Sony IMX378: تفصيل شامل لمستشعر Google Pixel وميزاته

نظرة عامة على IMX378

لقد تواصلنا مع شركة Sony لمحاولة معرفة المزيد عن مستشعر IMX378 الذي تستخدمه Google القادمة بكسل و بكسل XL الهواتف، وكذلك من خلال شياو مي 5S. لسوء الحظ، لم تتمكن شركة Sony من توزيع ورقة البيانات الخاصة بمستشعر Exmor RS IMX378 حتى الآن، لكنها كانت مفيدة للغاية، وتمكنت من تزويدنا ببعض المعلومات التي لم يتم نشرها سابقًا حول آي إم إكس 378.

أولاً، الاسم نفسه كان خاطئاً. على الرغم من الشائعات التي تفيد بأنها ستكون جزءًا من إكسمور ر خط من أجهزة استشعار CMOS المضيئة الخلفية (BSI) مثل IMX377 قبله والذي تم استخدامه في نيكزس 5X و نيكزس 6P، أبلغتنا جهة اتصالنا في Sony أن IMX378 سيتم اعتباره جزءًا من Sony بدلاً من ذلك اكسمور آر إس خط من أجهزة استشعار BSI CMOS المكدسة.

في حين أن العديد من الأشياء ظلت كما هي من IMX377 إلى IMX378، بما في ذلك حجم البكسل (1.55 ميكرومتر) وحجم المستشعر (7.81 ملم)، فقد تمت إضافة ميزتين رئيسيتين. وهو الآن تصميم BSI CMOS مكدس، ويحتوي على PDAF، ويضيف تقنية SME-HDR من سوني، ويتمتع بدعم أفضل لفيديو معدل الإطارات المرتفع (الحركة البطيئة).

مكدسة BSI CMOS

تعد الإضاءة الخلفية في حد ذاتها ميزة مفيدة للغاية والتي أصبحت تقريبًا قياسية في الهواتف الذكية الرائدة خلال السنوات القليلة الماضية، بدءًا من اتش تي سي ايفو 4G في 2010. فهو يسمح للكاميرا بالتقاط قدر أكبر بكثير من الضوء (على حساب المزيد من الضوضاء) عن طريق تحريك بعض من الضوء الهيكل الذي كان يجلس تقليديًا أمام الصمام الثنائي الضوئي على أجهزة الاستشعار الأمامية المضيئة، في الخلف هو - هي.

من المثير للدهشة، على عكس معظم تقنيات الكاميرا، أن الإضاءة الخلفية بدأت تظهر في الأصل في الهواتف قبل كاميرات DSLR، ويرجع الفضل في ذلك إلى حد كبير إلى الصعوبات في إنشاء مستشعرات BSI أكبر. كان أول مستشعر BSI APS-C هو Samsung S5KVB2 الذي تم العثور عليه في كاميرا NX1 الخاصة بهم منذ عام 2014، و كان أول مستشعر كامل الإطار هو Sony Exmor R IMX251 الذي تم العثور عليه في Sony α7R II من الماضي سنة.

تأخذ تقنية BSI CMOS المكدسة هذه الخطوة إلى الأمام من خلال نقل المزيد من الدوائر من الطبقة الأمامية إلى الركيزة الداعمة خلف الثنائيات الضوئية. وهذا لا يسمح لشركة Sony فقط بتقليل حجم مستشعر الصورة بشكل كبير (مما يسمح بأجهزة استشعار أكبر في نفس المساحة)، ولكنه يسمح أيضًا لشركة Sony بطباعة وحدات البكسل والدوائر بشكل منفصل (حتى في عمليات التصنيع المختلفة)، مما يقلل من مخاطر العيوب، ويحسن الإنتاجية، ويسمح بمزيد من التخصص بين الثنائيات الضوئية والثنائيات الداعمة. الدوائر.

بداف

يضيف IMX378 التركيز التلقائي للكشف عن الطور، وهو ما لم تدعمه هواتف Nexus العام الماضي وIMX377. فهو يسمح للكاميرا باستخدام الاختلافات في شدة الضوء بشكل فعال بين النقاط المختلفة على المستشعر لتحديدها إذا كان الكائن الذي تحاول الكاميرا التركيز عليه موجودًا أمام نقطة التركيز أو خلفها، فاضبط المستشعر وفقاً لذلك. يعد هذا تحسنًا كبيرًا من حيث السرعة والدقة مقارنةً بالتركيز البؤري التلقائي التقليدي القائم على التباين والذي رأيناه في العديد من الكاميرات في الماضي. ونتيجة لذلك، فقد شهدنا طفرة هائلة في الهواتف التي تستخدم تقنية PDAF، وأصبحت هذه الكلمة بمثابة كلمة تسويقية طنانة يتم اعتبارها محورًا أساسيًا لتسويق الكاميرات عبر الصناعة.

