مقالات

سنسور، میدان اصلی نبرد صنعت دوربین

سنسور، میدان اصلی نبرد صنعت

سنسور، میدان اصلی نبرد صنعت دوربین تولید سیلیکون آشکارا برای ساخت دوربین ها الزامی نیست برای اینکه یک تولید کننده رقابتی جهانی باشید، آیا باید حسگرهایی را بسازید که واقعاً در بدنه دوربین قرار می گیرند؟

تاریخچه ساخت دوربین

منشأ کسب و کار تولید دوربین در بخش مهندسی خیلی دقیق است که شگفتی های مکانیکی را ساخته و مونتاژ می کند. هرکسی که فیلم لایکا را نگه داشته باشد – و استفاده کند – از لذت حرکتی محض در کار با آن، همراه با لذت و اطمینان از بارگذاری یک فیلم، پیچیدن آن و گرفتن عکس شگفت زده خواهد شد. البته بدنه دوربین تنها نیمی از معادله است و لنزها عنصر کلیدی دیگر را تشکیل می دهند. در واقع، اهمیت لنزها را نمی توان نادیده گرفت و یکی از دلایل موفقیت لایکا و همچنین شرکت هایی مانند نیکون و کانن است. آنهایی که دوربین می ساختند اغلب تولیدکنندگان لنز می خریدند (مانند برونیکا)، در حالی که آنهایی که اپتیک و متعاقباً لنز می ساختند به تولیدکنندگان دوربین تبدیل شدند (مانند مینولتا).

دوربین ها و لنزها به صورت همزیستی به هم متصل هستند و در حالی که بدون شک تولیدکنندگان لنز برجسته ای (مانند زایس و سیگما) وجود دارند، لنزهای مارک خود بهترین گزینه را برای استفاده حداکثری از ویژگی های دوربین امکان پذیر میکنند. چیزی که سازندگان هیچ کنترلی روی آن نداشتند، قرار دادن فیلم در دوربین بود. این یک انتخاب فنی و زیبایی‌شناختی عکاس بود و به هدفی که آن‌ها برای رسیدن به آن تلاش می‌کردند بستگی داشت. نگاتیو، پوزیتیو، سیاه و سفید، رنگی، سریع یا آهسته… همه انتخاب‌هایی بودند که «منظر» نهایی مورد نظر را تعیین می‌کردند و به جادوگری شیمیایی سازنده فیلم تکیه می‌کردند.

 

دوربین عکاسی نگاتیو

تغییر از فیلم به دیجیتال

حرکت به سمت دیجیتال، رابطه بین سازنده و عکاس را کاملاً تغییر داده است، جایی که «نگاه» به قلمروی پس از پردازش تنزل می‌یابد، چه در دوربین و چه بعداً پس از تولید. سنسور اکنون یک عنصر یکپارچه است که مشخصات فنی آن برای عملکرد کلی دوربین بسیار مهم است.

در واقع، سنسورها یکی از نقاط کانونی اصلی تولیدکنندگان بوده‌اند که رقابت بالای مگاپیکسلی در اوایل دهه 2000 نشان می‌دهد. در حالی که در طول 10 سال گذشته تا حد زیادی کاهش یافته است، تمرکز زیادی روی عملکرد سنسور وجود دارد که نویز، محدوده دینامیکی و سرعت بازخوانی اهمیت فزاینده‌ای دارند. به عنوان مثال، زمانی که Nikon D800 عرضه شد، سنسور 36 مگاپیکسلی آن پیشگامانه بود. ورود اخیر Z9 شامل یک سنسور جدید 46 مگاپیکسلی است که با توجه به 10 سال گذشته، افزایش محدود مگاپیکسلی را نشان می دهد. با این حال، این دو سنسور از نظر نویز، محدوده دینامیکی و سرعت بازخوانی تفاوت زیادی دارند.

Z9 حسگر بسیار بهتری است که تصاویر تمیزتر را با دامنه دینامیکی گسترده‌تر تولید می‌کند و با سرعت‌های فوق‌العاده سریع روی کارت حافظه ثبت میکند. نویز و محدوده دینامیکی مستقیماً با تولید تصاویر تمیزتر و غنی‌تر مرتبط هستند، در حالی که سرعت بازخوانی نه تنها لحظه تعیین‌کننده، بلکه لحظه قطعی است.

