Il futuro dei sensori Sony

Il futuro dei sensori Sony

di Alberto De Bernardi, pubblicata il

“Sony ha sviluppato un nuovo tipo di sensore, detto APCS, per superare i limiti del filtro di Bayer. Debutterà nel 2015, probabilmente su una videocamera ad alta velocità, per poi passare forse agli smartphone e alle Alfa. ”

Sony ha sviluppato un nuovo concetto di sensore, battezzato APCS (Active Pixel Color Sampling), il cui scopo è superare i limiti del filtri di Bayer, che come noto è il filtro RGB posto sopra i sensori tradizionali, grazie al quale la fotocamera interpola le informazioni cromatiche.

Il difetto del filtro di Bayer è dato dal fatto che, essendo fisso, fa corrispondere a ciascun pixel del sensore sottostante uno solo dei tre colori fondamentali (in ciascuna cella elementare di 4 pixel sono presenti due elementi verdi, uno rosso e uno blu). L'informazione mancante, ad esempio la luminosità del rosso sotto un pixel verde, viene dedotta dagli elementi rossi adiacenti, con un'operazione detta demosaicizzazione.


Struttura del sensore Sony APCS. Fonte: Mirrorless Rumors.

Il tentativo di superare tale limite non è certo nuovo. Molti conoscono, ad esempio, la tecnologia Foveon. L'approccio Sony, però, è diverso: il filtro di Bayer è comunque presente, e sotto di esso si trova ancora un sensore tradizionale, ma tale filtro è mobile. Muovendo il filtro di un pixel a ogni posa e registrando tre pose consecutive, che vengono poi elaborate per costruire l'immagine finale, si ottiene un risultato facilmente intuibile: ogni pixel contiene il 100% delle informazioni cromatiche.

Pare che questi nuovi sensori abbiano una sensibilità nativa (cioè la sensibilità in corrispondenza della maggiore gamma dinamica) estremamente elevata: 5120 ISO con una gamma dinamica di oltre 21 EV (circa 128 dB). La A7S, per la cronaca, arriva a 15 EV.

Un possibile utilizzo di questa tecnologia è la ripresa video ad alta velocità. Il limite massimo è infatti di ben 36.000 fps @ 720p, o 8.000 fps @ 2048x2160. Si capisce quindi il motivo per cui si ipotizza un primo utilizzo all'interno di videocamere. La sua caratteristica di offrire elevata sensibilità ed elevata gamma dinamica in un fattore di forma compatto lascia comunque ipotizzare anche un possibile impiego all'interno di smartphone e, perché no, in una futura generazione di fotocamere Alfa.   

L'incognita è per ora rappresentata dai possibili effetti collaterali che la tripla esposizione può avere sui soggetti in movimento, ma va sottolineato come lo spostamento richieda un tempo che è un ordine di grandezza inferiore al più breve tempo di scatto oggi comunemente disponibile, e come tale spostamento non debba necessariamente essere effettuato: non è infatti impossibile ipotizzare per questi sensori una doppia modalità di lettura, APCS e tradizionale. La tecnologia appare dunque estremamente interessante.         


Commenti (15)

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Commento # 1 di: emanuele83 pubblicato il 17 Novembre 2014, 13:12
Bella idea, attenzione alla mole di dati che deve essere processata: supponiamo un sensore a 20MPx prevedo raffiche molto lente e complicazione dell'elettronica a valle del sensore stesso (dopo l'elettronica di sensing e gli adc) e spazio di memorizzazione del RAW almeno triplicato,anche se qualche bella compressione del dato salverebbe spazio
Inoltre l'introduzione di un movimento micrometrico all'interno del sensore potrebbe pregiudicare la reliability del sistema incaso di polvere e/o urti.
Commento # 2 di: CrapaDiLegno pubblicato il 17 Novembre 2014, 13:40
Se non erro c'era già l'idea (e forse anche l'implentazione reale) di muovere l'intero sensore (non solo il filtro) per prendere 2 immagini consecutive e superare l'interpolazione necessaria (se si vogliono tutti i mega pixel) del filtro di Bayer.
Muovendo tutto il sensore o solo il filtro non cambia nulla nel risultato.
Ci sono anche maccine forografiche che usano il movimento dello stabilizzatore per offsettare leggermente l'immagine sul sensore (sistema meno preciso).

Quindi direi che il "grab" multiplo non è una novità assoluta.
Rimane la questione della qualità del sensore in sé: 21stop di gamma sono tanti. Risolverebbe un bel po' di problemi nell'acquisizione di scene molto contrastate e con fonti di luce.
La dimensione dei RAW, per chi vuole la qualità assoluta di uno scatto vale nulla. E' un problema per chi usa la macchina fotografica come una mitragliatrice nella speranza che sui diecimila scatti prima o poi uno venga decente.
Per le velocità di scatto, oggi ci sono le nuove memorie ad altissima velocità che permettono di trasferire 3 scatti in meno tempo di quanto una reflex "tradizionale" oggi ne trasferisca mezzo. Ma sembra che non le si voglia usare: solo la Nikon D4 le usa, a quanto ne so.