على الرغم من أنه ليس سريعًا في التركيز مثل الثنائي الضوئي المزدوج PDAF الذي سامسونج جالاكسي اس 7 لديه (المعروف أيضًا باسم "بكسل مزدوج PDAF" و "التركيز البؤري التلقائي ثنائي البكسل") ، والذي يسمح باستخدام كل بكسل منفرد لاكتشاف الطور من خلال تضمين ثنائيات ضوئية لكل بكسل، وينبغي أن يظل دمج PDAF والتركيز التلقائي بالليزر مزيجًا قويًا.

معدل تأطير عالي

كان هناك الكثير من الحديث مؤخرًا عن الكاميرات ذات معدل الإطارات العالي (سواء لتطبيقات المستهلك أو في صناعة الأفلام الاحترافية). يمكن استخدام القدرة على التصوير بمعدلات إطارات أعلى لإنشاء مقاطع فيديو سلسة بشكل لا يصدق السرعة العادية (والتي يمكن أن تكون رائعة للرياضة وسيناريوهات السرعة العالية الأخرى) ولإنشاء بعضها حقًا مقاطع فيديو مثيرة للاهتمام عندما تبطئ كل شيء.

لسوء الحظ، من الصعب للغاية تصوير الفيديو بمعدلات إطارات أعلى، حتى عندما تكون الكاميرا الخاصة بك يمكن لجهاز الاستشعار التصوير بمعدلات إطارات أعلى، وقد يكون من الصعب على معالج إشارة الصورة بالهاتف الاحتفاظ بها أعلى. ولهذا السبب، في حين أن IMX377 المستخدم في Nexus 5X و6P يمكنه تصوير فيديو بدقة 720 بكسل عند 300 هرتز وفيديو 1080 بكسل عند 120 هرتز، فقد رأينا فقط 120 هرتز 720 بكسل من Nexus 5X و240 هرتز 720 بكسل من 6P. كان IMX377 قادرًا أيضًا على تصوير فيديو بدقة 4K بمعدل 60 هرتز، على الرغم من أن أجهزة Nexus تقتصر على 30 هرتز.

يستطيع كل من هواتف Pixel تقديم فيديو يصل إلى 120 هرتز بدقة 1080 بكسل وفيديو بمعدل 240 هرتز بدقة 720 بكسل. جزء من التحسينات المتعلقة بـ IMX378، والذي يشهد زيادة في القدرات تصل إلى 240 هرتز عند 1080p.

يستطيع المستشعر أيضًا التقاط لقطات متتابعة بدقة كاملة بشكل أسرع، حيث يصل إلى 60 هرتز عند إخراج 10 بت و40 هرتز عند 12 بت الإخراج (أعلى من 40 هرتز و35 هرتز على التوالي)، مما يساعد على تقليل كمية ضبابية الحركة واهتزاز الكاميرا عند الاستخدام اتش دي ار +.

الشركات الصغيرة والمتوسطة-HDR

تقليديًا، كانت تقنية HDR للفيديو عبارة عن مقايضة. كان عليك إما خفض معدل الإطارات إلى النصف، أو كان عليك خفض الدقة إلى النصف. ونتيجة لذلك، فإن العديد من الشركات المصنعة للمعدات الأصلية لم تهتم بهذا الأمر، وكانت سامسونج وسوني من بين الشركات القليلة التي تطبقه. حتى ال سامسونج جالاكسي نوت 7 يقتصر على تسجيل 1080p 30 هرتز ويرجع ذلك جزئيًا إلى التكلفة الحسابية الثقيلة لفيديو HDR.

أول طريقتين تقليديتين رئيسيتين لفيديو HDR، والتي تطلق عليها شركة Red Digital Cinema Camera Company HDRx والذي تسميه سوني Digital Overlap HDR (دول-HDR)، يعمل عن طريق التقاط صورتين متتاليتين، واحدة مكشوفة داكنة والأخرى مكشوفة فاتحة، ودمجهما معًا لإنشاء إطار فيديو واحد. في حين أن هذا يسمح لك بالحفاظ على الدقة الكاملة للكاميرا (وضبط سرعات غالق مختلفة للاثنين المنفصلين). الإطارات)، يمكن أن يؤدي ذلك في كثير من الأحيان إلى حدوث مشكلات بسبب الفجوة الزمنية بين الإطارين (خاصة مع الحركة السريعة أشياء). بالإضافة إلى ذلك، قد يكون من الصعب جدًا على المعالج مواكبة ذلك، كما هو الحال مع DOL-HDR، يتعامل مزود خدمة الإنترنت بالهاتف مع دمج الإطارات المنفصلة معًا.

