что такое сенсор обратной подсветки
СОДЕРЖАНИЕ
Описание
Другие преимущества датчика BSI включают более широкий угловой отклик (что дает большую гибкость при проектировании линз) и, возможно, более высокую скорость считывания. К недостаткам можно отнести худшую однородность отклика.
Наблюдатели в отрасли отметили, что датчик с задней подсветкой теоретически может стоить меньше, чем аналогичная версия с передней подсветкой. Способность собирать больше света означала, что матрица сенсоров аналогичного размера могла предложить более высокое разрешение без падения производительности при слабом освещении, иначе связанного с гонкой мегапикселей (MP). В качестве альтернативы, такое же разрешение и возможность работы в условиях низкой освещенности могут быть предложены на меньшем чипе, что снижает затраты. Ключом к достижению этих преимуществ мог бы стать улучшенный процесс, направленный на решение проблем текучести, в основном за счет улучшения однородности активного слоя на передней панели детекторов.
В апреле 2021 года Canon объявила, что их новая модель R3 будет оснащена 35-миллиметровым полнокадровым многослойным CMOS-датчиком с задней подсветкой и процессором изображения DIGIC X.
В мае 2021 года Sony анонсировала новый многослойный сенсор с задней подсветкой для формата Micro Four Thirds.
Меньше шумов с новыми CMOS-сенсорами
На Mobile World Congress 2011, который стартует в Барселоне в понедельник и продлится до 17 февраля, Samsung продемонстрирует два новых CMOS-сенсора (S5K3L1 и S5K3H2), которые ориентированы на применение в смартфонах.
Не смотря на распространенное (и вполне справедливое) убеждение «камера в телефоне баловство, фотоаппарат она не заменит», часто случаются ситуации, когда под рукой ничего лучшего, чем камера в телефоне не оказывается. И тут в качестве софтверного фильтра, улучшающего качество фотографии, часто применяется фраза «Сорри за качество, снимал телефоном». Samsung очень любит своих покупателей и совсем не хочет, чтобы они лишний раз извинялись за собственную технику. Поэтому наши инженеры не устают предлагать новые решения, которые позволят гордиться снимками, а не извиняться за них.
У модели S5K3L1 — 1/3,2-дюймовый 12-мегапиксельный сенсор. Она изготовлена с применением технологии задней подсветки BSI (Back Side Illuminated), что позволяет снимать с минимальными шумами при невысокой освещенности.
Разница между обычным сенсором (с передней подсветкой) и новым сенсором с технологией задней подсветки BSI состоит в том, что устройство BSI упрощает попадание света на фотодиоды сенсор. В обычном CMOS-сенсоре свет вынужден проходить по металлической проводке и элементам схемы, прежде чем он попадет на фотодиоды (т. н. «светополучающая поверхность» — light-receiving surface на схеме). В сенсоре же с задней подсветкой проводка спрятана за светополучающую поверхность, за счет чего сенсор становится более светочувствительным.
Также новинка оснащена опциональным фильтр RGB-white, который позволяет получить более яркие снимки (на 30% по сравнению с традиционными RGB-фильтрами). Некоторые дополнительные функции призванны устранить искажения на снимках.
Кроме фото сенсор способен снимать видео: в разрешении Full HD 1080p с частотой 60 кадров в секунду, в разрешении HD 720p — со скоростью 90 кадров в секунду, в разрешении VGA — 120 кадров в секунду.
CMOS-сенсор S5K3H2 также выполнен в форм-факторе 1/3,2 дюйма на базе технологии обратной подсветки, но его разрешение составляет 8 мегапикселей. Кстати, технология BSI отличается низким уровнем энергопотребления, так, сенсор S5K3H2 способен работать при напряжении всего 1,2 В — это позволяет продлить срок работы мобильного устройства.
Этот сенсор также способен осуществлять запись видео: в разрешении Full HD 1080p с частотой 30 кадров в секунду, в разрешении HD 720p — со скоростью 60 кадров в секунду, в разрешении VGA — 120 кадров в секунду. Поддерживается и возможность осуществления серийной съемки фотографий со скоростью до 15 кадров в секунду.