شاید بزرگترین محرک این انقلاب در طراحی حسگرها، ویدئو بوده است. فشار بی وقفه برای ادغام ویدئو در دوربین های عکاسی – به ویژه توسط پاناسونیک – تمایل بازار به این قابلیت را برجسته کرده است. در حالی که هر دو نیکون (با دوربین D90) و کانن (با دوربین 5D Mark II) در ابتدای راه برای فروش ویدئو بودند، قابلیت‌های آن‌ها (و به‌ویژه نیکون) از رقبا عقب مانده‌اند و اخیراً واقعاً پیشرو در بازار بوده‌اند. با Z9، شایان ذکر است که مشخصات برجسته دوربین اساساً حول سنسور است. سرعت بازخوانی سریع به Z9 اجازه می‌دهد تا ۲۰ فریم در ثانیه به صورت خام برای بیش از ۱۰۰۰ عکس، تا ۳۰ فریم در ثانیه با JPEG، و ۱۲۰ فریم در ثانیه در ۱۱ مگاپیکسل، همه با فوکوس خودکار کامل، فیلم‌برداری کند. علاوه بر این، Z9 همچنین می‌تواند ویدیوهای 8k در 60p و 8k در 30p به مدت 125 دقیقه فیلمبرداری کند.

این به معنای کوچک جلوه دادن سایر عناصر طراحی دوربین نیست… متعادل کردن بارگذاری بارهای سطلی از داده های حسگر توسط پردازنده Expeed 7 و ریختن آن روی کارت های حافظه. یا IBIS و فوکوس خودکار و ردیابی سوژه را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید. با این حال این حسگر است که سرفصل ها را به خود اختصاص داده است. اما شاید نکته این باشد: سنسور پایه اصلی سیستم دوربین است و نه تنها برای ارائه بهترین خروجی ممکن برای بودجه معین، بلکه برای کار موثر در سیستم حسگر-لنز-بدنه طراحی شده است.

بنابراین آیا لازم است سنسورهای خود را بسازید؟

 

تولید سنسور و حسگر دوربین

نگاهی به بازار سنسور تصویر

در ابتدا، شایان ذکر است که تولید (یا ساخت حسگر تصویر) یک تجارت بسیار در حال گسترش، اما گران است. 1.5 میلیارد گوشی هوشمند فروخته شده در هر سال گواهی بر این امر است، اما سیستم‌های بینایی صنعتی در حوزه‌های رباتیک، خودروسازی، پزشکی و علم را به کار می‌گیرند و جای تعجب نیست که تقاضای جهانی در حال افزایش است.

در سال 2019، ارزش بازار 17.2 میلیارد دلار بود و تخمین زده می شود تا سال 2023 به 27 میلیارد دلار افزایش یابد. در واقع، به همین دلیل، در سال 2020 سامسونگ شروع به تبدیل خط تولید DRAM موجود به حسگرهای تصویر کرد. این یک گام غیرعادی نیست، زیرا حدود 80٪ از فرآیند تولید (و به همین ترتیب تجهیزات) یکسان است، اما همچنان به کاهش 815 میلیون دلاری نیاز داشت!

منصفانه است که بگوییم ورود به تجارت تولید برای بازیکنان کوچک باز نیست و در واقع تحت سلطه تعداد انگشت شماری است که شامل (در سال 2019): سونی (51%)، سامسونگ (21%)، OmniVision (7%)، در Semi (6%)، Canon (4%)، و Hynix (2%)، و 9% باقیمانده از چندین نفر دیگر تشکیل شده است.

وقتی صحبت از بازار گوشی های هوشمند می شود، ارقام مشابه هستند (در سال 2020): سونی (46٪)، سامسونگ (29٪) و OmniVision (10٪).

 

تولید سنسور و حسگر دوربین موبایل

 

اما در مورد سازندگان دوربین چطور؟ ساده ترین راه حل این است که یک محصول موجود را از قفسه خریداری کنید، که گزینه ای است که بسیاری از تولیدکنندگان برای مدل های خود انتخاب می کنند. شما می دانید که چه چیزی دریافت می کنید و دوربین خود را متناسب با مشخصات طراحی کنید و آن را به یک رویکرد اقتصادی تبدیل کنید. جنبه منفی دو جانبه است: شما نمی توانید حسگر را مطابق با مشخصات طراحی لنز و بدنه دوربین خود بهینه کنید، و توانایی محدودی برای ترکیب جدیدترین نوآوری های حسگر دارید.

