Görüntü Sensörleri: Kamera Endüstrisinin Ana Savaş Alanı

Kamera yapmak için silikon üretimi kesinlikle gerekli değildir – herkes bir iğne deliği modeli oluşturabilir – ancak daha geniş nokta daha uygundur. Rekabetçi, küresel bir üretici olmak için, aslında kamera gövdelerine giren görüntü sensörlerini yapmanız gerekiyor mu?

Kamera İmalatının Tarihçesi

Kamera imalat işinin kökenleri, mekanik harikalar yapan ve birleştiren hassas mühendislik sektöründedir. Bir Leica filmini elinde tutan – ve kullanan – herkes, onu kullanmanın saf kinestetik zevkine ve bir filmi yüklemenin, sarmanın ve bir çekim yapmanın neşesi ve güvencesine hayran kalacak.

Tabii ki, kamera gövdeleri denklemin sadece yarısı ve lensler diğer kilit unsuru oluşturuyor. Aslında lenslerin önemi yadsınamaz ve Leica’nın, Nikon ve Canon gibilerinin başarısının nedenlerinden biridir. Kamera yapanlar genellikle lens üreticilerini (Bronica gibi) satın alırken, optik ve ardından lensleri yapanlar kamera üreticileri (Minolta gibi) haline geldiler.

Kameralar ve lensler simbiyotik olarak birleştirilmiştir ve şüphesiz seçkin lens üreticileri (Zeiss ve Sigma gibi) olsa da, kameranın özelliklerinden en iyi şekilde yararlanmak için kendi marka lensleri en iyi şekilde yerleştirilir.

Üreticilerin kontrol edemediği şey, kameraya yerleştirilen filmdi; bu fotoğrafçının teknik ve estetik bir seçimiydi ve elde etmeye çalıştıkları şeye bağlıydı. Olumlu, olumsuz, siyah beyaz, renkli, hızlı veya yavaş… hepsi, istenen ve film üreticisinin kimyasal sihirbazlığına dayanan nihai “görünümü” belirleyen seçimlerdi.

Filmden Dijitale Geçiş

Dijitale geçiş, üretici ve fotoğrafçı arasındaki, “görünüşün”, ister kamera içi ister daha sonra prodüksiyon sonrası olsun, işlem sonrası alanına indirgendiği ilişkiyi tamamen değiştirdi. Sensör artık , teknik özellikleri kameranın genel performansı için kritik olan entegre bir unsurdur.

Aslında, sensörler, 2000’lerin başındaki megapiksel uzay yarışının kanıtladığı gibi, üreticiler için birincil odak noktalarından biri olmuştur. Bu, son 10 yılda büyük ölçüde azalmış olsa da, gürültü, dinamik aralık ve okuma hızının giderek daha önemli hale gelmesiyle birlikte sensör performansına çok fazla odaklanılıyor.

Örneğin, Nikon D800 piyasaya sürüldüğünde 36 megapiksel sensör çığır açıcıydı; Z9’un yakın zamanda piyasaya çıkması, aradan geçen 10 yıl göz önüne alındığında sınırlı bir megapiksel artışı temsil eden yeni bir 46 megapiksel sensör içeriyor. Yine de iki sensör gürültü, dinamik aralık ve tüm kazanımların elde edildiği okuma hızı açısından bundan daha farklı olamazdı.

Z9, hafıza kartına inanılmaz yüksek hızlarda yazılmış, daha geniş bir dinamik aralığa sahip daha temiz görüntüler üreten çok daha iyi bir sensördür. Gürültü ve dinamik aralık, daha temiz ve daha zengin görünen görüntüler üretmekle doğrudan bağlantılıyken, okuma hızı yalnızca belirleyici anı değil, aynı zamanda kesin anı yakalamakla da ilgilidir .

Yine de sensör tasarımındaki bu devrimin belki de en büyük itici gücü video olmuştur. Videoyu fotoğraf kameralarıyla birleştirmeye yönelik amansız baskı – özellikle Panasonic tarafından yönetilen – bu işlevsellik için pazarın arzusunu vurguladı. Hem Nikon (D90 ile) hem de Canon (5D Mark II ile) video ile pazarlamak için erken olsa da, yetenekleri (ve özellikle Nikon’un) rekabetin gerisinde kaldı ve ancak son zamanlarda gerçekten pazar lideri oldular.

Z9 ile, kameranın manşetleri kaplayan özelliklerinin temel olarak sensöre dayandığını belirtmekte fayda var. Hızlı okuma hızı, Z9’un 1000’den fazla görüntü için ham olarak 20 fps, JPEG’lerle 30 fps’ye kadar ve 11 megapikselde 120 fps’ye kadar tam otomatik odaklama ile çekim yapmasına olanak tanır. Üstelik Z9, 125 dakika boyunca 60p’de 8k ve 30p’de 8k video çekebiliyor.

Bu, kamera tasarımının diğer unsurlarını küçümsemek için değil… Expeed 7 işlemcisi tarafından bir dizi sensör verisinin boşaltılması ve hafıza kartlarına yüklenmesi dengeleniyor. Veya IBIS ve önemli ölçüde geliştirilmiş otomatik odaklama ve konu izleme. Yine de manşetleri toplayan sensör. Ama belki de mesele şudur: sensör, kamera sisteminin temel taşıdır ve yalnızca verilen bütçe için mümkün olan en iyi çıktıyı sağlamak için değil, aynı zamanda sensör-mercek-gövde sisteminde etkin bir şekilde çalışmak üzere tasarlanmıştır.

Peki kendi sensörlerinizi üretmeniz gerekli mi?

Görüntü Sensörü Pazarına Bir Bakış

İlk olarak, görüntü sensörü imalatının (veya imalatının) çok genişleyen ama pahalı bir iş olduğunu söylemeye değer. Her yıl satılan 1,5 milyar akıllı telefon bunun kanıtıdır, ancak daha sonra robotik, otomotiv, tıp ve bilim alanlarında endüstriyel görüş sistemlerini devreye sokar ve küresel talebin artması şaşırtıcı değildir.

2019’da pazar 17.2 milyar dolar değerindeydi ve 2023 yılına kadar 27 milyar dolara ulaşacağı tahmin ediliyor. Aslında bu nedenle, 2020’de Samsung mevcut bir DRAM üretim hattını görüntü sensörlerine dönüştürmeye başladı. Üretim sürecinin (ve dolayısıyla ekipmanın) yaklaşık %80’i aynı olduğu için bu alışılmadık bir adım değil, ancak yine de 815 milyon dolarlık bir zarar yazması gerekecekti!

İmalat işine girmenin küçük oyunculara açık olmadığını ve aslında ( 2019’da ): Sony (%51), Samsung (%21), OmniVision (%7), Semi (%6), Canon (%4) ve Hynix’te (%2), kalan %9’u diğer birkaç kişiden oluşuyor.

Sadece akıllı telefon pazarına gelince, rakamlar benzer (2020’de) : Sony (%46), Samsung (%29) ve OmniVision (%10).

Peki ya kamera üreticileri? En basit çözüm, birçok üreticinin modelleri için tercih ettiği seçenek olan mevcut bir ürünü hazır satın almaktır. Ne elde ettiğinizi bilirsiniz ve kameranızı teknik özelliklere uyacak şekilde tasarlarsınız, bu da onu ekonomik bir yaklaşım haline getirir. Dezavantajı iki yönlüdür: sensörü lens ve kamera gövdesi tasarım özelliklerine göre optimize edemezsiniz ve en son sensör yeniliklerini dahil etme konusunda sınırlı yeteneğiniz vardır.

Bu yaklaşım, bilgisayarlarda Intel veya AMD yongaları kullanmaya biraz benzer; İstediğiniz özelliği seçiyorsunuz ve ona göre bir sistem kuruyorsunuz. Apple bunu pazarda kendini farklılaştırmak için bir fırsat olarak değerlendirdi ve Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) tarafından üretilen M1 yongasını geliştirdi .

Sensör Tasarlama ve İmalatına Alternatifler

Kendi sensörünüzü tasarlamak ve üretmek – özellikle üst düzey modeller için – açıkça faydalıdır, ancak bunun sensör üretiminin maliyetine karşı tartılması gerekir. Bu nedenle üreticilerin iki alternatif seçeneği bulunmaktadır.

Birincisi, daha sonra üçüncü şahıs tasarımlarına üretilen genel özellikleri ve kısıtlamaları sağlamaktır. Aslında bu, tedarik edilen bir tasarıma (Kule Semiconductor gibi) üretim yapan bir dökümhane olarak değil, Sony Semiconductor Solutions’ın (Sony’nin bir yan kuruluşu) çalışma şeklidir. Nikon, Sony sensörleri kullanma konusunda uzun bir geçmişe sahiptir, ancak bir sensöre çok fazla güvenme riskini en aza indirmek için üretici konusunda büyük ölçüde agnostiktir. Geçmişte, eski LBCAST modelleri de dahil olmak üzere kendi sensörlerinden bazılarını üretti, ancak artık mükemmel bir tesisi yok gibi görünse de, yine de kapsamlı bir sensör tasarım grubunu elinde tutuyor . 

Benzer şekilde, Sigma Foveon sensör üretimini Dongbu HiTek’e yaptırıyor, Fuji Fuji ve Toshiba sensörlerinin bir karışımını kullanıyor, Panasonic’in TowerJazz ile ortaklığından sensörleri var, Olympus bir dizi üretici kullanıyor ve Pentax esas olarak Sony ile çalışıyor.

Bu, Canon’u, EOS kameralarının Canon sensörlerini kullandığını belirten bir noktaya getiriyor (ancak bu, diğer modellerin başka yerlerde üretilen hazır sensörleri kullanabileceğini gösteriyor). Sensör pazarının yaklaşık %4’ü ile önemliyse de nispeten küçük bir üreticidir. Ve Nikon gibi, dökümhanelerin kullandığı fabrikasyon sistemleri de üretiyor.

R3’ün piyasaya sürülmesi, Canon sensörlerinin son teknolojide kaldığını ve Nikon ve Sony ile güçlü bir üç yönlü rekabet piyasası sergilediğini gösteriyor.

Devamını okuyun : Canon EOS R3

Kamera Üreticileri Sensörlerini Yapmalı mı?

Peki kamera üreticilerinin silikon üretmesi gerekiyor mu? Ezici kanıt, bu kampta yalnızca Sony ve Canon’la birlikte olmadıklarıdır. Ancak kritik olan , özellikle üst düzey modeller için kendi görüntü sensörlerinizi tasarlamaktır . Bu, Nikon’un oldukça gözle görülür bir şekilde yaptığını gördüğümüz bir şeyi bir bütün olarak kamera sistemine entegre ederken aynı zamanda sensör tasarımında doğrudan yenilik yapma yeteneği aracılığıyla pazar farklılaşması sunar.

Belki de buradaki anahtar kelime “entegrasyon”: akıllı telefonun ortaya çıkmasıyla birlikte, kullanıcılar mümkün olan en iyi görüntüyü üretmek için bütünsel olarak çalışan entegre bir sistem bekliyorlar . Kamera üreticileri, fotoğraf çekmeden son kullanıcının istediği şekilde teslim edilen işlenmiş bir görüntüye kadar bir veri işleme zinciri sağlamak için kamera gövdesi ve merceğin ötesinde çalışmak zorundadır.

Fotoğrafçılar için bunu anlamak zor olabilir, ancak fotoğraf makinesi fotoğrafik süreçte tesadüfi hale gelmiş olabilir. O zaman kritik olan ham görüntüye yaptığınız şeydir ve kamera üreticileri, bu beklentileri çok daha iyi yönetebilen akıllı telefonların artan baskısı altına giriyor.

Görüntü sensörü kameranın belirleyici bileşeni mi oldu? Büyük ihtimalle öyle.