Обе модели сенсоров доступны для применения с модулями камер размера 8,5×8,5х6,0 мм с автофокусом. Таким образом, инженеры могут использовать ее в тонких мобильных устройствах.
Они уже доступны в виде отдельных образцов, а начало их массового производства состоится в третьем квартале этого года.
Что делают 3D-сенсоры в смартфонах? РАЗБОР
Все чаще мы видим в смартфонах так называемые 3D-сенсоры, или сенсоры глубины. Большинство из них также называют ToF-сенсорами аналогично одноименной технологии. По слухам, такой сенсор будет установлен и в новом iPhone (там он называется LiDAR, подробнее мы об этом рассказывали в другом материале). Эти сенсоры довольно дорого стоят, но зачем они нужны понятно не всем. Производители уверяют, что сенсоры позволяют делать лучше фото и портреты или добавляют фишки в дополненную реальность. Но так ли это на самом деле?
Сегодня обсудим, зачем нужны 3D-сенсоры в смартфонах, как это работает, ну и конечно, проведем несколько тестов и проверим заявления производителей.
Что такое 3D сенсор (сенсор глубины)
Для начала, давайте разберемся, а что такое 3D-сенсор? Фотокамеры захватывают проекцию окружающего мира на плоскость. По одной лишь фотографии не понять реальный размер объекта — размером ли он с бутылку или с Пизанскую башню. И расстояние до него тоже не понять.
Для того, чтобы понимать реальные размеры объектов на фото, масштабы съемки, отличать, что ближе к камере, а что дальше, и нужны 3D-сенсоры. Они уже давно и активно применяются в робототехнике, автономном транспорте, играх, медицине и много где еще. Более того, наши глаза — это тоже 3D сенсор. При этом, в отличие от LiDAR’а и ToF-сенсоров в смартфонах, глаза — пассивный 3D-сенсор. То есть не излучающий никакого света, а работающий только на основе поступающего света. Только благодаря этому мы можем хоть как-то перемещаться в пространстве и взаимодействовать с окружающими объектами. Теперь 3D-сенсоры появились и в смартфонах.
Как работает ToF?
LiDAR в iPad’е, а также все 3D-сенсоры в Android-смартфонах — это time-of-flight или сокращенно ToF-сенсоры. Они определяют расстояния до объектов вокруг, напрямую измеряя сколько времени понадобится свету, чтобы долететь от камеры до объекта и вернуться обратно. Это очень похоже на эхо в пещере, оно тоже после отражения от стенок возвращается к нам с запаздыванием. Чтобы пролететь 1 метр свету нужно 3 наносекунды, для 1 см — 30 пикосекунд. Вроде бы все понятно. Но есть проблема.
Это очень маленькие промежутки времени. Как камера может такое замерить? Не будет же она делать миллиард кадров в секунду, а потом их сравнивать? Есть 2 основных подхода для решения этой проблемы: dToF (direct ToF) и iToF (indirect ToF). И чтобы вас заинтриговать еще сильнее: абсолютное большинство Android-смартфонов используют как раз iToF сенсоры, тогда как LiDAR в Apple iPad и скорее всего в грядущих iPhone — это редкий представитель семейства dToF сенсоров. Так чем же они отличаются?
iToF — indirect ToF
Начнем с iToF. В таких сенсорах излучатель отправляет высокочастотный модулированный свет, то есть этот свет постоянно включается и выключается с частотой десятки миллионов раз в секунду. За счет того, что свету нужно время для полета до объекта и обратно, фаза, то есть вот это состояние где-то между включенностью и выключенностью, света, вернувшегося в камеру, немного отличается от фазы света в момент отправки. На сенсоре исходный и отраженный обратно от объекта сигналы накладываются друг на друга, и за счет этого определяется сдвиг фаз, который и позволяет понять расстояние до каждой точки объекта.
dToF — direct ToF
dToF работает немного иначе. В таких сенсорах напрямую измеряется разница во времени между отправкой света и детектированием его отражения на сенсоре. Для этого используются так называемые SPAD: single photon avalanche diodes. Они могут детектировать крайне маленькие импульсы света, фактически даже ловить единичные фотоны. Такие SPAD расположены в каждом пикселе сенсора. А в качестве излучателя в таких сенсорах используются как правило так называемые VCSEL — Vertical Cavity, Surface Emitting Laser. Это лазерный излучатель, подобный тем, что используются в лазерных мышках и много где еще. dToF сенсор в LiDAR разработан совместно с Sony и является первым массовым коммерческим dToF сенсором.
