Nieuwe CMOS-chip: 50x minder stroom, 100x meer bereik

De Digital Photography Blog bericht over twee nieuwe technieken die ervoor zouden kunnen zorgen dat CMOS-sensors vijftig maal minder stroom gebruiken en een honderd maal groter dynamisch bereik krijgen dan conventionele CMOS-sensors. De twee technieken zijn uitgevonden door Mark Bocko en Zeljko Ignjatovic van de University of Rochester (New York). De eerste techniek die gebruikt wordt, combineert de lichtgevoelige diode met een analoog naar digitaal converter. Eerdere pogingen om dit voor elkaar te krijgen liepen op niks uit, daar er teveel transistors gebruikt moesten worden voor de conversie, waardoor er te weinig plaats over bleef voor de fotodiode. De nieuwe techniek heeft echter maar drie transistors nodig. De eerste testen van een dergelijke sensor wijzen uit dat deze 50x minder energie verbruikt en een 100x groter dynamisch bereik heeft.

De tweede techniek moet er voor zorgen dat er veel minder rekenkracht nodig is om het uiteindelijke plaatje te comprimeren. Dit wordt bereikt door de pixels op een andere manier op de chip te rangschikken dan normaal gebruikelijk. De eerste testen hiermee hebben uitgewezen dat er tot vijf maal minder rekenkracht nodig is om het plaatje om te zetten in een JPEG. Dit betekent dat er minder krachtige cpu's gebruikt kunnen worden in digitale camera's, wat weer stroom bespaart. Beide onderzoekers zoeken nu uit hoe ze een prototype kunnen bouwen die beide technieken met elkaar combineert.

Reacties (45)

[Anoniem: 1913]

ben benieuwd of dat ding ook minder gevoelig is voor ruis.

[AlteKiet]

Ik geloof dat het daar juist allemaal om gaat. Ruis ontstaat in situaties waar weinig licht is. Door weinig licht genereert je CMOS-sensor een heel laag signaal waardoor dus ook een hele ongunstige signaal-ruis verhouding (SNR) ontstaat. Om een redelijke foto als resultaat te krijgen, zal dat lage signaal versterkt moeten worden en wordt de ruis ook versterkt.

Een sensor die 100x groter dynamisch bereik heeft, functioneert dus veel beter met weinig licht en produceert een veel betere SNR.

Minder ruis dus!

[Anoniem: 74376]

Dit betekent dat er minder krachtige cpu's gebruikt kunnen worden in digitale camera's, wat weer stroom bespaard.

Denk dat ze de kracht van de huidige produktielijn beter kunnen benutten om de camera's sneller te maken.

[Pieroman]

Ik denk ook dat ze dan gewoon vrolijk dezelfde cpu's erin zetten, zodat je camera sneller is, maar op een gegeven is je geheugen de bottleneck.
Betekent een nieuwe CMOS dan ook scherpere/betere foto's?

[TheekAzzaBreek]

Niet scherper, maar wel met (veel) meer detail in de donkerste en lichtste partijen.

[0rbit]

Nu maar hopen dat dat dynamische bereik niet ten koste gaat van de lichtgevoeligheid (dus de lage kant van het bereik), want dan heb je er alsnog vrijwel niks aan.

[HaterFrame]

Idd, en dat is dus weer goed nieuws voor sportfotografen die snel foto`s achter elkaar moeten schieten.

[praseodymium]

Alsof hun plaatjes naar JPEG comprimeren.... daar hebben ze RAW voor..

[84hannes]

Als hunnie snel foto's willen maken is er een gode kans dat hunnie ook veel foto's maken, en dan is een lichte compressie misschien wel fijn.

[Asteroid9]

Hunnie?

