Wetenschappers claimen doorbraak laptopcamera's

Wetenschappers van de Universiteit van Toronto in Canada claimen een wetenschappelijke doorbraak, die ervoor moet zorgen dat cameramodules in telefoons en laptops betere foto's kunnen maken in mindere lichtomstandigheden.

De betere foto's moeten voortkomen uit een betere techniek voor de lichtsensor, zeggen de wetenschappers. De techniek, MEG of Multi-Exciton Generation, houdt in dat fotonen of lichtdeeltjes niet in één exciton worden omgezet, zoals nu gebeurt, maar in meerdere. De halfgeleider is verantwoordelijk voor het omzetten van de lichtdeeltjes in excitonen.

Daarvan zouden de cameramodules in mobiele telefoons en laptops profiteren, omdat die klein zijn en dus weinig ruimte in zich hebben om lichtdeeltjes op te vangen. Telefoons worden uitgerust met steeds betere camera's, maar hebben ondanks meer dan vijf jaar aan ontwikkelingen veelal nog niet de kwaliteit van digitale camera's.

Reacties (47)

[0rbit]

Dat is principieel een goede ontwikkeling, maar het lijkt me dat het alsnog geen oplossing voor ruis is. Of de gain nu ontstaat door MEG of elektrisch; de hoeveelheid informatie verandert er niet door ten opzichte van de hoeveelheid ruis. De ruis lijkte me dus alsnog voornamelijk gelimiteerd door de (te) kleine optica en sensoren.

Andere toepassingen zoals nachtkijkers kunnen er ook van profiteren; Dat zijn nu veelal vrij dure apparaten door de photonenmultiplicatoren. Als je dit in een halfgeleider kunt doen is dat natuurlijk veel goedkoper.

[Reactie gewijzigd door 0rbit op 24 juli 2024 08:38]

[TheekAzzaBreek]

Het is wel een oplossing (/verbetering) voor ruis. Het gaat niet om de hoeveelheid informatie die de sensor in komt, maar wat er uit komt. Sterker uitgangssignaal betekent relatief minder ruis.

[DataGhost]

Ik zie eigenlijk niet precies in waarom dit een doorbraak specifiek voor laptop- en telefooncamera's is. Als dit bijdraagt aan lichtsterkere sensoren, waarom zou dat dan niet toegepast kunnen worden in digitale compactcamera's en DSLR's?

[Verwijderd]

Deze techniek zorgt er vooral voor dat je minder last hebt van uitleesruis. De reden dat het niet zal werken voor DSLR's is omdat die meer licht opvangen dan telefooncamera's.

Sowieso is dat het eeuwige misverstand. De sensor in een DSLR is niet beter dan in een compact camera of telefoon. De reden waarom een DSLR betere foto's maakt in situaties met minder licht, is simpelweg omdat er een grote lens met grote pupil op zit, die meer licht op de sensor aflevert. (Met de grootte van de sensor heeft het geen bal te maken)

Vanwege de relatief hoge hoeveelheid licht, is de ruis in een DSLR vrijwel volkomen bepaald door de inherente fotonruis van het invallende licht. (ruis=wortel van het aantal fotonen). Aan die ruis kun je niets veranderen.

Bij kleine camera's met een kleine lens, is de hoeveelheid licht veel lager. Daardoor dat de (electronische) uitleesruis een grotere rol gaat spelen. Je kunt proberen die uitleesruis te verminderen, maar je kunt ook proberen het signaal te verhogen. Dat laatste is dus wat er hier gebeurd.


Het principe is niet nieuw. Photomultipliers, APD, Image intensifiers en EM-CCD camera's doen hetzelfde. Meer elektronen vrij maken per foton.

Maar het is geen wondermiddel. Ook bij microscopie geldt dat een EM-CCD camera alleen nuttig is bij zeer lage licht intensiteiten. Kom je daarboven, dan is de fotonruis de bepalende factor, en werkt de EM-CCD niets beter dan een simpele CCD camera. (Hetgeen nogal ontnuchterend kan werken wanneer je 20.000 voor je camera hebt neergeteld...)