Можно лишь гадать, почему в iPad используется dToF сенсор, но давайте отметим преимущества такого сенсора. Во-первых, в отличие от iToF сенсора излучатель испускает не сплошную стену света, а лишь светит в отдельных направлениях, что позволяет экономить батарейку. Во-вторых, dToF сенсор меньше подвержен ошибкам в измерении глубины из-за так называемой multipath interference. Это типичная проблема iToF сенсоров. Она возникает из-за переотражения света между объектами перед попаданием обратно в сенсор и искажает измерения сенсора.
Как это работает, разобрались, давайте теперь посмотрим, а зачем вообще 3D-сенсоры используются в смартфонах.
Зачем это нужно в смартфонах
1. Безопасность
Первым массовым внедрением 3D-сенсоров в смартфонах мы обязаны Apple и технологии Face ID. Распознавание лиц при использовании трёхмерных данных намного точнее и надежнее классического распознавания лиц по фото. Для Face ID Apple использует технологию структурированной подсветки, на ней мы остановимся подробнее как-нибудь в следующий раз.
Большинство производителей заявляют, что именно более качественный и точный режим дополненной реальности является главной задачей 3D-сенсоров. Более того, это также поддерживается непосредственно компанией Google. Буквально недавно они представили грядущее обновление своей библиотеки дополненной реальности ARCore, позволяющее более реалистично размещать виртуальные объекты в реальности и взаимодействовать с реальными объектами.
Для этой же задачи Apple встроили LiDAR в iPad Pro. Такое можно делать и без 3D-сенсора, но с ним все работает точнее и надежнее, плюс задача становится вычислительно сильно проще и разгружает процессор. 3D-сенсор выводит AR на другой уровень.
3. Улучшение фотографий
Ряд производителей, например, Samsung и HUAWEI заявляют, что 3D-сенсор используется в первую очередь для более качественного размытия фона и более точного автофокуса при съемке видео. Другими словами, он позволяет увеличить качество обычных фото и видео.
4. Прочее
Доступ к данным сенсоров у некоторых смартфонов открыт, поэтому появляется все больше приложений, предлагающих новые применения. Так, например, с помощью внешних приложений 3D-сенсор можно использовать для измерения объектов, трехмерного сканирования и motion tracking’а. Есть даже приложение, позволяющее сделать из своего смартфона прибор ночного видения.
Тесты
С тем как это работает в теории разобрались, давайте теперь посмотрим, как это работает на практике, и есть ли какой-то толк от этих дорогущих 3D-сенсоров в флагманах. Для тестов мы взяли Redmi Note 9S, у него есть ToF-сенсор и мы сделали несколько снимков в портретном режиме, но во втором случае просто закрыли 3D-камеру пальцем. И вот что получилось.
Всё просто — размытие действительно больше и лучше, если ToF работает.
И для частоты эксперимента мы взяли Samsung Galaxy S20 Ultra, который также получил ToF-камеру.
И найдите хотя бы одно отличие?
Что получается? Дело в том, что в зависимости от производителя ToF-камера используется по-разному и в разной степени.
Можно сказать, что часть производителей смартфонов располагает ToF-датчики в своих смартфонов не для маркетинга, чтобы добавить ещё одну камеру, а скорее на всякий случай. А дальше уже алгоритмы решают — использовать эту камеру или нет?
При этом на сегодняшний момент необходимости в LiDAR или ToF-камерах прямо нет. Так что это видимо чуть больше маркетинг.
