Supergevoelige beeldsensor maakt flitslicht overbodig

Het Zuid-Koreaanse Electronic Technology Institute heeft een fotosensor ontwikkeld die het mogelijk maakt om bij extreem weinig licht toch heldere foto's te maken. De chip zou tweeduizend keer gevoeliger zijn dan bestaande cmos-beeldsensoren.

De beeldchip van het ETI heeft aan een lichtsterkte van één lux genoeg om 'sprankelende foto's' te maken, beweren de onderzoekers. Daarmee is een kaarsvlammetje in een overigens verduisterde ruimte al lichtsterk genoeg voor het maken van fatsoenlijke foto's. De ontwikkeling van de zogeheten 'single carrier modulation photo detector' of SMPD werd volgens de door de Zuid-Koreaanse overheid gefinancierde onderzoekers mogelijk gemaakt door de toepassing van nanotechnologie, maar details over het productieproces zijn nog niet bekend. Wel is al duidelijk dat het marktpotentieel groot is: camera's met de chip zouden prima bruikbaar zijn om foto's in theaters, tunnels, en (donker)bruine kroegen te maken.

De chip zou bij uitstek geschikt zijn voor bewakingscamera's, maar er wordt ook gedacht aan toepassing als 'achteruitkijkspiegel' in voertuigen: in het wegvervoer is bijvoorbeeld zeker behoefte aan een camera die ook 's nachts duidelijk laat zien wat er zich in de dode hoek van een vrachtwagen bevindt. Mobieltjes met een dergelijke chip zullen vermoedelijk eveneens gretig aftrek vinden. Als de sensor, waaraan vier jaar gewerkt is, aan de verwachtingen voldoet, zullen de ontwikkelingskosten van een krappe acht miljoen euro dan ook eenvoudig terugverdiend kunnen worden. De makers verwachten dat fabricage van dergelijke chips makkelijk een paar miljard euro per jaar voor ze kan opleveren. Wanneer de sensor op de markt komt, is echter ook nog niet duidelijk.

Reacties (93)

Flitslicht wordt natuurlijk niet overbodig, want het is een goede/simpele/efficiënte manier om je licht te bepalen.

Dat er genoeg licht ergens in betekent niet dat het mooi of goed licht is. Dat bepaal je zelf met andere lichtbronnen, vaak flitsers.

Maar voor situaties waar het licht weinig uitmaakt is het natuurlijk interessant, maar dat is vooral bij bewakingscamera's en niet in de reguliere fotografie.

nou ik heb nog nooit foto's gezien van een duister hoekje, hoe het er echt uitziet. Het is meestal of veel te donker dus zwart en onherkenbaar of met een flit te belicht en kil gemaakt.

met deze sensor kun je echt het plaatje nemen zoals het eruitziet

Dan heb je foto's gezien van slechte fotografen...

Niet geheel onmogelijk met huidige camera's hoor gewoon donkere hoekje fotograferen. Goed open diafragma hoge iso en je komt een heel eind zonder te flitsen.

Hoezo niet in de 'reguliere' fotografie ? Flitslicht heeft in een groot deel van de omstandigheden namelijk een groot nadeel, dat het beweging wegflitst, door dat je net op een te korte sluitertijd uit komt en het beeld zo snel statisch wordt.

Zeker bij sportfotografie en opnames van bv optredens is een veel hogere lichtgevoeligheid een groot voordeel, je objectieven hoeven minder licht sterk te zijn en dat scheelt behoorlijk wat geld. Verder blijft de sfeer van een moment in een foto veel beter bewaard als je niet hoeft te flitsen.

Het gecontroleerd werken met flitsers is natuurlijk alleen mogelijk in een studio, en daar heb je met een paar flinke flitsers ( wij hebben de beschikking over zo'n 12.000 Ws maximaal gecombineerd ) vaak al zoveel licht dat je de flitsers helemaal terug moet draaien en nog op diafragma 32 moet werken om nog weg te komen, daar is een hogere lichtgevoeligheid juist een nadeel.