أما الطريقة التقليدية الأخرى، والتي تسميها سوني Binning Multiplexed Exposure HDR (BME-HDR)، فتقوم بتعيين إعداد تعريض مختلف لـ كل زوج من سطرين من وحدات البكسل في المستشعر لإنشاء صورتين بنصف الدقة في نفس الوقت، ثم يتم دمجهما معًا في إطار HDR واحد للفيديو. وبينما تتجنب هذه الطريقة المشكلات المرتبطة بتقنية HDRx، وهي انخفاض معدل الإطارات، إلا أن لها مشكلات أخرى، على وجه التحديد، انخفاض الدقة والقيود المفروضة على كيفية تغيير التعريض الضوئي بين مجموعتي الصور خطوط.

يُعد التعريض المكاني المتعدد (SME-HDR) طريقة جديدة تستخدمها شركة Sony للسماح لها بتصوير HDR بالدقة الكاملة وبمعدل الإطار الكامل الذي يستطيع المستشعر تحقيقه. وهو البديل من التعرض المتغير المكاني يستخدم خوارزميات خاصة للسماح لشركة Sony بالتقاط المعلومات من وحدات البكسل الداكنة والفاتحة مرتبة في نمط نمط رقعة الشطرنج، واستنتج الصورة ذات الدقة الكاملة لكل من التعرض للضوء والظلام الصور.

لسوء الحظ، لم تتمكن شركة Sony من إعطائنا توضيحات أكثر تفصيلاً حول النمط الدقيق، وقد لا تتمكن أبدًا من الكشف عنه - فالشركات تميل إلى لعب أوراقها قريب جدًا من صدورهم عندما يتعلق الأمر بالتكنولوجيا المتطورة، مثل تلك التي نراها في HDR، حتى أن Google تمتلك خوارزمية خاصة بها لصور HDR المعروفة باسم اتش دي ار +. لا تزال هناك بعض المعلومات المتاحة للعامة والتي يمكننا استخدامها لتجميع كيفية تحقيق ذلك. تم نشر عدد من الأوراق البحثية بواسطة Shree K. نايار من جامعة كولومبيا (واحدة منها تم بالتعاون مع Tomoo Mitsunaga من شركة Sony) والتي تحتوي على طرق مختلفة لاستخدام التعريض المتغير مكانيًا، وتخطيطات مختلفة يمكنها تحقيق ذلك. فيما يلي مثال للتخطيط بأربعة مستويات من التعريض الضوئي على مستشعر الصور RGBG. يدعي هذا التصميم أنه قادر على التقاط صور HDR كاملة الدقة بنسبة 20٪ فقط الخسارة في الدقة المكانية، اعتمادًا على السيناريو (نفس الإنجاز الذي تطالب به شركة Sony الشركات الصغيرة والمتوسطة-HDR).

لقد استخدمت سوني تقنية SME-HDR في اثنين من مستشعرات الصور بالفعل، بما في ذلك IMX214 الذي شهد الكثير من الشعبية مؤخرًا (يتم استخدامه في آسوس زينفون 3 الليزر، موتو ز، و ال أداء هاتف Xperia X)، ولكنها إضافة جديدة إلى IMX378 مقارنةً بـ IMX377 الذي تم استخدامه العام الماضي. فهو يسمح لمستشعر الكاميرا بإخراج دقة كاملة 10 بت وفيديو 4K عند 60 هرتز مع تنشيط SME-HDR. في حين أن الاختناق في أي مكان آخر من العملية سيؤدي إلى حد أدنى، فإن هذا يعد تحسنًا رائعًا عما كان IMX377 قادرًا على فعله، وهو علامة على أشياء جيدة قادمة في المستقبل.

أحد التحسينات الكبيرة لـ IMX378 على IMX377 هو أنه قادر على التعامل مع المزيد من معالجة الصور على الرقاقة، مما يقلل من عبء عمل مزود خدمة الإنترنت (على الرغم من أن مزود خدمة الإنترنت لا يزال قادرًا على طلب بيانات صورة RAW، اعتمادًا على الطريقة التي يقرر بها مصنع المعدات الأصلي استخدام المستشعر). يمكنه التعامل مع العديد من الأشياء الصغيرة مثل تصحيح العيوب والنسخ محليًا، ولكن الأهم من ذلك، يمكنه أيضًا التعامل مع BME-HDR أو SME-HDR دون الحاجة إلى إشراك مزود خدمة الإنترنت. من المحتمل أن يكون هذا فرقًا كبيرًا في المستقبل من خلال تحرير بعض النفقات العامة لمزود خدمة الإنترنت على الهواتف المستقبلية.

نود أن نشكر شركة Sony مرة أخرى على كل ما قدمته لنا من مساعدة في إنشاء هذه المقالة. نحن نقدر حقًا الجهود التي بذلتها شركة Sony للمساعدة في ضمان دقة وعمق هذا الأمر الميزة، خاصة في السماح لنا بالكشف عن بعض المعلومات التي لم يتم نشرها مسبقًا حول آي إم إكس 378.