Su una reflex però l'adozione di questa tecnologia la vedo dura: mi piacerebbe capire come si risolve il problema dell'acquisizione multipla con l'uso dell'otturatore che espone il sensore in maniera diversa nel tempo a seconda della zona del sensore. Servono tre "passaggi" di tendina per prendere i 3 scatti in maniera coerente, o un sistema abbastanza complesso di otturatore elettronico dopo l'apertura della prima tendina. Altrimenti non si ottiene una esposizioe uniforme per tutti e tre i fotogrammi.
Commento # 3 di: emanuele83 pubblicato il 17 Novembre 2014, 13:59
Originariamente inviato da: CrapaDiLegno
Se non erro c'era già l'idea (e forse anche l'implentazione reale) di muovere l'intero sensore (non solo il filtro) per prendere 2 immagini consecutive e superare l'interpolazione necessaria (se si vogliono tutti i mega pixel) del filtro di Bayer.
Muovendo tutto il sensore o solo il filtro non cambia nulla nel risultato.
Ci sono anche maccine forografiche che usano il movimento dello stabilizzatore per offsettare leggermente l'immagine sul sensore (sistema meno preciso).

Quindi direi che il "grab" multiplo non è una novità assoluta.
Rimane la questione della qualità del sensore in sé: 21stop di gamma sono tanti. Risolverebbe un bel po' di problemi nell'acquisizione di scene molto contrastate e con fonti di luce.
La dimensione dei RAW, per chi vuole la qualità assoluta di uno scatto vale nulla. E' un problema per chi usa la macchina fotografica come una mitragliatrice nella speranza che sui diecimila scatti prima o poi uno venga decente.
Per le velocità di scatto, oggi ci sono le nuove memorie ad altissima velocità che permettono di trasferire 3 scatti in meno tempo di quanto una reflex "tradizionale" oggi ne trasferisca mezzo. Ma sembra che non le si voglia usare: solo la Nikon D4 le usa, a quanto ne so.


direi che è molto più difficile spostare un intero sensore di pochi micron (peso,inerzia, contatti elettrici, precisione) che spostare il layer microlenti più filtro con tecnologia mems o piezo. Il punto non è l'idea in se che è già stata vista (spostamento del sensore) ma la sua implementazione pratica che rappresenta una sfida tecnologica non indifferente.

Sulla mole dei dati, mi riferivo al processing non solo allo storing. supposta una elettrnica abbastanza veloce per leggere i dati dal sensore e digitalizzarli, ad ogni passata la mole di dati aumenta. Abbiamo 3 passate e che necessariamente devono essere attese prima di avere il valore sul singolo pixel, certo in raw l'informazione sui 3 colori deve essere mantenuta, per cui si riduce solo ad un problema di storing e compressione del dato. Certo in jpeg invece il processore deve interpretare i dati e effettuare la compressione dell'informazione. Ma come detto nell'articolo magari per lo scatto jpeg basta una sola scansione col classico bayer, peccato che poi sull'lcd della macchina fotografica (ammesso sia implementato su macchine reflex) si debba necessariamente vedere la preview presa con la tripla scansione. allo stesso modo pensa ad un live view mode. come detto serve un processore coi controcazzi se per ogni frame occorre elaboare il triplo delle informazioni.

Su una reflex però l'adozione di questa tecnologia la vedo dura: mi piacerebbe capire come si risolve il problema dell'acquisizione multipla con l'uso dell'otturatore che espone il sensore in maniera diversa nel tempo a seconda della zona del sensore. Servono tre "passaggi" di tendina per prendere i 3 scatti in maniera coerente, o un sistema abbastanza complesso di otturatore elettronico dopo l'apertura della prima tendina. Altrimenti non si ottiene una esposizioe uniforme per tutti e tre i fotogrammi.


direi che è più facile ottenere un complesso otturatore elettronico che uno meccanico.
Commento # 4 di: demon77 pubblicato il 17 Novembre 2014, 14:06
Molto interessante.
Certo l'ultima parola spetta ovviamente alla prova pratica di sample finiti, ma l'idea di base sembra molto promettente.

Il problema del Foveon è il comportamento ad alti iso per via del drastico crollo delle prestazioni.
Con questo sistema dovremmo aspettarci comportamenti agli alti iso asimilabili ai sensori nonrmali ma con una resa molto migliore processando i dati che sono doppi.
Commento # 5 di: Rubberick pubblicato il 17 Novembre 2014, 14:33
sta cosa hasselblad già la fa da tempo..
Commento # 6 di: roccia1234 pubblicato il 17 Novembre 2014, 14:48
Originariamente inviato da: CrapaDiLegno
Se non erro c'era già l'idea (e forse anche l'implentazione reale) di muovere l'intero sensore (non solo il filtro) per prendere 2 immagini consecutive e superare l'interpolazione necessaria (se si vogliono tutti i mega pixel) del filtro di Bayer.
Muovendo tutto il sensore o solo il filtro non cambia nulla nel risultato.
Ci sono anche maccine forografiche che usano il movimento dello stabilizzatore per offsettare leggermente l'immagine sul sensore (sistema meno preciso).

