Canon Inc. đã công bố sản phẩm mới MS-500, camera ống kính rời có độ nhạy cực cao (ILC), đầu tiên trên thế giới có cảm biến hình ảnh SPAD Type 1. Cảm biến 3.2 MP hứa hẹn mang lại hiệu suất hoàn hảo trong điều kiện ánh sáng yếu, và đặc biệt, MS-500 hoạt động với các thấu kính phát sóng telephoto, cho phép giám sát từ xa.
Cảm biến 3.2 MP ở tâm của MS-500 được công bố lần đầu tiên vào năm 2021. Vào thời điểm đó, Canon đã phác thảo hiệu suất độc đáo của cảm biến SPAD (Single Photon Avalanche Diode) 13,2 mm x 9,9 mm và giải thích các trường hợp sử dụng để theo dõi tốc độ cao, chụp ảnh y tế , cảm biến cho xe tự hành, v.v.
Canon cũng cho hay:“nhờ độ phân giải tạm thời và độ nhạy cao, người ta kỳ vọng rằng công nghệ này có thể được sử dụng trong quá trình thu thập thông tin đặc biệt 3D tốc độ cao, độ chính xác cao cho các ứng dụng như đo khoảng cách cho xe tự động, Thực tế Tăng cường ( AR) - quá trình kết hợp các yếu tố kỹ thuật số tương tác với các chi tiết môi trường trong thế giới thực, Thực tế Ảo (VR) và Thực tế hỗn hợp (MR).”
Không giống như các cảm biến hình ảnh CMOS truyền thống, giống như các cảm biến được tìm thấy trong các mẫu máy ảnh DSLR của Canon và các mẫu ILC không gương lật, cảm biến SPAD đo từng hạt ánh sáng (photon) chạm tới từng pixel trên cảm biến hình ảnh. Ngược lại, cảm biến hình ảnh CMOS đo lượng ánh sáng đi tới một điểm ảnh trong một thời gian nhất định.
“Các cảm biến CMOS đọc ánh sáng dưới dạng tín hiệu điện bằng cách đo lượng ánh sáng tích tụ trong một pixel trong một khung thời gian nhất định, điều này khiến nhiễu có thể đi vào pixel cùng với các hạt ánh sáng (photon), do đó làm ô nhiễm thông tin nhận được. ”Canon giải thích.
Canon cho thấy các cấu trúc khác nhau của cảm biến hình ảnh CMOS và SPAD
Bên trái: cảm biến SPAD Loại 1 của Canon; Phải: máy ảnh MS-500
“Trong khi đó, các cảm biến SPAD đếm kỹ thuật số các hạt photon riêng lẻ, khiến nhiễu điện tử khó xâm nhập. Điều này giúp bạn có thể có được hình ảnh rõ nét,” Canon nói. Mỗi photon đi vào một pixel trên cảm biến SPAD ngay lập tức được chuyển thành điện tích. Các electron thu được cuối cùng sẽ nhân lên, giống như một trận tuyết lở, cho đến khi chúng tạo thành một điện tích tín hiệu đủ lớn để trích xuất.
Canon giải thích cảm biến SPAD mới phát triển của mình khác với các cảm biến SPAD thông thường: “Trong các cảm biến SPAD chiếu sáng ngược thông thường, chỉ có thể phát hiện các photon trong không gian được bao phủ bởi trường điện (trường độ nhạy), tạo ra một thách thức đòi hỏi phải thu nhỏ kích thước pixel và cũng như kết quả là độ nhạy bị hạ xuống. Với kiến trúc tích lũy điện áp độc quyền của cảm biến SPAD mới này, không gian trong trường độ nhạy sẽ bao phủ toàn bộ khu vực pixel, làm tăng lượng photon tiếp cận các pixel nhận ánh sáng. Điều này giúp hiệu suất sử dụng photon có thể đạt 100%, kể cả trong phạm vi cận hồng ngoại, với độ phân giải pixel là 6,39 μm, thực hiện cả khả năng thu nhỏ và độ nhạy cao.”
Đại diện của hãng cũng cho biết: “Với cảm biến CMOS, thường được sử dụng trong các máy ảnh kỹ thuật số hiện đại thông thường, mỗi pixel đo lượng ánh sáng chiếu tới pixel trong một thời gian nhất định.
“Tuy nhiên, kết quả đọc điện tích tích lũy chứa nhiễu điện tử, làm giảm chất lượng hình ảnh, do quá trình đo ánh sáng tích lũy. Điều này dẫn đến sự xuống cấp của hình ảnh thu được, đặc biệt khi được sử dụng trong môi trường ánh sáng yếu.”
Mặt khác, cảm biến SPAD sử dụng tính năng "đếm photon", cho phép cảm biến đếm từng photon đi vào từng pixel. Khi thậm chí một photon đi vào một pixel, nó ngay lập tức được khuếch đại khoảng một triệu lần và xuất ra dưới dạng tín hiệu điện. Mỗi photon có thể được đếm kỹ thuật số, cho phép “không có tiếng ồn trong quá trình đọc tín hiệu”, đây là một lợi thế độc đáo của cảm biến SPAD.
Cảm biến SPAD 3.2 MP có 2.1 MP hiệu quả, cho phép chụp ảnh Full HD đầy màu sắc.
Canon MS-500 hứa hẹn mang lại hình ảnh HD rõ nét, đầy đủ màu sắc “ngay cả trong môi trường ánh sáng cực yếu”. Khi được sử dụng cùng với ống kính phát sóng chụp ảnh từ xa của Canon, công ty tuyên bố rằng MS-500 có thể chụp chính xác các vật thể ở xa với độ chuẩn cực cao ngay cả trong điều kiện ánh sáng rất yếu — bao gồm cả cảnh ban đêm không có ánh sao xung quanh. Canon đề xuất khả năng giám sát cảng biển vào ban đêm như một trường hợp sử dụng khả thi cho máy ảnh MS-500 của mình.
Có thể chụp ảnh các đối tượng cách xa vài km, ngay cả trong bóng tối, mẫu Canon MS-500 mới này vẫn đang được phát triển, sẽ được trưng bày tại gian hàng của Canon trong Triển lãm NAB 2023.
Đây không phải là máy ảnh Cinema EOS, nhưng nó được thiết kế để sử dụng các thấu kính phát sóng có hiệu suất cao ở độ dài tiêu cự trong phạm vi chụp ảnh xa với cảm biến SPAD độc đáo, một sự kết hợp giúp MS-500 tiến xa hơn một bước so với các mẫu trước đây.
Canon đã công bố quá trình phát triển cái mà công ty nói là ILC có độ nhạy cực cao đầu tiên trên thế giới được trang bị cảm biến SPAD, hỗ trợ giám sát chính xác thông qua chụp ảnh màu sắc rõ nét đối tượng cách xa vài km, ngay cả trong bóng tối.
Canon MS-500 không được thiết kế cho các nhà quay phim mà dành cho các tác vụ giám sát. Ngày càng có nhiều nhu cầu về các hệ thống giám sát có độ chính xác cao để sử dụng trong các môi trường như biên giới quốc gia, cảng biển, sân bay, nhà ga, nhà máy điện và các cơ sở hạ tầng quan trọng khác, nhằm nhanh chóng xác định mục tiêu ngay cả trong các điều kiện bất lợi bao gồm cả bóng tối mà mắt người không thể nhìn thấy, và từ khoảng cách xa.
Công ty tin rằng do các đặc tính của cảm biến SPAD – đặc biệt là độ phân giải theo thời gian và độ nhạy cao – công nghệ này có thể được sử dụng trong quá trình thu thập thông tin đặc biệt 3D tốc độ cao, độ chính xác cao cho các ứng dụng như đo khoảng cách cho xe tự động, Thực tế tăng cường (AR), Thực tế ảo (VR) và Thực tế hỗn hợp (MR).
Trong tương lai, Canon sẽ tiếp tục theo đuổi R&D và tạo ra các sản phẩm có khả năng vượt qua giới hạn của mắt người, đồng thời đóng góp cho sự an toàn và an ninh của xã hội bằng cách tận dụng lịch sử lâu đời của các công nghệ hình ảnh toàn diện bao gồm quang học, cảm biến, xử lý hình ảnh và phân tích hình ảnh.
Dự kiến, Canon MS-500 ra mắt thị trường vào năm nay và sẽ được trưng bày tại gian hàng của Canon trong Triển lãm NAB 2023 ở Las Vegas cuối tháng này.
Image credit: Canon
Theo Provideocoalition/Petapixel