IPhone メーカーは写真を改善するために面積を拡大した 200 メガピクセルのセンサーを設計

モバイル デバイス業界は、200 メガピクセルのコンポーネントに基づく新しい写真アーキテクチャの開発による技術的な見直しを行っています。エンジニアは、最新世代のプレミアム スマートフォンで使用されている 4,800 万ピクセル モデルよりも大幅に大きいセンサーの作成に取り組んでいます。このハードウェア変更の主な目的は、ピクセル密度の物理的な問題を解決し、さまざまな環境で画像をキャプチャする際に高解像度によって光の入力が損なわれないようにすることです。

アジアのサプライヤーからの情報によると、この変更はコンピューテーショナル・フォトグラフィー分野での競争力を維持することを目的としているようです。この移行には、カメラ モジュールの完全な再構築が必要で、レンズによってキャプチャされた生のビジュアル データをデバイスが処理する方法が変更されます。

予備的な設計仕様では、新しい光学技術に対応するためにデバイスの内部構造に大幅な変更が加えられることが示されています。

• 公称解像度が 2 億の感光点に増加しました。
• 有効センサー面積を約93.2平方ミリメートルに拡大。
• 処理ソフトウェアを介した新しいピクセルグループ化テクノロジーの統合。

光学工学は、縮小された表面上で光を捉えることに重点を置いています。

イメージ センサーの物理学により、特に限られた空間で解像度が大幅に向上する場合、各ピクセルが吸収できる光の量に厳しい制限が課されます。 4,800 万ピクセルから 200 メガピクセルに上がると、感光点がかなり小さくなり、これまでは夜景のディテールが失われ、暗い画像が生成されてきました。この物理的な障壁を克服するために採用されたソリューションには、シリコン部分の全体の寸法を大きくし、フォーマットを標準の 1/1.12 インチに近づけることが含まれており、これはメーカーの主力製品では前例のないことです。

このキャプチャ領域の拡大により、コンポーネントはより多くの個々の光子を数分の一秒で記録できるようになり、写真の色の忠実度とダイナミック レンジが維持されます。以前のモデルは、48 ～ 71.5 平方ミリメートルの間で変化する有効領域を使用しており、極端な解像度よりも低照度でのパフォーマンスを優先していました。新しいアプローチは 2 つの特性を統合することを目指しており、業務用の専用写真機器に近い詳細レベルを提供します。

初期実装では高度なズーム用に望遠レンズを優先します

開発スケジュールによれば、新しい超高解像度コンポーネントは主に光学アプローチ レンズを目的としているようです。技術的な選択により、メインカメラが当面の照明の問題にさらされることが回避され、長距離ズームシステムに技術革新が集中します。

200 メガピクセルの密度はデジタル トリミングに数学的な利点をもたらし、鮮明さを著しく損なうことなく画像を拡大できます。カメラのソフトウェアは、キャプチャ中に豊富なデータを使用して、遠くにあるオブジェクトの詳細をミリメートル単位の精度で再構築します。

自然写真家やスポーツ写真家は、この構成が遠隔録画用の多用途ツールであると考えています。技術的にはビニングとして知られるピクセル グループ化は、周囲の照明が大幅に低下したときにバックグラウンドで機能し、複数のポイントを 1 つのスーパー ピクセルにマージします。

デジタルノイズリダクションにはシリコンコンポーネントの物理的な拡張が必要です

写真の暗い領域にある色の粒子によって特徴付けられるデジタル ノイズは、携帯電話で極端な解像度を採用する際の最大の障害となります。非常に近いピクセル間の電気的干渉により、デバイスによって生成されるファイルの最終的な品質が低下する視覚的なアーチファクトが生成されます。

センサー領域を拡大すると、フォトダイオード間の物理的分離がより効率的に行われるため、この副作用が軽減されます。実験室テストでは、新しいアーキテクチャが高い ISO 感度レベルでもクリーンな画像信号を維持できることが実証されています。

画像信号プロセッサは、拡張されたハードウェアと連携して動作し、ファイル圧縮前でもノイズ低減アルゴリズムを適用します。高速データ読み取りにより、高解像度カメラの長時間使用中にモジュールが過熱するのを防ぎます。

カラーキャリブレーションもシリコン上の余分なスペースの恩恵を受け、明るい領域でより正確な色調とスムーズな移行をもたらします。半導体製造の精度は、デバイス エンジニアリングにおけるこの重要なステップの成功を左右します。

画像処理には内部ハードウェアのアップグレードが必要です

2 億のデータ ポイントを瞬時にキャプチャするには、スマートフォンのメイン チップからの膨大な処理能力が必要です。プロセッサーの内蔵ニューラル エンジンは、シャッター ラグを発生させることなく、テクスチャを解釈し、シーン要素を識別し、リアルタイムでレンズ補正を適用できるようにスケーリングする必要があります。

人工知能はこの量の視覚情報を整理する上で中心的な役割を果たし、クリックごとに 1 秒あたり数十億の操作を実行します。新しいセンサーとグラフィックス処理ユニットの統合により、ユーザー エクスペリエンスの流動性が定義され、オペレーティング システムからの迅速な応答が保証されます。

データの保存と転送に新しいプロトコルが追加される

写真の解像度の指数関数的な増加は、モバイル デバイスのメモリ インフラストラクチャに直接的な影響を及ぼし、大量の情報を処理するためにはるかに高速で効率的なストレージ ソリューションが必要になります。 200 メガピクセルのセンサーによって生成されたファイルは、従来の画像よりもかなり多くのスペースを占有するため、キャプチャの光学品質を犠牲にすることなくファイルの重量を軽減する、新しいインテリジェントな圧縮標準の採用が余儀なくされています。アプリケーションがクラッシュすることなく連続撮影できるようにするには、システムがカメラ バッファからデータを迅速にダンプする必要があるため、内部フラッシュ メモリへの書き込み速度が重要なエンジニアリング要素になります。同時に、高速ケーブル ネットワークとワイヤレス ネットワークの両方を介したデータ転送プロトコルの構造が改訂され、ギガバイト単位の写真やビデオを数分でクラウド バックアップできるようになりました。高効率のファイル形式の実装により、ユーザーはデバイスを使用してから最初の数か月以内に物理ストレージ容量を使い果たすことなく、デバイス上で膨大なメディア ライブラリを維持できるようになります。

外部デザインの調整により、より大きな写真モジュールに対応できるようになりました

拡張シリコン部品の採用により、産業技術者は新しい光学アセンブリを収容するためにデバイスの外部構造を再設計する必要があります。リアカメラモジュールはより突出する傾向があり、日常使用における偶発的な衝撃からレンズを保護するために高強度の素材が必要になります。

巨大センサー上のガラスレンズの位置を調整するには、写真の端の歪みを避けるため、組立ラインで顕微鏡レベルの精度が必要です。新しい反射防止コーティングが光学素子に適用され、光がガラスを均一に通過し、画像内の不要な内部反射が排除されます。

機械的安定化により、新しいレンズの追加重量を補います。

センサーとレンズの寸法が大きくなると、写真アセンブリの物理的質量が大きくなり、従来の光学式手ぶれ補正システムに課題が生じます。より強力な磁気モーターがモジュール内に取り付けられており、センサーを数ミリ単位で動かし、ユーザーの手の震えを補正し、夜間の写真や連続モーションビデオ録画の絶対的な鮮明さを保証します。