Er zijn genoeg gewonere plaatsen waar je ook al behoefte aan zo'n sensor kan hebben. Laats in de dierentuin in de onderwaterwereld had ik wat foto's gemaakt, die allemaal onderbelicht waren. En daar mag je nu eenmaal niet flitsen (en als je het doet spiegelt het glas te veel).

Was er mis met infrarood camera? Als beveiliging dan. En dit als vervanger als flitslicht? Wat gebeurd er als er te veel licht op de sensor komt? Dan zal hij wel kapot gaan

infrarood is ook een kleur, dus heb je minder infrarood belichting nodig. Gevolg is dat je (als dief) minder makkelijk kan zien of er infraroodcamera's zijn (met een of andere sensor). Meer dieven op heterdaad betrappen

Zal dus meer voordeel bij spionage hebben dan bij bewaking maar ach.

En mocht ie echt in nagenoeg duister kleuren kunnen onderscheiden dan kan ik me ook indenken dat het een stuk makkelijker is om iemand op te sporen als je weet welke kleur haar, broek, trui etc. ie heeft

Nee niet overbodig, maar het is wel erg prettig dat je niet meer hoeft te flisten als je wilt. Niet iedereen is even goed met het maken van mooie belichtings composities en vinden flisten alleen maar lastig...

Wanneer de sensor op de markt komt, is echter ook nog niet duidelijk.

Ik heb al producten met een concretere deadline niet op de markt zien komen. hopelijk gaat deze niet die tour uit!

Bovendien lijkt deze chip me niet enkel voordelen te hebben bij nacht .. overdag kan ie in een digitale camera veel lagere sluitertijden kunnen vragen --> zouden zaken als image stabilisation overbodig worden ....
(als ze dat ding op een deftige resolutie + kwaliteit krijgen)

Heeft defensie hier ook geen intresse is ? Lijkt mij handiger dan huidige IR systemen ...

maar natuurlijk had ik graag eerst even een concrete test gelezen ... want het zou niet de eerste keer zijn dat producten enkel op papier great zijn.

Het is mij ook niet helemaal duidelijk hoe dit in elkaar steekt:
http://www.letsgodigital..../articles/story_6265.html

Daar staat dat een bedrijf "Planet82 Inc" al een demo van een SMPD image sensor heeft gegeven. En dat massa productie halverwege vorig jaar al gestart zou moeten zijn.

Als het echt zo geweldig was geweest hadden we er vast al meer over gehoord.

Je hebt gelijk ... van diezelfde site komt ook dit artikel van 7 februari 2006. Dat komt wel erg veel overeen met het huidige persbericht. Don't get your hopes up, dus.

Proces LHSP (Lernout & Hauspie) is zopas in Gent Begonnen. Draait geheel om boekhoudfraude; Aziatische spin-offs die zogenaamde recordwinsten mochten boeken..

Infrarood wordt toch niet alleen gebruikt om in het donker beter te zien maar ook door muren e.d. heen te kunnen kijken,.. en als ik het goed snap heeft ie nog wel licht nodig maar dan minimaal,.. zal zeker ook wel zo zijn millitaire toepassingen kunnen vinden maar denk niet dat het de IR apparaten gaat vervangen hoogstens aanvullen.

Met infrarood door muren heen kijken?
Infrarood is een kleur ligt die volgens mij ook gewoon door steen en hout gereflecteerd/absorbeert word.
Dus door muren heen kijken lijkt me onmogelijk.

Of bedoel je dat de lichaams warmte van iets wat achter de muur staat misschien door de muur kan stralen en zo zichtbaar wordt?

Veel materialen laten zichtbaar licht in meer of mindere mate door, misschien zijn dit er bij IR licht nog veel meer

Dat kan alleen in de film.

Door muren kun je niet heen kijken met infrarood. Daar gebruiken we bij TNO een ander apparaat voor dat gebasseerd is op radar.
Through the wall radar: http://www.tno.nl/content...194&laag2=194&item_id=623

Maar ook de bodyscanner is interessant. Daarmee kijk je door kleren, ook met radar.
http://www.tno.nl/content...194&laag2=192&item_id=332

Infrarood gaat alleen door heeele dunne kleding die het liefst op de huid zit. Denk aan badpakken en strakke zwembroeken. En dan nog is er weinig lichaam aan te herkennen...