این رویکرد تا حدودی شبیه به استفاده از تراشه های اینتل یا AMD در رایانه های شخصی است. شما مشخصات مورد نظر خود را انتخاب می کنید و یک سیستم پیرامون آن می سازید. اپل این را فرصتی برای متمایز شدن خود در بازار تشخیص داد و تراشه M1 را که توسط شرکت تولید نیمه هادی تایوان (TSMC) تولید می شود، توسعه داد.

جایگزینی برای طراحی و ساخت حسگرها

طراحی و ساخت حسگر خود – به ویژه برای مدل‌های پیشرفته – به وضوح سودمند است، اگرچه این باید با هزینه تولید سنسور سنجیده شود. به همین دلیل، سازندگان دو گزینه جایگزین دارند.

اولین مورد ارائه مشخصات و محدودیت‌های کلی است که سپس برای طرح‌های شخص ثالث تولید می‌شوند. این در واقع راهی است که Sony Semiconductor Solutions (یکی از شرکت‌های تابعه سونی) کار می‌کند، نه به عنوان یک ریخته‌گری که طرح‌هایی را که عرضه می‌شود (مانند Tower Semiconductor) تولید می‌کند. نیکون سابقه طولانی در استفاده از حسگرهای سونی دارد، اما برای به حداقل رساندن خطر اتکای بیش از حد به حسگرهای سونی، تا حد زیادی نسبت به تولیدکننده بی تفاوت است. در گذشته، برخی از سنسورهای خود را تولید می‌کرد، از جمله مدل‌های اولیه LBCAST، اگرچه به نظر می‌رسد که دیگر امکانات فوق‌العاده‌ای ندارد اما همچنان گروه طراحی حسگر گسترده‌ای را حفظ کرده است.

به طور مشابه، سیگما تولید حسگر Foveon را به Dongbu HiTek برون سپاری می کند، فوجی از ترکیبی از حسگرهای فوجی و توشیبا استفاده می کند، پاناسونیک دارای حسگرهایی از مشارکت با TowerJazz است، Olympus از طیف وسیعی از تولیدکنندگان استفاده می کند و Pentax عمدتاً با سونی است. این موضوع باعث می‌شود Canon اشاره کند که دوربین‌های EOS آن از سنسورهای Canon استفاده می‌کنند (اگرچه این نشان می‌دهد که مدل‌های دیگر ممکن است از سنسورهای خارج از قفسه استفاده کنند که در جاهای دیگر ساخته شده‌اند). با حدود 4 درصد از بازار حسگرها، تولید کننده نسبتاً کوچکی است، اگر مهم باشد. و مانند نیکون، سیستم های ساختی را نیز تولید می کند که توسط ریخته گری ها استفاده می شود.

عرضه R3 نشان می‌دهد که سنسورهای کانن در لبه‌های برتر باقی مانده‌اند و بازار رقابتی سه‌جانبه قدرتمندی را با نیکون و سونی نشان می‌دهند.

 

 

آیا تولیدکنندگان دوربین باید حسگرهای خود را بسازند؟

بنابراین آیا سازندگان دوربین نیاز به تولید سیلیکون دارند؟ شواهد قاطع این است که آنها این کار را نمی کنند، تنها سونی و کانن در این اردوگاه حضور دارند. با این حال، آنچه مهم است طراحی حسگرهای تصویر خود، به ویژه برای مدل‌های سطح بالا است. این تمایز بازار را از طریق توانایی نوآوری مستقیم در طراحی سنسور و همچنین ادغام آن با سیستم دوربین به عنوان یک کل ارائه می دهد، کاری که نیکون به طور کاملا مشهود انجام می دهد.

شاید کلمه کلیدی “ادغام” در اینجا باشد: با ظهور گوشی های هوشمند، کاربران انتظار دارند سیستم یکپارچه ای داشته باشد که برای تولید بهترین تصویر ممکن به طور کلی کار کند. سازندگان دوربین باید فراتر از بدنه و لنز دوربین کار کنند تا یک زنجیره پردازش داده از ثبت عکس گرفته تا یک تصویر پردازش شده ارائه کنند که به روشی که کاربر نهایی می‌خواهد ارائه شود. شاید درک این موضوع برای عکاسان سخت باشد، اما دوربین ممکن است در فرآیند عکاسی اتفاقی باشد. این همان کاری است که شما با تصویر خام انجام می دهید که بسیار مهم است و تولیدکنندگان دوربین تحت فشار فزاینده ای از جانب تلفن های هوشمند قرار می گیرند که به مراتب بهتر می توانند این انتظارات را مدیریت کنند.

آیا سنسور تصویر جزء تعیین کننده دوربین شده است؟ کاملاً ممکن است.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *