Jump to content

Lasciate un commento

Commenti e feedback sono fondamentali per indirizzare la redazione nella stesura degli articoli.
Lasciare un commento significa lasciare un segno del vostro passaggio, è un gesto nei confronti dell'autore, un segnale utile per gli articoli successivi.
Noi decidiamo le linee editoriali di Nikonland anche in base ai vostri commenti e feedback.
Non fate mancare il vostro apporto !

M&M M&M
  • M&M
    M&M

    Il sensore d'immagine stacked pensando alle future Nikon Z professionali

    Qualcuno leggendo questo articolo dirà : che barba, ne abbiamo le tasche piene di questi argomenti tecnici, preferiamo prove di obiettivi provati all'aria aperta.
    Piacerebbe anche a me ma conoscere almeno superficialmente questi discorsi ci permette di capire dove si sta muovendo l'industria fotografica e come si differenzieranno le fotocamere prossime venture. Insomma, se vi stiamo annoiando potete semplicemente saltare questi articoli e tornare quando troverete che le nuove Nikon Z montano un sensore di tipo stacked chiedendovi quando vi siete persi le puntate precedenti :)

    ***

    Occorre fare qualche passo indietro alle puntate di questa telenovela trasmesse da Nikonland.it la scorsa settimana. Le trovate online e non dovete pagare il canone.

    Venerdì scorso in una lunga intervista rilasciata a Dpreview.com, il manager di Nikon Imaging ha anticipato che entro la fine dell'anno uscirà una Nikon Z di fascia alta che grazie ad un sensore di tipo stacked di nuova generazione punta a sorpassare l'ammiraglia Nikon D6. (Parla il capo di Nikon Imaging : sta arrivando una Z di fascia alta)

    Abbiamo ribadito recentemente come Nikon abbia ampie conoscenze nel campo della progettazione dei sensori. Anzi, il suo reparto dedicato lavora da circa 30 anni (Nikon, i sensori, l'industria giapponese) e non solo, Nikon è uno dei tre principali produttori al mondo delle macchine per la stampa dei microchip in generale, e dei sensori fotografici, avendo tra i suoi clienti società come Sony Semiconductor, Samsung e Intel giusto per nominarne tre noti a tutti.
    Nikon è tra le poche società al mondo in grado di disegnare, sviluppare e prototipare un sensore di immagine. Poi non lo produce in se perchè le fabbriche dei semiconduttori necessitano di investimenti che vanno oltre la dimensione di Nikon. Ma questo non le impedisce di essere autonoma in questo campo, esattamente come lo sono Sony Imagine e Canon (e a differenza degli altri produttori di fotocamere come Fujifilm, Olympus e Pentax che i sensori invece se li comprano già fatti).

    Nikon nell'ultimo triennio ha aumentato di molto la spesa per ricerca e sviluppo, tanto che nell'ultimo bilancio evidenzia una percentuale rispetto al fatturato di spese per la ricerca che è doppia rispetto ad altre società del suo sensore.

    Questa ricerca va in direzione dei campi di applicazione del futuro, tanto che a metà febbraio è stato annunciato da Nikon un sensore con caratteristiche molto avanzate che si pensava fossero solo alla portata di società con un budget più elevato, come Sony Semiconductor (Nuovo sensore Nikon da 1 pollice, stacked da 1000 fps e 134 db di dinamica)

    Questo sensore - pur di piccolo formato e probabilmente più indicato per applicazioni di tipo industriale (Nikon è anche tra le principali società attive nel campo della misurazione e scansione 3D a livello industriale con dispositivi di precisione per misurare anche lastre di metallo di 50 metri di lunghezza per l'industria aerospaziale) - anticipa tecnologie che portate in campo fotografico sarebbero rivoluzionarie.