[Anoniem: 64607]

Als hunnie snel foto's willen maken is er een gode kans dat hunnie ook veel foto's maken, en dan is een lichte compressie misschien wel fijn.

kan me voorstellen dat dergelijke fotografen met een latpop in de rugtas rondlopen plus misschien een extra externe USB harde schijf. 100 Gb intern + 500 Gb extern, denk niet dat je 600 Gb zo vol hebt

[nhimf]

Reactie op DikkeDouwe:
Ze zullen eerder met een tas vol met cf/sd kaarten rondlopen. Het vervangen van 2-4gieg is sneller dan het leeglezen ervan

Als je een camera van 3000 euro met objectieven van 2000 en duurder rond huppelt, dan zullen ze best wel cf kaartjes van 4gieg erbij hebben wat zo'n 200 foto's in RAW formaat zal zijn.

[phsdv]

In een goede camera maakt wel of geen compressie niet uit. Kijk maar eens naar de Nikon D2XHet aantal fotos per seconden is gelijk voor RAW en JPG! Alleen het aantal fotos dat met deze snelheid kan worden genomen is wel hoger met jpg. 22 ipv 17 in de hoogste resolutie.

[Anoniem: 62011]

D2x gebruikt RAW compressie.

[emn13]

No matter what the camera zal JPG altijd sneller blijven dan RAW. De buffer van een camera is namelijk maar zo en zo groot, en daarna moet je wegschrijven naar compact flash.
En JUIST de betere cameras hebben meer megapixels en dus grotere plaatjes en hebben hier dan ook last van.

dus met JPG (en kleinere plaatjes) zul je minder snel uit je buffer lopen en zodra je wel een volle buffer hebt duurt heb minder lang voordat je al voldoende weggeschreven hebt naar CF om het volgende plaatje te kunnen maken:

dus JUIST bij hoge megapixel cameras heb je bij RAW eerder last van een volle buffer en zodra dat gebeurt ook MEER last ervan want elk opvolgend plaatje duurt langer.

Uiteraard: zolang de buffer nog niet vol is is er uiteraard niets aan de hand. En met een buffer van +/- 17 plaatjes zelfs bij RAW heb je er niet zo gauw last van. Aan de andere kant, ALS je de kleurinstellingen een beetje goed hebt, heb je helemaal niks aan RAW en is het zelfs vervelender te verwerken. Ik heb nog nooit van workflow software voor RAW ueberhaupt gehoord die zo handig was als die voor jpg (behalve mischien Apple's Aperture, maar goed ik heb geen high-end Mac). Dus ik zou lekker in jpg blijven schieten behalve als je snel van lichtomstandigheden moet kunnen switchen en je dus vaak last hebt een achteraf correctie van de white balance.

--Eamon

[ZandBak]

@ DikkeDouwe
Bij ajax wedstrijden zit ik altijd op het invalide platform omdat me pa in een rolstoel zit dan zie ik altijd die fotografen zitten de meeste hebben tegenwoordig een laptop met extra hardeschijf en daar de camera meteen aan gekoppelt en de meeste versturen ook meteen foto's tijdens de wedstrijd.

[rdoorn]

Die camera van 3000 euro heeft ook een wifi aansluiting. Dus kaartjes wisselen is niet interessant.
Daar komt bij dat de gemiddelde Sport fotograaf voor de krant fotografeerd, en dan is de resolutie niet echt een issue. Lichtgevoeligheid en dus sluitertijd is veel belangrijker. En het aantal Foto's per min.

[RobT]

Als de processor sneller klaar is met de verwerking kan hij eerder in de ruststand gezet worden, dus ook minder stroomverbruik.

[RetepV]

Als tijdens de kortere verwerkingstijd evenveel transistoren evenveel schakelen, dan kan hij eerder in de ruststand gezet worden. Maar er wordt dan geen stroom bespaard.

Tenslotte is het schakelen van de transistor waar de energie verloren gaat ('verbruikt' wordt). Als je sneller schakelt, verbruik je dezelfde hoeveelheid energie, alleen in een kortere tijd.

[RobT]

Je vergeet dat hedendaagse processen geplaagd worden door lekstromen, dus hoe korter delen actief moeten zijn, hoe beter want hoe lager de lekstromen.