[Aham brahmasmi]

De relatieve opening is bij camera's met kleine sensoren vziw helemaal niet veel kleiner dan bij DSLR's. Je ziet bij cameratelefoons zelfs openingen van f/2.8. Houdt dat niet in dat de hoeveelheid licht per oppervlakte-eenheid praktisch even groot is als bij een DSLR?

De pixeldichtheid is bij kleine sensors echter bijna altijd veel hoger dan bij een DSLR's (12 mpixel in een cameratelefoon...). Daardoor is de hoeveelheid fotonen per pixel veel lager wordt dan bij een DSLR (met gelijk aantal pixels). Dat zorgt er dus voor dat de uitleesruis een veel grotere rol gaat spelen bij kleine sensoren met kleine pixels/(grote pixeldichtheid).

Je hebt wel gelijk dat ruis niet afhankelijk is van de grootte van de sensor, maar aangezien kleine sensors tegenwoordig meestal (bijna) evenveel pixels hebben als grotere sensors in DSLR's, is er dus wel een indirect verband tussen sensorgrootte en ruis.

[Reactie gewijzigd door Aham brahmasmi op 24 juli 2024 08:38]

[Verwijderd]

omdat er daar al genoeg licht is, teveel licht is ook niet goed...

[DataGhost]

Er zijn meer dan genoeg situaties waar niet teveel licht is. Sowieso kan je bij elke serieuze camera de lichtgevoeligheid van de sensor zelf instellen, alsmede de sluitertijd en het diafragma. Mocht het echt een gigantisch probleem zijn kan je hem alsnog verkopen in een specialistische camera en/of je kan ND-filters gebruiken.
Ik heb werkelijk nog nooit iemand horen klagen dat zijn sensor te gevoelig is onder normale omstandigheden.

[arjankoole]

Ik heb werkelijk nog nooit iemand horen klagen dat zijn sensor te gevoelig is onder normale omstandigheden.

Dat zou met een sensor op deze techniek dus wel degelijk kunnen veranderen. Deze techniek is meer voor het niet al te serieuse werk bedoeld, en niet voor de dure camera's zoals de DSLR's.

Heel misschien bruikbaar in 'extreme low light' situaties... maar dat zou iemand eens moeten doorrekenen.

[Supremo]

Zolang de sluitertijd kort genoeg is, zie ik geen probleem met gevoeligere sensoren.

Is dus ook ideaal voor snelbewegende objecten wanneer je die zonder blur op de foto wil zetten.

Ik heb een Canon 40D, maar binnenshuis zonder flits staan de mensen er zo nu en dan bewogen op. Met een snellere sensor heb je er dan minder last van.

[BeosBeing]

Ik wil kunnen belichten bij maanlicht.

Toen de T-max P3200 film uit kwam, kon deze worden gepusht naar 6400 en met verminderde kwaliteit naar 12.500 asa. Er was zelfs iemand die pushte naar iso 50.000. Dat was 1991 of eerder. Dat kan een D-SLR ook nu nog niet aan.

[Aham brahmasmi]

De topmodellen van Nikon gaan tot ISO25600, waarschijnlijk met betere kwaliteit dan die gepushte T-max 3200 film.

[imqqmi]

Betere kwaliteit is natuurlijk niet kwantificeerbaar. Velen vinden de kristal structuur van film aangenamer uitzien dan de ruis die een sensor produceerd. Maar ik ben het met je eens dat er een scherper beeld te creeeren is dmv een sensor tov de grove kristal structuur van snelle film want de grootte van het kristal bepaalt uiteindelijk de max. resolutie. Je kunt haarscherp uitvergroten maar alleen de kristal vorm word haar scherp, niet het beeld wat ze dienen te tonen.

[Bor]

omdat er daar al genoeg licht is, teveel licht is ook niet goed...

Dat hangt natuurlijk 100% af van de situatie waarin je de camera gebruikt.

[Gamebuster]

Pak jij je mooie dure camera ff en maak ff een actie foto in het donker zonder flitser.

[i-chat]

waarschijnlijk omdat je er in kleine oppervlakken relatief het meeste voordeel bij kunt halen,
het verschil tussen 2.4mp en 5mp is voor het oog een veeel groter verschil dan tussen 24mp en 50pm (als alle overige variablen gelijk blijven)

[TheekAzzaBreek]

De truuk gaat ook op voor andere cameratypen. Het verbetert ruisgedrag bij hoge pixeldichtheid, telefooncamera's worden maar als voorbeeld gebruikt. Slordigheidje van de poster imho.

[Reactie gewijzigd door TheekAzzaBreek op 24 juli 2024 08:38]

[Verwijderd]

Had geprobeerd een filmpje te maken van die zware onweersbuien ruim 3 weken terug. Dacht, het waren zoveel lichtflitsen, dat zie je wel terug op het filmpje. Maar het enige wat je zag was.... zwarte lucht. Zelfs de vele felle flitslichten waren niet of nauwelijks waarneembaar op dat filmpje. Maar nu weet ik wel waarom dat dan zo'n slechte kwaliteit heeft. Al zal het wel weer een jaar of 2 duren voordat dit de commerciële weg bewandeld heeft, en de consument bereikt.

[Verwijderd]

Dat heeft niet te maken met dit probleem, maar met het feit dat de camera een serie losse foto's maakt, waarbij de sluitertijd kleiner is dan de tijd tussen twee beeldjes. Er wordt dus het meeste van de tijd niet 'gekeken'. Als die flitsen dus niet precies binnen de sluitertijd vallen dan mis je ze (en ze zijn heel kort!)

Overigens zie je dit het meeste in lichte opnames, omdat de sluitertijd dan heel kort is (bijvoorbeeld als je een helicopter of propellorvliegtuig filmt in helder weer zie je vaak de propellor redelijk scherp staan en verspringen tussen de plaatjes, alsof hij gewoon heel langzaam draait).

Als je een camera hebt die meer lichtopbrengst hebt, wordt dit alleen maar erger, omdat de sluitertijd dan nog kleiner wordt en je dus nog minder kans hebt een flits te 'vangen'.

Je moet hier dus zorgen dat je een zo lang mogelijke sluitertijd hebt, zodat je niets mist (je krijgt dan wel bewegingsonscherpte, maar dat zal bij een onweersbui niet zo belangrijk zijn)

[Verwijderd]

Daarom hadden we ook vele tientallen jaren Spiegreflex camera's op film, die kon je prachtig instellen zodat de sluiter 1 of 2 minuten bleef openstaan (waardoor je vele bliksemschichten. kon vastleggen) door simpel weg de filmgevoeligheid anders in te stellen en daarna b.v. over te ontwikkelen in een zwakker ontwikkelbad. Helaas gaat dat soort dingen niet meer op bij digitaal werk van éénvoudige camera's.

Je kunt wel wat bij sturen maar zo'n perfectie als met de oude technieken zijn voor de doorsnee fotograaf niet meer te halen. Ook hier geldt weer, fotografie is een vakmanschap en de fijne kneepjes waardoor je met je foto's ver boven de doorsnee clikker uitsteekt zijn niet zomaar uit een boekje te leren, daar is jarenlange ervaring en ondervinding voor nodig. Zelf heb ik 30 jaar in de fotografie gezeten en met weerfoto's veel meer bereikt met oude camera's en technieken dan met een tegenwoordige digitale camera in de redelijke prijsklasse.

[Reactie gewijzigd door Verwijderd op 24 juli 2024 08:38]

[airliner]

je bent nu analoge slr's aan het vergelijken met digitale compactcamera's.... wat een onzin vergelijking!
De huidige dslr's zijn tientallen keren veelzijdiger dan de analoge slr's

[Verwijderd]

Dslr zijn niet veelzijdiger dan analoge camera's, ze zijn alleen sneller in het gebruik, en kunnen met witbalans je foto een beetje kleuren.
Een analoge camera kan een veel groter dynamisch bereik vastleggen, heeft nog steeds een veel hogere resolutie dan digitale camera's, en kan met filters en de juiste film alles wat een digitale camera ook kan.
Bovengenoemde redenen zijn ook waarom veel professionals ook nog steeds met analoge camera's werken i.p.v. met digitale. Een amateur maakt betere foto's met een digitale camera dan met een analoge, een professional maakt betere foto's met een analoge camera.