Vraag is natuurlijk hoe de beeldkwaliteit van de chip is. Is het (al) voldoende om eventueel ook toe te passen in fotocamera's? En dan bedoel ik dSLR's, niet het compactje dat je in je borstzak bewaart.

daarbij vergeten ze gemakshalve dat een flitslicht ook kwa compositie nogal nodig kan zijn. Om de achtergrond uit een plaatje te lichten, of juist de voorgrond. Om tegen te flitsen in daglicht etc... etc...

Staat er dan ook bij dat je geen flitslicht meer MAG gebruiken? Je kan nu je sluitertijd drastisch verkorten, dit komt een heleboel foto's volgens mij alleen maar ten goede.

Ehm, dat valt echt wel mee hoor.

Zelfs met een sluitertijd van 1/2000ste seconde kan het licht van je flitser zo'n 75 kilometer heen en terug afleggen alvorens de sluitertijd voorbij is.

De snelheid van het licht is om en nabij de 300.000 kilometer per seconde.

de flash sync tijd van de snelste dsl is op dit moment iets van 1/500. Het is niet zozeer de lichtsnelheid maar de elektronica die het onmogelijk maakt om de sluitertijd te versnellen.

Licht reist met een snelheid van grofweg 300.000 km/s. Zou je de sluitertijd op 1/8000 instellen, dan moet het object nog verder weg zijn dan een kleine 20km wil het licht nog niet weerkaatst zijn (van flitser naar object en weer terug). Je moet de sluitertijd wel héél erg drastisch verkorten (waarbij je denk ik tegen of over de grenzen van de huidige mechanica aan gaat zitten), wil het licht nog niet tegen een object weerkaatst zijn voordat de sluiter weer dicht is. Stel dat het te fotograferen object 5 meter ver weg is, dan moet de sluitertijd sneller dan 1/60.000.000 zijn. Dat is vrij snel.

Doorgaans fotografeer ik objecten overigens niet vanaf een afstand van pak 'm beet 20km, of het moeten vliegtuigen zijn bijvoorbeeld (ongeveer 10-15km). Die fotografeer ik toch niet 's nachts, en ik begrijp dat dat met deze nieuwe beeldsensor wel zou kunnen. Dus het hele flitserprobleem zie ik niet echt, en het lijkt me dat er wel een corrigerend iets (hardware/software) wordt ingebouwd. Weinig zal het toch niet gaan kosten, dus dat kan er wel bij

edit: te traag, en dus spuit 11

Als je de sluitertijd zo kort wilt maken dat het flitslicht nog niet is teruggekaatst, kun je toch net zo goed niet flitsen? Beetje onzin verhaal dus.

Als je de sluitertijd drastisch verkort heb je kans dat het licht nog niet terug is gekaatst van het object op de sensor. Vooral wanneer je een object fotografeert dat wat verder weg is.

Als je de sluitertijd drastisch verkort heb je kans dat het licht nog niet terug is gekaatst van het object op de sensor. Vooral wanneer je een object fotografeert dat wat verder weg is.

Hmmm, licht gaat met 300.000km/s.
Snelle sluitertijd: 1/2000s (korter kan wel, tot zo'n 1/8000, maar dan volgen de gordijnen elkaar kort achter elkaar, het is niet zo dat de hele sensor tegelijk belicht wordt).
Door het licht afgelegde afstand in die tijd: 150km.
Het moet helemaal heen en terug gaan, dus maximale afstand van je object: 75km.

Of je hebt erg heftige ideeen om de sluitertijd nog korter te maken, of je hebt echt een beer van een flitser bij je, om over de batterijen niet te spreken....

Wat een leuke berekeningen toch Wel jammer dat er van de lichtopbrengst bij een flitser, over 20 km niet veel overblijft ...

.. en laten we het dan ook maar niet over de weerkaatsing terug hebben...