Sony выпустит шесть новых CMOS-матриц с обратной засветкой и глобальным затвором
Компания Sony продолжает совершенствовать технологию глобального затвора (Global Shutter). Главный вопрос, конечно же, состоит в том, когда эта дорогостоящая функция появился в камерах APS-C и FF потребительского уровня.
Официальный текст пресс-релиза Sony:
«Sony выпустит шесть типов CMOS-датчиков изображения с функцией глобального затвора с задней подсветкой пиксельной структуры. Компактные, с высокой точностью и скоростью распознавания и измерения для ускорения возможностей промышленного оборудования».
Новые матрицы будут одновременно и компактными, и способными считывать изображение не построчно, а сразу — без искажений движущихся объектов. Они будут использовать технологию датчика изображения Sony Pregius S, которая поставляется с глобальной функцией затвора. Это стало возможным благодаря собственной разработке Sony — пиксельной структуры с обратной засветкой, впервые анонсированной в марте 2019 года.
Новые типы матриц с глобальным затвором будут применяться в промышленности.
Ниже — таблица с указанными сенсорами.
фото: www.sonyalpharumors.com
В тексте релиза Sony отмечают, что эти новые матрицы позволяют улучшить эффективность ряда автоматизированных процессов, например, в сфере систем видеонаблюдения.
«Запатентованная структура пикселей с задней подсветкой допускает компактный размер исключительно 2,74 мкм, что составляет около 63% от обычной площади пикселей, но при этом сохраняет такие характеристики пикселей, как чувствительность и уровень сигнала насыщения», — пишет производитель.
На таблице ниже перечислены возможности новых матриц, в том числе, их размер, количество мегапикселей, глубину цвета (максимальный — 12 бит для всех новых матриц), количество кадров в секунду и другие характеристики.
www.sonyalpharumors.com
Матрица IMX532 позволяет записывать видео с глубиной цвета — 12bit со скоростью 109к/с. Это наилучший показатель среди всех шести новых матриц от Sony.
www.sonyalpharumors.com
Как откалибровать датчики в смартфоне
Содержание
Содержание
Производители редко об этом говорят, но в вашем смартфоне очень много датчиков. Зачем? Они экономят заряд аккумулятора, делают комфортной навигацию, избавляют от ошибочных нажатий и многое другое. Но случается так, что некоторые датчики начинают работать некорректно. Разбираемся, как откалибровать датчики смартфона вручную и возможно ли это вообще.
Какие бывают датчики в смартфоне и зачем они нужны?
Современные мобильные устройства обладают большим набором датчиков, и изредка среди них встречаются необычные варианты вроде измерения температуры и влажности окружающей среды, ультрафиолета и пульса, как это случилось со смартфоном Blackview BV9900.
Но стандартный набор включает в себя совсем другие, более привычные датчики.
Самым популярным из них можно смело назвать акселерометр. Предназначен для измерения ускорения по трем осям координат (X — поперечная, Y — продольная и Z — вертикальная) с учетом силы тяжести. Благодаря полученным данным смартфон словно начинает понимать свое положение в пространстве, и появляются такие функции, как автоповорот экрана или запуск приложений встряхиванием смартфона. Нашел себе применение акселерометр еще в некоторых играх и приложениях — за счет него при наклонах смартфона можно управлять чем-либо на экране. Такой способ управления станет хорошим дополнением сенсорному экрану.
Вторым по популярности идет датчик приближения (или приближенности), который отключает экран при телефонных разговорах, если смартфон находится возле уха (или любой другой части тела). А еще он может, наоборот, предотвратить включение дисплея, когда девайс находится в кармане. Почти все современные смартфоны оснащены отдельным датчиком приближения, но в некоторых устройствах реализован программный метод отключения экрана при разговоре, о котором в статье будет рассказано чуть позже.
Датчик освещенности (освещения) тоже почти всегда используется за исключением редких бюджетных моделей. Он измеряет уровень внешнего освещения в люксах, и отвечает за автоматическую настройку яркости в зависимости от внешних условий. Более того, в некоторых смартфонах автояркость неотключаемая, а вместе с подсветкой может изменяться и насыщенность цветовых оттенков.
