Sony: Dreilagiger CMOS-Sensor für Full-HD-Zeitlupe mit 1.000 FPS
Im Rahmen der International Solid State Circuits Conference (ISSCC) hat Sony die Entwicklung eines neuen CMOS-Sensors für Smartphones angekündigt, der dank DRAM-Zwischenspeicher Daten schneller verarbeiten kann. Das ermöglicht unter anderem Ultra-HD-Video mit 60 FPS oder Full-HD-Zeitlupe mit 1.000 FPS.
DRAM als Zwischenebene
Sony hat in San Francisco erstmals öffentlich Details zu einem dreilagigen CMOS-Sensor für Smartphones bekannt gegeben, der sich derzeit in der Entwicklung befindet. Im Unterschied zu einem klassisch aufgebauten zweilagigen Sensor setzt Sony eine DRAM-Ebene zwischen Pixelfläche und Schaltkreisen ein, die als Puffer dient. Dieser neuartige Aufbau ermöglicht laut Sony ein sehr schnelles Auslesen der Daten.
-
Vergleich zwischen klassischem Aufbau (links) und mit DRAM-Ebene (Bild: Sony)
Im Detail erklärt Sony, dass das schnellere Auslesen der Daten durch eine vier- statt bisher zweistufige Konstruktion des Digital-Analog-Wandlers erreicht wird. Aufgrund innerhalb der MIPI Alliance beschlossener Standards für Mobilgeräte gibt es Beschränkungen bei der Auslesegeschwindigkeit vom Bildsensor an andere Schaltkreise, die Sony mit der DRAM-Ebene aber temporär umgehen kann und sich dennoch an den standardisierten Output von 2,2 oder 2,0 Gbit/s pro Lane hält.
Rolling-Shutter-Effekt minimieren
Zwei der wichtigsten neuen Funktionen des Sensor sind die schnelle Aufnahme von Standbildern und extrem langsame Zeitlupen, die bisher nicht mit Smartphone-Kameras möglich sind. Ein Bild mit 19,3 Megapixel soll der Sensor in 1/120 Sekunde auslesen können. Das sei unter denselben Bedingungen geschossen viermal so schnell wie mit dem im Februar des letzten Jahres angekündigten Exmor-RS-Sensor IMX318, der 1/30 Sekunde benötigt. Weil die einzelnen Zeilen des Sensors so viel schneller ausgelesen werden, komme es auch viel weniger stark zum Rolling-Shutter-Effekt, der zu einer Verzerrung von sich schnell bewegenden Objekten führen kann.
Zeitlupe mit bis zu 1.000 FPS
Zeitlupenaufnahmen können mit dem neuen Sensor mit bis zu 1.000 Bildern pro Sekunde bei Full-HD-Auflösung angefertigt werden. In Sonys Videobeispiel sind es 960 FPS. In Full HD mit 1.920 × 1.080 Bildpunkten sind mit heutigen High-End-Smartphones maximal 120 FPS möglich. Für 240 FPS muss die Auflösung auf 720p reduziert werden.
Die High-Speed-Aufnahme wird zunächst im DRAM gespeichert und anschließend an den Bildprozessor (ISP) weitergegeben, eine Aufnahme mit normaler Geschwindigkeit kann den DRAM umgehen und direkt im ISP verarbeitet werden. Das soll Videos ermöglichen, die beide Aufnahmemodi nahtlos miteinander vereinen. Der Sensor könne schnelle Objekte selbst erkennen und automatisch die Zeitlupe über den DRAM zuschalten, erklärt Sony. Veränderungen am ISP seien dafür nicht notwendig.
Ultra HD mit 60 FPS
Aus dem Datenblatt geht außerdem noch hervor, dass damit auch Videoaufnahmen in Ultra HD (3.840 × 2.160) mit 60 FPS möglich sind. 240 FPS sind in Full HD oder 720p möglich. Der Sensor hat eine Größe von 1/2.6 Zoll und arbeitet mit effektiv 21,2 Megapixel. Davon können für Fotos im 4:3-Format 19,3 Megapixel und im 16:9-Format 17,1 Megapixel verwendet werden. Der DRAM hat eine Kapazität von 1 GBit, also 125 MByte.
Zur ersten öffentlichen Vorstellung des Sensors hat Sony nicht bekannt gegeben, wann mit der Serienreife und dem Einsatz in ersten Smartphones gerechnet wird.
Fabian und 
Jan-Frederik