Quindi direi che il "grab" multiplo non è una novità assoluta.
Rimane la questione della qualità del sensore in sé: 21stop di gamma sono tanti. Risolverebbe un bel po' di problemi nell'acquisizione di scene molto contrastate e con fonti di luce.
La dimensione dei RAW, per chi vuole la qualità assoluta di uno scatto vale nulla. E' un problema per chi usa la macchina fotografica come una mitragliatrice nella speranza che sui diecimila scatti prima o poi uno venga decente.
Per le velocità di scatto, oggi ci sono le nuove memorie ad altissima velocità che permettono di trasferire 3 scatti in meno tempo di quanto una reflex "tradizionale" oggi ne trasferisca mezzo. Ma sembra che non le si voglia usare: solo la Nikon D4 le usa, a quanto ne so.

Su una reflex però l'adozione di questa tecnologia la vedo dura: mi piacerebbe capire come si risolve il problema dell'acquisizione multipla con l'uso dell'otturatore che espone il sensore in maniera diversa nel tempo a seconda della zona del sensore. Servono tre "passaggi" di tendina per prendere i 3 scatti in maniera coerente, o un sistema abbastanza complesso di otturatore elettronico dopo l'apertura della prima tendina. Altrimenti non si ottiene una esposizioe uniforme per tutti e tre i fotogrammi.


Si parla di global shutter elettronico, quindi quello dell'otturatore è un non-problema
Commento # 7 di: pin-head pubblicato il 17 Novembre 2014, 15:15
quello dell'otturatore no, ma sono curioso di vedere come si comporterà con i soggetti in movimento..
Commento # 8 di: ficofico pubblicato il 17 Novembre 2014, 16:19
L'incognita è per ora rappresentata dai possibili effetti collaterali che la tripla esposizione può avere sui soggetti in movimento, ma va sottolineato come lo spostamento richieda un tempo che è un ordine di grandezza inferiore al più breve tempo di scatto oggi comunemente disponibile, e come tale spostamento non debba necessariamente essere effettuato


Con questo sensore ci sarà la definitiva consacrazione delle mirrorless a scapito delle reflex che sembreranno dinosauri di un era geologica precedente con il loro specchio da ribaltare ad ogni scatto... Se quei dati sono veritieri inoltre 20 ev a 5000 iso sono qualcosa di neanche immaginabile solo 5 anni fà...
Commento # 9 di: emanuele83 pubblicato il 17 Novembre 2014, 16:34
Originariamente inviato da: ficofico
Con questo sensore ci sarà la definitiva consacrazione delle mirrorless a scapito delle reflex che sembreranno dinosauri di un era geologica precedente con il loro specchio da ribaltare ad ogni scatto... Se quei dati sono veritieri inoltre 20 ev a 5000 iso sono qualcosa di neanche immaginabile solo 5 anni fà...


dinosauri quanto vuoi, ma nessun Sistema mirrorless permette al tuo occhio di vedere esattamente cosa stai fotografando. Nessun mirino elettronico sarà mai paragonabile ad uno specchio più pentaprisma. Rimane il fatto che un bayer pattern movibile non preclude l’utilizzo di uno specchio né impone la sua assenza.
Commento # 10 di: ficofico pubblicato il 17 Novembre 2014, 16:47
ma nessun Sistema mirrorless permette al tuo occhio di vedere esattamente cosa stai fotografando


Neanche con il mirino ottico se è per questo, sotto una certa apertura (f2-f1,4) non vedi esattamente quello che poi fotograferai, la profondità di campo a mirino sarà maggiore..

Poi quello che ottieni con una macchina fotografica digitale sono delle fotografie "elettroniche", a nulla ti serve vedere col mirino ottico quello che sarà il risultato della tua foto, il modo più preciso per vederlo, al momento dello scatto, è tramite mirino elettronico, che ti fà vedere esattamente quello che sarà il risultato finale... inutile girarci attorno, se a te piace di più vedere tramite mirino ottico è un discorso, ma il metodo più preciso è utilizzare un mirino elettronico...

Rimane il fatto che un bayer pattern movibile non preclude l’utilizzo di uno specchio né impone la sua assenza


Certo, ma quando in giro ci saranno macchine mute e con zero vibrazioni, che scattano senza parti in movimento e che per questo motivo sono più facili da produrre e quindi fanno alzare i margini di guadagno a chi le produce.... quanto pensi che rimarranno in giro i dinosauri con lo specchio e mirino ottico?
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