صنعت تصویربرداری دیجیتال بار دیگر شاهد جهشی بزرگ از سوی بزرگترین تولیدکننده سنسور در جهان است. بخش راهکارهای نیمههادی سونی (Sony Semiconductor Solutions) با معرفی و عرضه تجاری سنسور گلوبال شاتر جدید خود با نام IMX925، مرزهای سرعت و وضوح را جابهجا کرده است.
این حسگر پیشرفته که از فرمت متداول Type 1.2 بهره میبرد، موفق شده است رزولوشن بالای 24.55 مگاپیکسل را با یک سیستم مکانیکی-الکترونیکی گلوبال شاتر واقعی ادغام کند و در عین حال، به نرخ پردازش خیرهکننده 394 فریم بر ثانیه در بالاترین کیفیت خروجی دست یابد. این ترکیب پدیده بسیار نادری در جهان سختافزار به شمار میرود، چرا که افزایش رزولوشن معمولاً با کاهش شدید فریمریت یا اجبار به استفاده از رولینگ شاتر همراه بود است.
برای درک اهمیت عرضه سنسور گلوبال شاتر سونی، باید ابتدا چالش فنی سنسورهای رولینگ شاتر (Rolling Shutter) را بررسی کنیم. در معماری رولینگ شاتر، خطوط پیکسلهای سنسور به صورت ردیف به ردیف و با یک تاخیر زمانی اندک خوانده میشوند. این تاخیر در حرکات بسیار سریع (مانند چرخش پرههای هلیکوپتر، حرکت سریع قطار یا پنهای ناگهانی دوربین) منجر به پدیدهای به نام خمش یا اعوجاج تصویر (Jello Effect) میشود.
در نقطه مقابل، سنسور گلوبال شاتر سونی کل گستره پیکسلهای روی حسگر را به صورت کاملاً همزمان و در یک لحظه واحد نوردهی و بازخوانی میکند. تا پیش از این، پیادهسازی گلوبال شاتر در رزولوشنهای بالا چالش عظیمی محسوب میشد؛ زیرا تعبیه مدار الکترونیکی تخلیه همزمان دادهها در کنار هر پیکسل، فضای مفید جذب نور را کاهش میداد و منجر به افت داینامیک رنج و افزایش نویز میشد. سونی با معماری اختصاصی خود در مدل IMX925 این معادله را برهم زده و کیفیت تصویر را فدای سرعت نکرده است.
سنسور IMX925 از ساختار پیشرفته Stacked CMOS (سنسور پشتهای) استفاده میکند. در این ساختار، لایه دیودهای نوری (پیکسلها) از لایه مدارهای منطقی و مبدلهای آنالوگ به دیجیتال جدا شده و روی یکدیگر لمینت شدهاند.
این طراحی انقلابی به سونی اجازه داده است تا کانالهای خروجی داده بسیار پهنباندی را در لایه زیرین تعبیه کند، بدون اینکه فضای جذب نور پیکسلها اشغال شود. نتیجه این مهندسی، دستیابی به رزولوشن 24.55 مگاپیکسل و نرخ پردازش باورنکردنی 394 فریم بر ثانیه است.
این سنسور حجم عظیمی از دادههای تصویری را در هر ثانیه پردازش و به پردازنده تصویر منتقل میکند که نشاندهنده یک جهش بزرگ در پهنای باند داخلی سنسورهاست.
اگرچه تمرکز اولیه سونی بر ارتقای سیستمهای بینایی ماشین (Machine Vision)، رباتیک پیشرفته، فوتوگرامتری سه بعدی و خطوط تولید فوقسریع کارخانجات است، اما ابعاد و ویژگیهای این حسگر به شدت توجه توسعهدهندگان دوربینهای فیلمبرداری و سینمایی را نیز جلب کرده است.
فرمت Type 1.2 و رزولوشن 24.5 مگاپیکسلی، تصاویری با وضوح بالاتر از 5K را در اختیار کاربر قرار میدهد. ثبت این رزولوشن با نرخ نزدیک به 400 فریم بر ثانیه بدون حتی یک میلیثانیه تاخیر یا اعوجاج حرکتی، همان چیزی است که سازندگان مستندهای حیاتوحش، رویدادهای ورزشی اکشن و جلوههای ویژه سینمایی (VFX) سالهاست به دنبال آن هستند.
بخش نیمههادی سونی با عرضه عمومی این قطعه، موقعیت خود را به عنوان رهبر بلامنازع بازار سنسورهای تصویر تثبیت کرده است. رقبایی همچون سامسونگ فاندری و کانن نیز در حال توسعه راهکارهای گلوبال شاتر خود هستند، اما دستیابی به نرخ نزدیک به 400 فریم در رزولوشن بالای 24 مگاپیکسل، کار را برای رقبا بسیار دشوار کرده است.
تحلیلگران سختافزار معتقدند که فناوریهای بهکاررفته در IMX925 به زودی و در سالهای آینده مسیر خود را به سمت دوربینهای کونسومر و میانرده پیشرفته نیز باز خواهند کرد.
سنسور گلوبال شاتر سونی با مدل IMX925 نهتنها یک موفقیت تجاری برای این غول ژاپنی است، بلکه یک مبدا زیرساختی برای نسل بعدی دوربینهای پرسرعت محسوب میشود.
از میان بردن کامل نقصهای رولینگ شاتر بدون آسیب زدن به رزولوشن و وضوح تصویر، گواهی بر تکامل مهندسی سنسورهای پشتهای است. با آغاز عرضه این محصول به توسعهدهندگان سراسر جهان، باید به زودی منتظر معرفی سیستمهای تصویربرداری شگفتانگیزی باشیم که جزئیات حرکات سریع جهان پیرامون ما را با دقتی میکروسکوپی و بینقص ثبت میکنند.