+ het formaat van je lens wat je nodig zou hebben om fatsoenlijk 20 km in te "zoemen" om het object enigzins zichtbaar te maken

en waar lees jij dat het met deze sensor niet meer mogelijk is een flits te gebruiken?

Ze kunnen toch heus wel de technologie zo toepassen dat wanneer de flitser gebruikt wordt, er op een andere manier met het licht omgegaan wordt.

Een super hoge gevoeligheid en flitslicht gaan niet samen (tegelijk) omdat dat alleen in erg overbelichte foto's zal resulteren.

Je neemt hier al onmiddellijk aan dat er saturatie zal optreden in de elektronica, maar dat hoeft niet noodzakelijk waar te zijn.

Dan gebruiken ze toch een heel zwak ledje in plaats van een ouderwetse filitser..

Alternatief idee --- je kan ook met twee chips werken, een supergevoelige en een normale. Waardoor je sowieso de dynamical range veel verbetert.

En ik bedoel op dezelfde manier als een gewone chip aparte R G en B pixels heeft (50% G, of soms 2 types licht en donker G). Dus gevoelige en minder gevoelige pixels.

waarom niet? je kan toch je sluitertijd aanpassen?

je kan nu ook in digitale camera's je iso (gevoeligheid) aanpassen, zou niet weten waarom dat met deze sensor niet kan

@dwergkip:
De gevoeligheid van de sensor blijft hetzelfde. Alleen de versterking na de sensor wordt aangepast.

Bij hoge ISO is het vaak zelfs een pure software kwestie...

dat klopt alleen hier gaat het om een hele lage iso, een hoog iso gebruik je om de gevoeligheid te vergroten

je kan bij deze sensor bijvoorbeeld ook denken aan flitsers met een veel lager richtgetal

ik zou het perfect vinden als ik in plaats van flitsers gewoon lampen kan gebruiken, dan zie je tenminste wat je doet

Een super hoge gevoeligheid en flitslicht gaan niet samen (tegelijk) omdat dat alleen in erg overbelichte foto's zal resulteren.

dat kan toch nog steeds?
ofwel met een lagere iso ofwel met een kortere belichtings-tijd...

De vraag of de prijs een beetje redelijk is ook belangrijk. Als deze chip alleen voor de elite te verkrijgen is zou ik dat erg jammer vinden.

Gezien de ontwikkelingskosten maar 8 miljoen euro was zal die prijs denk ik erg snel zakken als ze al hoog beginnen.

De prijs hangt in dit geval voornamelijk of van de productiekosten. Als er nu een erg duur productieproces nodig is, of er een lage yield is zal deze prijs zeker niet snel dalen.

Inderdaad. Misschien kost nog het wel wat geld om de massa productie op te zetten, maar alles bij elkaar is het nog erg weinig en zal de kostprijs sowieso niet hoog zijn in het begin.
Nou zijn ze natuurlijk wel de enige op dit moment met de uitvinding en kunnen ze zelf de prijs betalen aangezien de afname er toch wel zal zijn.

Als dit verhaal daadwerkelijk klopt en dit alles goed werkt zullen de professionele fotografen over gaan (mits deze chip wordt geaccepteerd door de verschillende producenten) vervolgens zal de techniek en de productie verder worden ontwikkeld waardoor deze op den duur betaalbaar zal worden.

Dit alles gezegd dat de prijs voor deze techniek in verhouding staat met de kwaliteitswinst voor foto's.

Geduld is een schone zaak toch

Beetje sterk aangedikt dit verhaal. De beste sensoren (ok, CCD) halen een quantumefficientie van 80-90%, dat betekent dus 0,8-0,9 electronen/photon. De moderne interline CCD's en CMOS sensoren halen 50-70%. En hoe precies willen ze dat 1000x verbeteren? 100% is echt het maximum haalbare, tenzij je gaat versterken maar daar win je niks extra mee.
Ze vergelijken de efficientie zeker met die van sensoren die in webcams van 10 euro zitten?

Ja, aangedikt, dat lijkt mij ook. Maar het is nog steeds zo dat, ook de CCD sensoren, toch wel duizenden electronen nodig hebben per pixel om een signaaltje naar de processor te sturen, dat kan bij deze chip schijnbaar met wat minder toe.