[Verwijderd]

Och ja. Film heeft zeker nog wel zijn toepassing. Maar dan zou ik het eerder zoeken bij medium format camera's die nu binnen ieders bereik liggen. De digitale varianten daarentegen beginnen nog maar bij een 20.000 tot 60.000 euro ofzo.

Voor 35mm format zie ik persoonlijk het nut niet meer in van film. Misschien voor zeeeer specifieke toepassingen?


Ik heb hier afdrukken van 30 op 45 cm en groter en wanneer ik die vergelijk met analoge afdrukken van een 10-15 jaar geleden, nu ja, laat ons stellen dat ik blij ben met digitaal


Nikon met zijn D3 en Canon met zijn 5Dmk2, dat zijn toch wel camera's on U tegen te zeggen. Dan moet je toch al heel fervent zijn om film te blijven gebruiken!

De 5Dmk2 (20mp 35mm camera) kost nu iets meer dan wat bijvoorbeeld in 2001 een Minolta Dimage 7 kostte, dat was een bridge toestel van 7mp.

Toen - in 2001 - was uw opmerking ivm film terecht, heden ten dage echter al een tijdje niet meer.


Trouwens het dynamisch bereik is inderdaad niet al te goed op een DSLR, afhankelijk van toestel, maar wegens de mogelijkheid om in RAW te fotograferen en Photoshop kan er al veel gedaan worden aan het dynamisch bereik.

Foto 'ontwikkelen' (omzetten van RAW naar JPEG/TIFF) met +2 +1 EV 0 en -1 en -2. Dergelijke mogelijkheden wil ik nog wel eens zien met film!

[Verwijderd]

DSLR's zijn veel veelzijdiger. Alleen al de mogelijkheid om eventjes je ISO aan te passen is een ongelooflijk groot voordeel.

Hogere resolutie? Ja, wanneer je met ISO 25 foto's maakt... Op ISO 100 komt een analoge film ook niet beter dan zo'n 12 MP. Om over hogere ISO's maar niet te praten....

Dat dynamisch bereik is ook een fabeltje. Normale kleuren film is daarin zelfs slechter dan digitaal. Voordeel is wel dat de verzadiging niet-lineair loopt, waardoor het veel minder opvalt. Maar de huidige DSLR's hebben ook een niet-lineaire response.

Het aantal professionals dat nog met analoog werkt is op één hand te tellen. Zij waren juist de eersten die overstapten.

[Korben]

Alsof je met een digitale SLR niet een sluitertijd van 2 minuten kunt hebben En als je dan ook nog schiet in RAW-formaat kun je naderhand nabewerken wat je wilt.

[veldmuis]

Je hebt ook kans dat de sensor dat wel waargenomen heeft, maar dat de automatische belichting een en ander bijgesteld heeft.

[appel437]

maar is dit dan niet ook bruikbaar in andere dingen? ik zit nu vooral te denken aan zonnepanelen maar er zijn vast ook wel andere dingen toch?
verder een erg mooie techniek. meestal (vrijwel altijd) krijg je met "donkere" foto's een beetje een groene waas als je je webcam of mobiel gebruikt. hiermee zou dat dus over zijn.

Daarom hadden we ook vele tientallen jaren Spiegreflex camera's op film, die kon je prachtig instellen zodat de sluiter 1 of 2 minuten bleef openstaan (waardoor je vele bliksemschichten. kon vastleggen) door simpel weg de filmgevoeligheid anders in te stellen en daarna b.v. over te ontwikkelen in een zwakker ontwikkelbad. Helaas gaat dat soort dingen niet meer op bij digitaal werk van éénvoudige camera's.

dit gebruikten ze ook bij die sterrenfoto's. je nam een camera met sluitingstijd 12 uur en die richte je recht omhoog (ergens op het plattteland) en dan kreeg je van die mooie kringetjes met de poolster in het midden.
linkje

[TheekAzzaBreek]

Over zonnepanelen wordt dan ook gedacht (en is een ietsje belangrijker toepassing dan fotgrafie, imho), en in het lab worden daar mooie efficientie waarden aan gemeten. http://en.wikipedia.org/w...l#Nanoparticle_processing

@Baritee: er ontstaat geen nieuwe energie, het energieverlies in de licht - electricitiet omzetting wordt wat verminderd.

[Bilel]

Bij zonnepanelen zou je wel een verdubbeld rendement kunnen halen met deze techniek, indien die ook fotonen omzetten in electriciteit.

[Baritee]

ik zit nu vooral te denken aan zonnepanelen

Er wordt geen extra energie gecreëerd (dat is onmogleijk). Persoonlijk vind ik het maar een verdachte 'uitvinding' zeker als dit zogezegd een doorbraak moet zijn voor webcams. Wat er hier gebeurt, is eigenlijk niet anders dan een versterking van het signaal. enkel als ze die versterking met minder ruis en even lineair kunnen laten werken dan een traditionele versterker is het een goede zaak, anders geloof ik er niet in.
Bovendien als het interessant is voor webcams is het zeker ook interessant voor DSLRs, want die kunnen hun resolutie dan nog meer verhogen, en hun isowaarden nog opkrikken zonder toegevingen te maken voor ruis.

[Reactie gewijzigd door Baritee op 24 juli 2024 08:38]

[mux]

Ik maak hieruit op dat ze - in beter wetenschappelijke termen - een hogere quantumefficientie hebben behaald in fotosensoren? Dit kan dan toch algemeen worden toegepast in silicium sensoren?

Of is het oppervlaktebeperkt?

[Confusion]

De efficientie hoeft niet perse hoger te zijn: ze kunnen ook een materiaal verzonnen hebben waarin hetzelfde foton twee (of meer) excitonen voortbrengt in plaats van 1. Dan kan het nog steeds bruikbaar zijn in andere lichtsensoren, maar als daar de hoeveelheid vrijgemaakte electronen niet de beperkende factor voor de te verbeteren eigenschap is, dan schiet je er niet mee op. Dit helpt alleen voor het verbeteren van foto's in omgevingen met weinig licht. Bij voldoende licht zijn er al voldoende electronen beschikbaar en zijn andere factoren het probleem.

[mux]

kwantum/quantumefficientie is gedefinieerd als het aantal elektronen dat door één inkomend foton (van gemiddelde golflengte, of specifieke) wordt ge-exciteerd. Dus het heeft niet zozeer met vermogensefficientie te maken oid.

Maar nu ik het artikel lees waarnaar gelinkt wordt is dit inderdaad precies wat ze bedoelen. De hoeveelheid vrije elektronen samen met de well size zijn beperkend voor zowel ISO prestaties als DR (dynamic range). Ook in beter licht zal dus de DR veranderd worden met deze techniek.

[Verwijderd]

Nee. De quantum efficientie is het aantal fotonen dat je detecteert t.o.v het aantal dat op de sensor valt. De QE is dus maximaal 100%. Hoeveel elektronen er per foton komen is daarbij irrelevant.

[Verwijderd]

Daarvan zouden de cameramodules in mobiele telefoons en laptops profiteren, omdat die klein zijn en dus weinig ruimte in zich hebben om lichtdeeltjes op te vangen.

Denk dat dit het antwoord is op je vraag over het oppervlakte beperkt is.

[DataGhost]

M.i. bedoelen ze daarmee dat laptop- en telefooncamera's zo bedroevend slecht zijn (omdat ze klein zijn) dat ze daar 'het meest' van profiteren. Verhoudingsgewijs zal het evenveel winst opleveren, neem ik aan.

[martijnve]

"Telefoons worden uitgerust met steeds betere camera's, maar hebben ondanks meer dan vijf jaar aan ontwikkelingen veelal nog niet de kwaliteit van digitale camera's."

En dat is vreemd want aan digitale camera's is de afgelopen 5 jaar niet ontwikkeld?
Mooie ontwikkeling, alhoewel ik er niet mn vakantie kiekjes mee ga schietten zou het toch leuk zijn als je met een normale telefoon (die sony cybershot telefoons doen het toch al goed maar die zijn imho zo lomp) acceptabele fotos kunt maken.