[TD-er]

Het rangschikken van de cellen zodat de Jpeg-codering sneller gaat, is toch ook gewoon mogelijk door de data in een andere volgorde in de geheugenbuffer te laden.
Desnoods rangschik je het in het geheugen op een iets minder efficiente manier, waardoor de raw-foto dus iets meer ruimte inneemt, maar de compressie is dan wel wat sneller.

[Peatsmoke]

Als ze die beeldchips nu ook nog eens wat groter gaan maken (liefst groter dan huidige kleinbeeld) is er in ieder geval geen reden meer om analoog te blijven.

De beeldchipmarkt gaat langzaam maar zeker dezelfde kant op als de processormarkt: we komen in ene stroomversnelling van meer pixels, grote beeldchips, zuinigere en betere sensoren enz. enz.

Uiteindelijk vaart de kwaliteit van foto's er wel bij, maar de consument zal regelmatig diep in de buidel moeten tasten om 'bij te blijven', dus de producenten varen er ook wel bij en zo is het cirkeltje rond.

[krzgg]

Groter dan kleinbeeld.... Het is nu al zo dat bij full frame sensors de lens de kritische component is. En de kwaliteit in pure resolutie is bij een sensor hoger dan analoge film.

Groter dan kleinbeeld betekend dus enorm grote, zware en vooral dure lenzen en dat is iets waar we niet allemaal op zitten te wachten.

Een verbetering van het dynamisch bereik is precies waar de ontwikkeling van digitale (kleinbeeld) fotografie naar toe moet. Grotere sensors.....mwah

[Collen]

CMOS, is dat nog een overblijfsel uit de jaren 80, toen Commodore MOS Technologies overnam en het CMOS noemde ??

http://www.commodore.ca/history/company/mos/mos.htm

[Anoniem: 54785]

Tsja, het klinkt wel als muziek in de oren.. maar de grote vraag is (cliché, I know), wanneer zullen we dit werkelijk op de markt zien verschijnen? Daar gaat vast weer een aantal jaren overheen ..
overigens wist ik niet dat de CMOS-chip zoveel energie slurpte, ik dacht dat het display verreweg de grootste energieverbruiker was..

Overigens vraag ik me af hoe het komt dat er eerst 'te veel' transistors nodig waren (hoeveel is teveel dan?) en nu maar 3 .. die dingen worden tegenwoordig toch op micromoleculair niveau gemaakt ?

[ShadowLord]

Het meeste interessante is dan ook de range winst, de energiezuinigheid is een leuke bijkomstigheid.

De transitors op een CMOS sensor zijn dan mischien wel erg klein, maar niet verwaarloosbaar klein. Als je per lichtsensor 10 transistors moet gaan neerzetten, dan wordt een te groot percentage van de ruimte verspild voor componenten die niets bijdragen aan het maken van de beeldopname. Dat betekend voor een sensor dat hij minder lichtgevoelig is en dat hij minder pixels heeft. Dan doe je alle voordelen die je probeerde te halen gelijk weer teniet.

[stefan001]

ik dacht dat het display verreweg de grootste energieverbruiker was..

Ik dacht de flitser

[TheekAzzaBreek]

Inderdaad, CMOS is al een behoorlijk zuinige techniek.Het is dan ook niet de sensor zelf die zuiniger is, maarhet beeld wordt zo aangeboden dat er veel simpeler jpeg compressie op te doen is. De besparing zit dus in de CPU, niet de sensor.

[familyman]

Als ik het goed begrijp draait de eerste techniek om het combineren van een fotocel en een AD converter op CMOS. Daarmee wordt het eerste stuk van de sensor dus zuiniger.

Neem vanwege de tekst aan dat de cyclus nu immers is, sensor (cmos) - ad convertor (losse chip) - processor (nog een losse chip).