Через магнитометр (компас) измеряется внешнее магнитное поле, а точнее его напряженность по трем осям. Как нетрудно догадаться, компас нужен для определения сторон света, а также он упрощает работу с приложениями-навигаторами — на картах гораздо быстрее получается определить направление движения. Магнитометр, к сожалению, есть уже не во всех смартфонах, но вполне может обнаружиться в бюджетном устройстве.
Гироскоп, который иногда путают с акселерометром, на самом деле работает с ним в паре и пригодится для измерения скорости вокруг осей X, Y и Z. Без гироскопа невозможно смотреть 360-градусные видеоролики и пользоваться технологией VR, так как смартфон не сможет отследить и зафиксировать движения в трехмерном пространстве. Без гироскопа нельзя комфортно играть и в некоторые игры. Самым популярным примером является Pokemon Go, в которой пользователи с девайсами, у которых нет гироскопа, не могут включить режим дополненной реальности и ловить покемонов через камеру.
Частым гостем в смартфонах стал датчик под названием шагомер, который измеряет количество пройденных пользователем шагов. Без него некоторые приложения, предназначенные для отображения физической активности пользователя, либо вовсе не будут работать, либо у них станет доступна лишь часть функционала. При этом есть софт, который замеряет шаги только при помощи акселерометра, но такой метод подсчета будет менее точным.
Завершает список популярных датчиков барометр — он встречается обычно в дорогих смартфонах, либо в некоторых защищенных девайсах среднего ценового сегмента. Барометр измеряет атмосферное давление и высоту над уровнем моря, и в целом датчик, как и магнитометр, может стать полезным дополнением при навигации.
Полный список датчиков, доступных в смартфоне, можно посмотреть, установив на смартфон одно или несколько бесплатных приложений, среди которых выделяются Device Info, Датчикер и Senson Kinetics, но список достойных вариантов на этом вовсе не заканчивается. Интересно же то, что иногда в списках вы можете увидеть слово Virtual, что указывает на программное происхождение датчика, и давайте попробуем разобраться в том, что это такое.
Что такое виртуальные датчики?
Под виртуальными понимаются датчики, которые работают исключительно за счет других датчиков или благодаря некоторым функциям смартфона. Такие датчики еще называют программными, то есть, на уровне железа в мобильном устройстве их нет, и по точности они всегда хуже, чем реальные датчики. К сожалению, калибровке такие датчики не поддаются, разве что производитель сам не создаст софт с таким функционалом.
Для примера можно привести современный аппарат Samsung M21, у которого именно виртуальные датчики освещенности и приближения. Внешнее освещение в смартфоне на самом деле измеряется с помощью фронтальной камеры, а вместо отдельного датчика приближения трудится экран, который отключается, когда вы касаетесь верхней его части при телефонных разговорах. Проблема в том, что в случае с приближением экран может не выключиться, если на вас надета шапка, а освещенность наверняка будет измеряться менее точно, что сделают работу автояркости менее чувствительной и более долгой.
А вот у бюджетных смартфонов Vivo и realme часто встречается виртуальный гироскоп, работа которого основана на акселерометре, и, вероятно, магнитометре. При просмотре 360-градусных видео можно заметить, что виртуальный вариант датчика реагирует на повороты менее точно, чем реальный, а картинка меняется не так плавно, как хотелось бы.
Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что виртуальные датчики делаются с целью экономии, а точнее для снижения стоимости смартфонов, но в целом, несмотря на недостатки, программные варианты чаще всего лучше, чем ничего.
Почему датчики перестают правильно работать и как это определить?
Причин, по которым датчики могут некорректно работать, может быть множество, и в некоторых случаях поможет только их замена, а иногда датчики по вине производителя плохо функционируют уже из коробки, и даже ремонт не способен устранить неисправность. Но рассмотрим варианты, когда любому пользователю под силу что-то изменить.
