim tốc độ cao khi mà toàn bộ khung cảnh được ghi nhận cùng một lúc. Cảm biến CMOS về cơ bản không thể tự thực hiện điều này được bởi các điểm ảnh được ghi lại theo từng dòng ngang. Trong khi đó cảm biến CCD lại có thể mặc định làm được điều này bởi vì tất cả các điểm ảnh đều được đọc cùng một thời điểm, tuy vậy chúng vẫn không phải là thứ lý tưởng cho việc ghi lại hình ảnh tốc độ cao. Vấn đề của việc loại cảm biến này sử dụng hiệu điện thế cao khi hoạt động dẫn đến nhiệt độ sẽ tăng cao và dùng rất nhiều năng lượng khi chụp ở tốc độ cao như vậy.
Để có thể vượt qua rào cản quét thành từng dòng trên cảm biến CMOS, các nhà sản xuất chip đã kết hợp bộ nhớ của chúng theo từng cell. Điều đó sẽ cung cấp khả năng global shutter nhưng kèm theo đó là sự đánh đổi. Trong trường hợp chụp ảnh ở chế độ siêu nhanh thì cảm biến sẽ bị hạn chế về bộ nhớ. Bằng việc tập trung vào việc phát triển bộ nhớ, các nhà nghiên cứu đã phát triển được một cảm biến CMOS có thể ghi lại được 1 triệu khung hình mỗi giây với thời gian tương đối dài, khoảng 480 micro giây với độ phân giải cao nhất.
Bởi vì bộ nhớ bị giới hạn nên không thể ghi được video tốc độ cao ở độ phân giải cao trong thời gian dài được, đây là điều cần phải đánh đổi. Và dù cho thời gian ghi lại hình ảnh là khá ngắn thì cũng chỉ có thể ghi lại được một phần của hiện tưởng tốc độ cao hoặc đòi hỏi phải giảm độ phân giải xuống. Và do đó nhóm nghiên cứu đang tập trung vào việc tăng dung lượng lưu trữ nhằm cải thiện những hạn chế này.
Nhóm của Kuroda đã tạo ra con chip thử nghiệm với độ phân giải 96 x 128 pixel. Cảm biến này được thiết kế để có thể chụp được hơn 1 triệu điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh trên nguyên mẫu sẽ có 480 cell bộ nhớ do đó nó có thể chụp được tối đa 480 khung hình. Các cảm biến khác có thể hình ảnh với nhiều khung hình hơn mỗi giây nhưng chúng hoặc là chụp ở thời gian ngắn hơn hoặc là độ phân giải thấp hơn.
Trong một cuộc nghiên cứu độc lập từ Canon cũng đã nghiên cứu tính năng tương tự để giải quyết các tình huống khi chụp sự kiện thể thao hay các máy bay giám sát không người lái. Trong khi nhóm của Kuroda nghiên cứu về việc xử lý vấn đề ở tốc độ rất cao thì Canon lại muốn cải thiện khả năng hoạt động ở tốc độ từ 30 fps cho đến 120fps.
cũng tương tự như nhóm từ đại học Tohoku, cảm biến của Canon cũng tích hợp bộ nhớ analog lên cùng với cảm biến nhưng trên cảm biến của Canon thì mật độ điểm ảnh là 4.046 x 2.496. Họ cũng sử dụng một số kỹ thuật để cải thiện chất lượng hình ảnh khi tăng thời gian phơi sáng ở mỗi khung hình. Về cơ bản, cảm biến hình ảnh sẽ truyền toàn bộ các thông tin electron vào trong cell nhớ mỗi khi hết một hình ảnh và làm mới các cell nhớ mỗi 4 khung hình. Điều này gia tăng độ bão hòa cũng như dynamic range của hình ảnh so với các công nghệ global shutter trước đây trên CMOS. Ở tốc độ 30fps, cảm biến vẫn giữ được mức dynamic range 92 dB.