ومع ذلك، فمن المؤسف حقًا أنه من الصعب جدًا الوصول إلى بعض هذه المعلومات، حتى المعلومات الأساسية عن المنتج. عندما تحاول الشركات وضع معلومات على مواقعها الإلكترونية، غالبًا ما يكون الوصول إليها غير ممكن وغير مكتمل بشكل عام جزئيًا لأنه غالبًا ما يتم التعامل معه على أنه اهتمام ثانوي لموظفي الشركة، الذين يركزون أكثر على اهتماماتهم الرئيسية عمل. يمكن لشخص واحد متخصص في التعامل مع العلاقات العامة أن يحدث فرقًا كبيرًا من حيث تقديم هذا النوع من المعلومات متاحة ويمكن لعامة الناس الوصول إليها، ونحن نرى بعض الأشخاص يحاولون القيام بذلك مجانًا وقت. حتى على سوني اكسمور مقالة ويكيبيديا نفسها، حيث على مدار شهرين قام شخص واحد في وقت فراغه بوضع معظم الأساس ليأخذها من مكان عديم الفائدة تقريبًا مقالة بحجم 1,715 بايت كان هذا هو نفسه في الغالب لسنوات، في المقالة التي يبلغ حجمها حوالي 50000 بايت والتي نراها اليوم مع 185 محررًا متميزًا. مقال يمكن القول إنه أفضل مستودع للمعلومات حول خط مستشعر Sony Exmor المتاح عبر الإنترنت، ويمكننا أن نرى نمطًا مشابهًا جدًا في المقالات الأخرى. يمكن لكاتب واحد متخصص أن يُحدث فرقًا كبيرًا في مدى سهولة مقارنة العملاء بين المنتجات المختلفة المنتجات، ومدى تثقيف المستهلكين المهتمين بالموضوع، والذي يمكن أن يكون له تأثير بعيد المدى تأثيرات. لكن هذا موضوع لوقت آخر.

وكما هو الحال دائمًا، نتساءل كيف ستؤثر هذه التغييرات في الأجهزة على الأجهزة نفسها. من الواضح تمامًا أننا لن نحصل على فيديو HDR بدقة 4K و60 هرتز (وقد لا نحصل على فيديو HDR على الإطلاق، كما لم تذكره Google بعد)، ولكن الدقة الكاملة الأسرع من المحتمل أن يساعد التصوير بشكل كبير مع تقنية HDR+، وسنرى تحسينات المستشعر الأحدث تتدفق إلى الهاتف بطرق أخرى صغيرة ولكنها جوهرية مماثلة أيضًا.

بينما DXOMark يسرد بكسل أداء الهواتف أفضل قليلاً من Samsung Galaxy S7 وHTC 10، والعديد من الأشياء التي أعطت هواتف Pixel هذه الصدارة الصغيرة كانت برامج رئيسية تحسينات مثل HDR+ (الذي ينتج نتائج رائعة تمامًا، والتي خصصت لها DXOMark قسمًا كاملاً من مراجعتها) وEIS الخاص بشركة Google نظام (يمكن أن يعمل جنبًا إلى جنب مع OIS) يقوم باختبار الجيروسكوب 200 مرة في الثانية لتوفير بعض من أفضل أنظمة تثبيت الصور الإلكترونية التي قمنا بها على الإطلاق مرئي. نعم، تتمتع هواتف Pixel بكاميرا رائعة، ولكن هل كان من الممكن أن تكون أفضل مع إضافة OIS وDual Pixel PDAF؟ قطعاً.

لا تفهموني خطأ، كما قلت، تتمتع هواتف Pixel بكاميرا مذهلة تمامًا، لكن لا يمكنك إلقاء اللوم علي حقًا لرغبتي في المزيد، خاصة عندما يكون الطريق إلى تلك التحسينات واضحًا جدًا (وعندما يتم تسعير الهواتف بالسعر الرئيسي الكامل، حيث تتوقع الأفضل من أفضل). سيكون هناك دائمًا جزء مني يريد المزيد، ويريد عمرًا أفضل للبطارية، ومعالجات أسرع، وعمرًا أفضل للبطارية، وأكثر سطوعًا وشاشات أكثر حيوية، ومكبرات صوت أعلى، وكاميرات أفضل، ومساحة تخزين أكبر، وعمر بطارية أفضل، والأهم من ذلك، عمر بطارية أفضل (مرة أخرى). ومع ذلك، تتمتع هواتف Pixel بالعديد من الميزات الرائعة الصغيرة التي يمكن أن تجتمع معًا لإنشاء جهاز واعد حقًا، وأنا متحمس لرؤيته.