Vervolgens wordt het ook nog op een bepaalde manier aangeboden waardoor makkelijker compressie mogelijk is. Minder krachtigere processor nodig voor daadwerkelijke compressie == energiebesparing.

[TD-er]

Ik vermoed dat het grotere bereik mede mogelijk is geworden, juist doordat de sensor minder energie gebruikt.
Op die manier gaan er namelijk kleinere stromen over de chip en worden omliggende cellen minder beinvloed en geven die dus effectief een groter (zinvol) bereik.

[Spockz]

micromoleculair is wel heel erg klein hoor.

[mr_a]

De kracht van dit systeem is de ADC per pixel locatie - dat betekent effectief dat je DR per pixel te regelen is itt. tot de ISO instelling op je camera waarin je de ADC voor alle pixels tegelijk mee beinvloedt.

Existing CMOS sensors can record light 1,000 times brighter than their dimmest detectable light, a dynamic range of 1:1,000, while the Rochester technology already demonstrates a dynamic range of 1:100,000.

De hamvraag is natuurlijk wat blijft daarvan over als je er een imaging chip van maakt met grote vlakken lichte en donkere delen naast elkaar.

Eerst zien, dan geloven bij deze dingen.

[Makkelijk]

aantal stappen in het dynamisch bereik van een camera is een exponentiele functie. De vraag is dus wat er van overblijft in het interessante lage gedeelte van het dynamisch bereik. Kun je uitrekenen. Al is het maar 5x dit betekend toch een dikke winst als het gaat om lichtgevoeligheid.

[ProfPi]

Ja, dit 100x betere dynamische bereik is een beetje misleidend. Het gaat om het aantal f/stops dat je er mee kan bereiken.

Met een 1:1000 ratio is dat 10 stops (beetje aan de hoge kant lijkt me). Met een 1:100000 ratio is dat 16.6 stops. Een verschil dus van 6.6 f/stops. Het dynamische bereik is dus 1.66x beter, en niet 100x beter!

Desalniettemin, als dit ding inderdaad 16 stops dynamisch bereik kan halen dan is dat ZEER interessant voor de volgende generatie digitale camera's.

Moeten ze er wel voor zorgen dat die "per pixel ADC" een grotere bitdiepte heeft dan de huidige 12-bits ADC's van digitale camera's anders boek je er niet zo heel veel winst mee.

[_Thanatos_]

Geen geklooi met sluitertijd als je een HDR-foto wil maken dus?

[Anoniem: 74376]

Hele goeie! Wat dacht je van 1024x768 film schieten op 30 fps?
En dan Ixus stijl. Oef...

[Anoniem: 129753]

nu 3 seconde opnemen op een 1 gb flashcard

[Anoniem: 111783]

125 megabyte is inderdaad niet veel.

[_Thanatos_]

die 1024x768 is nog niet zo spannend, maar die 30fps wel in een schemerige ruimte. het hoog dynamisch bereik kan gebruikt worden om onderbelichte frames extra licht te geven, zonder kleurinformatie weg te hoeven gooien. Dat is juist onderdeel van het hele idee van HDR.

[The__Virus]

Clear CMOS

[killswitch]

wel zo fijn als de CMOS van je cam clear/schoon is he

[Anoniem: 61096]

betekend dit nu ook dat meer megapixels zinvoller kan worden.

Als ik het goed begrijp betekend dit een lager stroomverbruik, minder beinvloeding van de omliggende cellen, beter dynamisch bereik + minder processorkracht benodigd in de cpu.
Met een cmos op een hogere resolutie kun je dan toch met dezelfde cpu een betere foto maken zonder dat die gelijk aan ruis ten onder gaat,te traag wordt of meer stroom verbruikt?

[Anoniem: 161253]

Dit is het eerste ontwerp, en de 2 technologien moeten nog samen gevoegd worden, ik wacht wel even voordat ik enthousiast wordt, want met een beetje pech komen ze straks op eenzelfde ontwerp uit als wat we nu al hebben.