Нередко датчики приближения и освещенности начинают некорректно работать из-за наклеенной на экран пленки или защитного стекла, в которых не предусмотрен вырез для датчиков либо он сделан не слишком точно. Рано или поздно аксессуары, созданные для защиты дисплея, загрязняются и покрываются царапинами, и вот тогда во время разговора подсветка экрана может быть постоянно выключенной, а функция автояркости будет всегда стремиться сделать уровень подсветки меньше, чем это необходимо. В таком случае следует полностью снять пленку или стекло, либо попытаться сделать вырез для датчиков.
Еще одна трудность в том, что датчики приближения и освещенности трудно заметить на корпусе черного цвета, и обычно их становится видно, только после поднесения аппарата к яркому источнику света и рассматривания на предмет небольших маленьких точек на передней части смартфона, а точнее над дисплеем. В некоторых случаях датчики находятся на верхней грани, но тогда им ничего не должно мешать, если производитель грамотно реализовал их работу (а судя по отзывам, такое бывает не всегда).
Плохо работающий гироскоп, как и акселерометр, можно определить в уже упомянутых ранее приложениях, отображающих датчики в смартфоне. Если на неподвижно лежащем устройстве постоянно ощутимо меняются показатели хотя бы по одной из осей, то от таких датчиков совершенно не будет толка. Ниже на скриншоте можно посмотреть как выглядят нормальные значения в приложении Датчикер при неподвижно лежащем девайсе на ровной поверхности.
Недостаточно точный магнитометр в приложениях-компасах чаще всего пользователю будет предложено откалибровать, но еще оценку работы датчика можно получить из софта GPS-тест.
Как откалибровать (починить) датчики?
Калибровка компаса происходит за счет определенных действий, которые в зависимости от софта могут отличаться, но информация о которых наверняка должна появиться на экране приложений-компасов.
Через приложение GPS Status получается откалибровать не только компаc, но и акселерометр, а также, при необходимости, можно сбросить данные GPS, что в некоторых случаях может улучшить работу навигации.
Если реакции на калибровку нет, и точность компаса оставляет желать лучше, то на Android-устройствах стоит попробовать установить приложение Цифровой компас и направление Qibla, которое иногда выручает, когда другие варианты оказываются бесполезны.
При настройке датчика приближения, а точнее при сбросе его настроек, иногда помогает софт Proximity Sensor Reset, в котором нужно следовать инструкциям на экране. Впрочем, судя по отзывам, не всем помогает такой метод, но альтернативных вариантов на самом деле немного.
В некоторых смартфонах откалибровать часть сенсоров получается прямо из настроек операционной системы. Точное расположение настроек давать нет смысла, так как в зависимости от модели оно может отличаться, но на скриншотах ниже можно посмотреть на то, как может выглядеть меню с функцией калибровки (на примере смартфонов AGM A10 и Ulefone Armor X7).
Предусмотрена калибровка и в инженерном меню для некоторых смартфонов, работающих на чипсетах от MediaTek. Попасть в инженерное меню можно, набрав *#*#3646633#*#*, или через приложение MTK Engineering Mode. Перед этим возможно потребуется активировать права разработчика зайти в «Настройки смартфона/Информация о телефоне» и шесть раз нажав на пункт «Информация о сборке» (названия могут немного отличаться).
Попав в инженерное меню, следует открыть вкладку Hardware Testing, а затем выбрать пункт Sensor, после чего должен открыться список с сенсорами, доступными для калибровки. Далее калибровка запускается нажатием на кнопку Start Calibration, после чего могут появиться подсказки о том, как правильно завершить калибровку.
Однако даже если в списке присутствует акселерометр (G-sensor), гироскоп и датчики приближения и освещенности, то при попытке калибровки вас может ждать неудача, а на экране — появиться надпись Fail. Такое бывает, и с этим ничего не поделаешь. Универсального метода устранения неполадок с некоторыми датчиками не существует, а иногда это и вовсе невозможно, но стоит опробовать все методы, описанные в статье.
Для смартфонов Xiaomi предусмотрена следующая инструкция для калибровки датчика приближения:
В меню Additional tools еще есть калибровка акселерометра и гироскопа — достаточно лишь следовать инструкциям в верхней части экрана.
Также можно посмотреть видеоинструкию: