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Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von slashCAM » So 21 Jan, 2018 16:54


Wer aufgrund der Überschrift erst einmal die Hände über dem Kopf zusammenschlägt, sollte trotzdem weiterlesen. Denn hinter dem Prototypen des Quanta Image Sensor steckt d...
Bild
Hier geht es zur Newsmeldung auf den slashCAM Magazin-Seiten:
Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?




WoWu
Beiträge: 14638

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von WoWu » So 21 Jan, 2018 18:30

Das ist aber jetzt nicht korrekt beschrieben denn es sind nicht Gigapixels sondern Gigajots.
Man kann das ja schnell mal umrechnen...
Um einen herkömmlichen 5,5 MPix Sensor zu zubstituieren braucht man ..
1Pixel = 4.225Jots

 6500 nm pixel pitch
 Ungefähr 100 nm jot pitch, oder 65x65 jots pro pixel
 Bei einer Sättigung von 4,225 electrons
 Für FullWell von 31,700, benötigt man 8 davon = 33,800
 Jot field rate ist 8x pixel frame rate = 240 fps.
 Pixels 2,560 (horizontal x 2,160 vertikal = 5.5 Mpixels x 65H x 65V
 Jots 166.400H x 140.400V = 23.4 Gjots 
23.4 Gjots x 8 x 30fps = 5.6 Tb/s

Das wird wohl noch eine Weile dauern, bis das in Consumerkameras landet.
Dazu kommt noch, dass die eigentliche Bildgestehung erst im Prozess entsteht.
Vorteil oder Nachteil, je nachdem wie man es sieht ... sind messerscharfe Bilder bis an den letzten Punkt des Horizontes.
Verblüffend sind die Resultate allerdings, das muss man sagen, aber ob sie mehr als wissenschaftlichen Wert haben, wenn man auf 10km noch die Autonummer erkennt, weiß ich nicht.

Hier mal ein Beispiel
Gute Grüße, Wolfgang

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Da Klausi
Beiträge: 47

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Da Klausi » So 21 Jan, 2018 21:05

Vimeo video ...unglaublich... :-O




WoWu
Beiträge: 14638

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von WoWu » So 21 Jan, 2018 21:09

Und das ist schon 8 Jahre her.
Da hat die Videowelt gerade den Übergang von CCD zu CMOS vollzogen.


Edit:
Keine Ahnung, warum das Bild dreimal kommt ...
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Roland Schulz
Beiträge: 2993

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Roland Schulz » So 21 Jan, 2018 22:43

...heute ist „...4K nicht möglich“ und für morgen abstrahieren wir hier Gigapixelauflösung - ein brachialer Sinneswandel der hier dargelegt wird... na ja, Einsicht ist der beste Weg...


Die abgeleitete Bandbreite ist durchaus realistisch wenn auch so wie dargestellt technisch fragwürdig betrachtet.
Die ~700GByte/s werden möglich, PCI-E 5.0 wird auf einer Platine (u.A. „lange“ Signalwege) über Steckverbinder (!!) >63GByte/s realisieren - auf kurzen Strecken zwischen Sensor und SoC wäre Faktor ~12 durchaus realistisch - nur wird das aus Effizienzgründen ganz schnell auf dem Sensor selbst umgesetzt werden wenn sowas tatsächlich serienreif werden würde (vgl. Amplifiying, später ADC und adaptive NR...).
Am Ende wird man dort je nach gewünschtem Format „gewöhnliche“ RAW Daten auslesen.
Nur so macht das technisch und wirtschaftlich Sinn, durch Stacking auch durchaus herstellbar, zudem auch für höhere Auflösungen skalierbar.
„Ich glaube“ allerdings dass wir vor dieser Technik eher andere Weiterentwicklungen mit Optimierungen der bestehenden Technik finden werden (tunneled sensel...) - die Physik „dehnt“ der Quanta Sensor auch nicht ...




WoWu
Beiträge: 14638

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von WoWu » So 21 Jan, 2018 22:53

Du kannst auch nur so einen Quatsch reden, weil Du einfach einfach nicht verstehst, wie es funktioniert.
Gute Grüße, Wolfgang

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Roland Schulz
Beiträge: 2993

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Roland Schulz » So 21 Jan, 2018 23:05

WauWau ist wieder da - bellt aber nur, zum beissen reicht‘s am Ende nicht...
Denke sollte klar sein dass mir das nach der letzten Schwanzeinziehnummer einfach zu blöd wird - auf Augenhöhe gerne, das klappt aber anscheinend nicht.




WoWu
Beiträge: 14638

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von WoWu » So 21 Jan, 2018 23:07

Ja ja... schon klar.
Gute Grüße, Wolfgang

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Roland Schulz
Beiträge: 2993

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Roland Schulz » So 21 Jan, 2018 23:13

P.S.: das beliebte „Forum-Streitthema“ (diplomatisch hatten wir hier eine „Diskussion“ ;-)! ) war nicht mehr 4K/8bit wird zu 2K/10bit (was grundsätzlich falsch ist da max. an Luma-Kantenübergängen eine schwächende Interpolation durchgeführt werden kann),
sondern der mathematisch recht einfach greifbare Zusammenhang „4:2:0 UHD wird zu 4:4:4 FHD“ - wozu es tatsächlich sogar doch eine praktische Anwendung gibt, auch wenn wir mit denen die das so nachvollziehen können lange danach geforscht haben.




Xergon
Beiträge: 206

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Xergon » Mo 22 Jan, 2018 11:11

Hallo WoWu,

hier nochmal dein Beispiel ein wenig anders berechnet, im Prinzip mit gleichem Ergebnis, allerdings ist der Sensor hier als Minitatorsensor für Smartphones ausgelegt, daher nicht mit 23Gjots sondern mit 5.5MJots

-> 5.5Mpixel Sensor mit 60Hz 14bit Auslesung soll ersetzt werden durch einen QIS. Alternativ ein Sensor mit 240Hz und 12bit Auslesung, ergibt die gleichen Zahlen

Für 5.5 Millionen Bildpunkte sind 5.5 Millionen Jots notwendig, welche pro 1/60 Sekunde für 14bit 16384 mal ausgelesen werden.
Fullwell ist dann mit 16384 Elektronen pro Frame natürlich niedriger als bei einem normalen Sensor, aber wenn das Rauschen dafür gegen null tendiert... warum nicht. Hab zum Rauschen leider keine Aussagen gefunden auf der verlinkten Seite. Jemand anderes?

Auslesefrequenz der Jots wäre also 60 * 16384 = 983040Hz.

Ergibt 983040 x 5.5Millionen bits pro Sekunden = 629,4 GByte/s = 5,035 Tb/s.

Falls 8bit Auslesung genügt landet man bei 629.4GB/s / 64 = 9.8GB/s.

Klingt machbar, auch in einem Smartphone. Kann man für so einen kleinen Sensor eine vernünftige Optik fabrizieren?

Er wäre ja schon sehr, sehr winzig. Breite ca. 0.3mm :-D




Jott
Beiträge: 14154

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Jott » Mo 22 Jan, 2018 13:01

WoWu hat geschrieben:
So 21 Jan, 2018 18:30
Verblüffend sind die Resultate allerdings, das muss man sagen, aber ob sie mehr als wissenschaftlichen Wert haben, wenn man auf 10km noch die Autonummer erkennt, weiß ich nicht.

Hier mal ein Beispiel

Das Beispiel hat absolut nichts mit dem Thema zu tun. „Gigavision“ time lapse ist völlig frei von Raketentechnik:

„Gigavision uses a computer-controlled 15 megapixel DSLR camera and 200mm lens to capture up to 300 images an hour over a 200° field of view for a total resolution per panorama of more than three billion pixels.“

Außerdem ist der besprochene Sensor s/w, es kann keine farbigen Testaufnahmen geben.




WoWu
Beiträge: 14638

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von WoWu » Mo 22 Jan, 2018 13:52

@Xergon

Ich hatte das Konzept so verstanden, dass herkömmliche Abmessungen von Sensorpixels durch Jods ersetzt werden.
Dann kämen pro Pixel 4225 Jods zum Einsatz und eine entsprechende Sensorgrösse.
Geht aber natürlich auch anders.
Zum Thema Rauschen...

„The best measured device (the “golden jot”) showed conversion gain after the in-pixel SF of 423μV/e-, and read noise as low as 0.22e- r.m.s. at room temperature with a single CDS readout. Dark current is less than approximately 0.1e-/s at room temperature in the 1.4μm pitch devices.“

Was die Optik betrifft, bin ich mir nicht ganz sicher, ob man überhaupt noch eine Optik (im konventionellen Verständnis) braucht. (??)
Vielleicht hat Rudi dazu genauere Informatuonen ?

@Jott
„After the QIS concept was introduced in 2005, the concept was applied for use with single-photon avalanche detectors (SPADs) by the group at the University of Edinburgh [27–30] as published starting in 2014 as part of their SPAD research program. Other work on SPADs published in 2005 shows concurrent conception of some of the same ideas [31], and in 2009 a “gigavision camera” using binary pixels was proposed by researchers from École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) “

http://www.gigavision.net
https://actu.epfl.ch/news/the-gigavisio ... project-2/

Recently we have proposed a new image device called the gigavision camera. The main feature of this camera is that the pixels have a binary response. The response func- tion of a gigavision sensor is non-linear and similar to a logarithmic function, which makes the camera suitable for high dynamic range imaging. Since the sensor can detect a single photon, the camera is very sensitive and can be used for night vision and astronomical imaging.
One important aspect of the gigavision camera is how to estimate the light intensity through binary observations. We model the light intensity field as 2D piecewise con- stant and use Maximum Penalized Likelihood Estimation (MPLE) to recover it. Dynamic programming is used to solve the optimization problem. Due to the complex com- putation of dynamic programming, greedy algorithm and pruning quadtrees are proposed. They show acceptable re- construction performance with low computational complex- ity. Experimental results with synthesized images and real images taken by a single-photon avalanche diode (SPAD) camera are given.„


„Außerdem ist der besprochene Sensor s/w, es kann keine farbigen Testaufnahmen geben.“

Jeder Sensor ist s/w und kann keine farbigen Aufnahmen machen.
Gute Grüße, Wolfgang

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Jott
Beiträge: 14154

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von Jott » Mo 22 Jan, 2018 14:35

Da scheinen verschiedene Leute den Begriff "Gigavision" zu verwenden.

Von denen stammt das Time Lapse-Video, ist jedenfalls etwas völlig anderes (normale DSLR, Stitching):
https://timescience.wordpress.com/proje ... ra-system/
Hierhin gehört auch dein erster Link: http://www.gigavision.net


Natürlich ist jeder Sensor erst mal s/w, aber liest man nach bei den QIS-Texten, haben sie noch nicht geknackt, wie es irgendwann mal farbig werden soll. Folglich kann es auch keine farbigen Demoaufnahmen geben.




WoWu
Beiträge: 14638

Re: Quanta Image Sensor - Auf dem Weg zum Gigapixel-Sensor?

Beitrag von WoWu » Mo 22 Jan, 2018 16:36

@Rudi

"Offen bleibt noch, ob sich auch Farbfilter vor Jots denkbar sind, bzw. überhaupt Sinn machen."

Wenn ich mir das Cine-Sensor Projekt einmal anschaue, in dem quasi die im Film vorkommenden Kristalle durch JOTs ersetzt werden, wird der Substanz-Diffractions Limit - Effect genutzt.
Das bedeutet, dass JOTs nach variablen Bedingungen einer Diffraktion angepasst werden können (gebinnt und sobald ein Photon in dem Bin auftrifft, gelten alle Jots als belichtet). In Bezug (nicht nur) auf die Farbe würde das bedeuten, dass Farbe analog zu den heutigen (Farb)bildsensoren gehandhabt wird. Jots könnten mit Farbfiltern bedeckt sein. Rote (R), grüne (G) und blaue (B) Punkte können separat behandelt werden und später werden die digital entwickelten Bilder zu einem herkömmlichen RGB-Bild kombiniert. R-, G- und B-Punkte müssen nicht mit derselben räumlichen Frequenz erscheinen, und da die geringen Jot-Pitch zu einer Unschärfe aufgrund von Beugungseffekten führt, ist kein Farbaliasing zu erwarten.
Wie beim Film kann dieses jotbasierte System logarithmische Belichtungseigenschaften aufweist, da die Physik und Mathematik nominell identisch mit Film ist.
Das heißt, der dynamische Bereich groß ist und die Belichtungseigenschaften für fotografische Zwecke direkt geeignet sind.
Insofern unterscheidet sich ein solches System zwar in der Signalgewinnung, und Handhabung, nicht aber in den optischen Grundvoraussetzungen und der nachgelagerten Übertragung.
Die Analogie JOT basierter Systeme ist nicht so abweichend von dem, was im analogen Film vonstatten ging. Insofern verbessert so ein Sensor zwar eine ganze Menge, löst aber noch nicht alle Probleme.
So ein Konzept würde übrigens auch die Objektivfrage klären.
Ein Konzept in dem ein Linsenarray benutzt wird, wäre im Prinzip dann nur noch eine andere Linsenart und würde zu andern optischen Ergebnissen führen.
Übrigens dürften auch Abberationseffekte sich in Luft in einem JOT basierten System auflösen.
Gute Grüße, Wolfgang

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