Gezien de toepassingen hebben ze het overigens niet over kwalitatief hoogwaardige (ruis-arme) foto's á-la DSLR, maar over mobieltjes en achteruitrijcameratjes. Dus een beetje ISO-150.000 achtige oplossing, dit.

Wat zal Paris Hilton blij zijn

De onderste bits in je DSLR camera's werken met slechts een tiental electronen per pixel.

Dat je normale pixels meer nodig hebben, komt door de inherente Poisson ruis van licht. Met 100 fotonen op je sensor heb je 10 fotonen ruis. (Wortel N) M.a.w... om een 'ruisvrij' plaatje te maken moet je altijd veel fotonen gebruiken, ongeacht de sensor.

Als de schaal logaritmisch is, kun je best met 1000-tallen werken, zonder dat je ooit aan die 100% komt.

Hmmm... Niemand die zich afvraagt hoe de kleuren er dan zullen uitzien?

Om kleur te hebben heb je namelijk licht nodig.

Er is ook licht?
Hij heeft er alleen veel minder van nodig dan een traditionele ccd.

1 lux is ook licht. Dat het menselijk oog met die lichtsterkte nauwelijks kleuren kan onderscheiden zegt natuurlijk niks over een dergelijke chip.

Bewakingscamera's was ook het eerste waar ik aan dacht, de katjes in het donker knijpen zal er dan niet meer in zitten...

Ik vraag mij wel af wat er gebeurd als je deze chip (per ongeluk) op een felle lichtbron zoals de zon richt, misschien sneuvelt deze dan ook sneller?

Ik zou niet weten waarom de chip zou sneuvelen. Hij geeft gewoon een signaal af tussen helemaal niks en helemaal fel. Afhankelijk van de schaal (hopelijk logaritmisch, net als onze ogen) krijg je bij te fel licht gewoon een overbelicht (= wit) plaatje.

Je kunt het nu eenmaal niet vergelijken met een uitgebreid lensen stelsel voor zwak licht wat vervolgens als een soort brandglas gaat werken wanneer er teveel licht in komt.

Nou aangezien we niet weten welke scheikundige elementen precies verantwoordelijk zijn voor die extreme lichtgevoeligheid kunnen we ook niet precies weten wat er gebeurd als er heel veel licht op word gericht.

Daarnaast als je ergen maar genoeg licht na toestuurd gaat het vanzelf kapot. Je bombardeerd dat het gewoon met fotonen

Het lijkt me dat een praktische toepassing hiervan voor een belangrijk gedeelte ook moet bestaan uit het her-ontwikkelen van lenzen. Voor iedere sensor (of het nou licht, geluid, RF of wat dan ook is) geldt dat je een fatsoenlijke signal/noise ratio moet hebben om te voorkomen dat de gevoeligheid van de sensor verzuipt in de ruis. Hoe gevoeliger de sensor, hoe ruisvrijer het meetapparaat moet werken.

In geval van een super-lichtgevoelige sensor zul je dus heel erg goede lenzen moeten gebruiken die een ruisvrij beeld produceren en bijvoorbeeld geen strooilicht e.d. meer laten zien. En laat dat nou zo'n beetje de holy grail zijn van 's werelds lenzen ontwerpers: lenzen die alle kleuren licht op hetzelfde vlak laten vallen, die ook nog eens a-stigmatisch weergeven en OOK nog eens vrij zijn van ruis-, reflectie en strooi verschijnselen. En dan ook nog eens betaalbaar in serie kunnen worden geproduceerd. Om maar een voorbeeld te noemen: Leica kondigde een paar jaar geleden een vrij spectaculaire zoom aan: 28-70/2.4(!). Sigma zou ze bouwen, kon echter de yield niet hoog genoeg krijgen waardoor de lens na een paar maanden weer geschrapt is...

Lenzen maken is net zoveel een kunst als een vak. De huidige generaties lenzen zijn zover geoptimaliseerd dat ze iets beter presteren dan de huidige generatie films/sensors kan vastleggen, goed genoeg dus. Lenzen maken die goed genoeg zijn voor dit soort super-sensors kon nog wel eens heel lastig en duur zijn...

Mag je me toch eens uitleggen in welke vorm de lens invloed kan hebben op de hoeveelheid ruis bij het fotograferen met weinig licht.

reflecties en strooilicht zijn daarbij immers niet relevant, aangezien die net zo hard omlaag gaan als je bruikbare licht.

Ruis is niet afhankelijk van de lens.

Schroef eens een jampot voor je camera? Ruis is wel degelijk een kwaliteitsaspect van je lens. Type glas, bijvoorbeeld.

Ik ben het niet met je eens dat reflecties en strooilicht niet relevant zijn. Waarom zouden die omlaag gaan? Omdat je in een situatie fotografeert die in zijn geheel minder licht heeft? Ik denk dat ze eerder relatief omhoog gaan. Die supergevoelige sensor kan weliswaar meer details met minder licht waarnemen, maar in de echte wereld heb je nog steeds te maken met de bestaande lichtbronnen. Die worden nu alleen nog veel feller ten opzichte van de ondergrens van je EV, dus storender.Of zie ik dat nu verkeerd?

Ook is men bezig met het ontwikkelen van nano-productieprocessen voor lenzen, wellicht wordt er ook in dit veld binnenkort iets ontwikkeld (men is al tot aardig wat in staat), dus je kunt deze (nano-)ontwikkeling van de lichtgevoelige chips toch niet echt van de hand doen.

Nice, pak nog een jaartje of 2 voor dit main stream kan worden en dan zijn we eindelijk verlost van crappy foto's op onze mobieltjes , want persoonlijk vind ik dat je nog steeds een goede lichtbron moet hebben om een deftig 'kiekje' te maken (tenzij met nightshot)

Je hebt ook nog zoiets nodig als een goede lens.

Ik heb een achteruitrij-cameraatje in de auto waar een lensje met lichtgevoeligheid van 0,7 lux in zit (oke, halve PAL resolutie, maar toch). Of is dat appels en peren vergelijken?

Jouw 0,7 lux lichtgevoeligheid is de minimale lichtsterkte waarbij de sensor een signaal afgeeft (zal dus nauwelijks iets opleveren = ruisig zwart oid).
bij deze chip heb je bij 1 lux al "sprankelende" foto's. daar zit het verschil in.

mm, er is nog weinig over te vinden, behalve dan dat ze alleen nog maar een 2 Mpixel sensor hebben getoond. Het originele persbericht bevat dan nog dit:

"Current image sensors generally need hundreds of thousands of photons to perceive light. Planet82's SMPD image sensor is designed to perceive light using only a handful of photons. To make this possible, Planet82 applied the principles of quantum mechanics to produce thousands of electrons out of one photon. It also minimized the aperture ratio and increased the number of pixels per unit density on the chip - boasting low unit production cost and power consumption".

Mogen we hieruit concluderen dat de quantum efficienty per pixelunit gelijk blijft in die zin dat de eerste conversie foton-elektron in deze sensor niet efficienter dan in gebruikelijke sensoren verloopt?. Het lijkt er een beetje op dat men hier een nanotech equivalent heeft gevonden van de vroegere fotomultiplicators. Dat werkt op zich wel, maar fouten in de eerste conversie foton-elektron worden bij iedere multiplicatiestap verder vergroot. Dat moet een nadelig effect teweegbrengen op de kwaliteit.

Dan nog het ruisgedrag. Bovenstaand effect in combinatie met een hogere pixeldichtheid doet het ergste vrezen. Maar dat is uiteraard niet ernstig voor een webcam van 10 euro ....

Je hebt helemaal gelijk, dit is een chip met een elektron-multiplicator per pixel.

De oude mulitplicators werken met foton -> vrij elektron -> elektromagnetisch veld versnelt vrij elektron (krijgt meer energie) -> botst op halfgeleider plaatje waarbij 100+ elektronen vrij komen.

Die methode geeft inderdaad een hoop ruis om dat één foton 100 maar ook 150 elektronen kan opleveren. Maar misschien is hun methode beter?