[Distael]

Tja, zolang ze er van die plastic fantastic lenzen voor blijven zetten ter grootte van een rijstkorrel zal het niet veel beter gaan worden vrees ik. Een goede foto wordt gemaakt door goed op elkaar ingestelde onderdelen: een goede lens, een goede body en een goede fotograaf. Mankeert er aan 1 van de onderdelen iets dan blijft het bagger.

[mjtdevries]

De lens is totaal niet de beperkende factor op die kleine cameras.
Juist die kleine lensjes zijn relatief simpel op goede kwaliteit te maken.

Als je maar genoeg licht hebt, dan zie je dat die het prima doen in vergelijking met grote lenzen.

De bottelneck blijft gewoon die miniscule sensor en de bijbehorende gigantische berg ruis.

[brompot758]

Dus een bolletje plastic van goed een millimeter is vergelijkbaar met een lenzenstelsel van 15+ elementen met allerlei coatings en wat dies meer zij in een goede SLR lens? En een lichtcirkel van diezelfde milimeter doorsnede bevat net zoveel informatie als de lichtcirkel van goed 29 milimeter doorsnede (APS-C formaat) of 43 milimeter doorsnede (Full frame)?

Ik denk dat je de functie van goed glas ernstig onderschat. Zelfs op een DSLR maakt het erg veel uit wat voor lens je er op zet. Als de resolutie van je lens te laag is dan kun je er de meest fantastische sensor achter zetten zonder dat de foto beter wordt. En dan heb ik het nog niet over vignetering, chromatische abberatie, lineariteit of andere afwijkingen gehad waar goed glas nou eenmaal beter in is dan goedkoop glas.

Natuurlijk wordet het ook op camera telefoons e.d. steeds beter maar zelfs een goedkope DSLR lens is vele malen beter dan het pukkeltje in je telefoon. En dat mag ook want dar is de prijs naar.

[djlinsen]

Volgens mij is het grootste probleem bij telefoon camera's dat de optica van zwaar belabberde kwalitiet is. Met een druppeltje transparant plastic valt gewoon geen goeie foto te maken ongeacht de sensor die er achter zit.

[Verwijderd]

Onzin. Plastic kan op zeer hoge optische kwaliteit vervaardigd worden. Sterker, met plastic kun je heel simpel a-spherische lenzen maken, hetgeen bij glas een godsvermogen kost. Daardoor kunnen plastic objectieven juist beter zijn dan vergelijkbare glazen objectieven.

[djlinsen]

Ik zeg ook niet dat het materiaal de potentie niet heeft om kwalitatief zeer goede lenzen mee te maken, alleen wordt die potentie absoluut niet gebruikt voor de toepassing in mobiele telefoons. Dan kunnen er wel super goeie sensore gemaakt worden, zolang de optica in de telefoon niet in orde is, blijven de foto's van inferieure kwaliteit.

[[object Object]]

Als dit in productie word genomen denk ik dat het wel wat is voor de iPhone 4G

En daarbij eigenlijk voor alle telefoons. Ik ken geen telefoon die in het donker echt goede foto's maakt.

[Reactie gewijzigd door [object Object] op 24 juli 2024 08:38]

[CH4OS]

Telefoons worden uitgerust met steeds betere camera's, maar hebben ondanks meer dan vijf jaar aan ontwikkelingen veelal nog niet de kwaliteit van digitale camera's.

En die zal er niet komen ook denk ik. Een camera in de telefoon of laptop heeft gewoon een bepaalde 'gadgetwaarde'. Het is dus voor fun, vermaak en niet om professionele dingen mee te gaan doen.

Komt er nog bij dat de ontwikkeling van de gewone digitale camera ook zoiets heeft geduurd eer er echt mooie foto's mee gemaakt konden worden.

[Reactie gewijzigd door CH4OS op 24 juli 2024 08:38]

[Maarten00]

Leuk, zou een goede oplossing zijn. Heb me altijd al geergerd aan het feit dat die telefoon geen foto's wil maken als het ook maar een beetje donker is. En dan doet zo'n LED flitsertje ook niks, hoop dat dit snel toegepast kan worden!