    Si tratta di un sensore di tipo stacked, cioé con strati di differente specializzazione impilati uno sull'altro in un unico pacchetto completo di fotositi, memoria ed elettronica di controllo e conversione analogico-digitale.
    Un sensore dello stesso tipo di quelli che consentono a Sony Imaging il primato con le sue fotocamere di punta Alpha 9 e la nuovissima Alpha 1.

    In cosa differisce un sensore stacked rispetto ad uno di tipo normale, tipo un CMOS BSI ?

    Sostanzialmente la presenza di uno strato di piste elettroniche sito tra i fotodiodi e l'elettronica di collegamento.

    iedm-2017-sony-stack.thumb.png.d0df07de573c13d60d820b0df21ed104.png

    questo è un sensore Sony del tipo di quello montato sulla Alpha 9.
    Tra i pixel sul primo strato e la logica sottostante, c'è la memoria (DRAM) tampone.
    I tre strati sono prodotti con una densità differente per microlitografia e poi fisicamente sovrapposti e collegati.

    Il processo richiede maggiore precisione, tempi superiori, più energia e naturalmente comporta più scarto di sensori difettosi.

    Ma produce dispositivi più integrati rispetto a quelli normali che equipaggiano al momento tutte le fotocamere Nikon, Canon, Fujifilm, Panasonic, Leica, etc. etc.

    La presenza dello strato di memoria intermedia, permette a convertitori analogico-digitali e a processori più potenti di leggere i dati del sensore con maggiore velocità.

    sonysensor2.jpg.e1f482a1cd37c95eff69b59b77f2703b.jpg

    sempre dalla letteratura Sony, il raffronto tra un sensore CMOS tradizionale e uno di tipo stacked

    Samsung_Sensor_2.thumb.jpg.de3f17c9e669b143611d18f6aae7f6ba.jpg

    qui abbiamo il dettaglio di un sensore Samsung da smartphone, prodotto con la medesima logica, certamente di dimensioni inferiori (ma con tecnologia più avanzata e piste ravvicinatissime)

    02_cmos_02.jpg.4475e9291af06444d435555583b9d8f4.jpg.20970103d3afc37f2c886813c6f6d2fa.jpg

    questo è lo schema del nuovo sensore Nikon presentato nei giorni scorsi

    che ha una concezione ancora più avveniristica

    02_cmos_05.jpg.db17ced636567dd36a382d1acd504213.jpg.24ab52134ba6f0cd6d23c2290aab40a7.jpg

    e velocità e densità di stampa ancora più elevate del normale.

     

    Ma, la domanda sorge spontanea, a cosa serve tutta questa velocità in un sensore ?

     

    Devo purtroppo rimandare ad un altro nostro recente articolo che illustra le differenze di funzionamento tra sensori meccanici ed elettronici e sensori di tipo rolling shutter e global shutter (L'otturatore : meccanico ed elettronico (rolling shutter, global shutter)

    Senza farla troppo lunga (se volete leggere o rileggere quell'articolo forse sarà ancora più chiaro) i sensori attuali usati nelle nostre fotocamere sono di tipo rolling shutter che letteralmente significa che vengono letti a strisce dall'alto verso il basso in un processo che simula il movimento delle tendine dell'otturatore meccanico.
    La velocità di lettura è di fatto la scansione del sensore.
    Le informazioni di ogni striscia vengono processati, il segnale analogico convertito in digitale e la mappa della lettura del sensore (fatta di bit con valori 0-1 che indicano la luminosità di ogni punto) viene poi spostata in una memoria tampone. Quando la mappa è completa il processore la rielabora ulteriormente completando il processo che porta alla formazione del cosiddetto file RAW che è l'immagine informatica di quanto percepito dal sensore, scritta in un formato che poi il software di sviluppo può decifrare per riprodurre digitalmente quanto abbiamo ripreso.

    sensore.gif.b312c71d42975c5ec484480627706cc2.gif

    questo processo come vedete anche visivamente richiede un certo tempo e comporta un certo ritardo nella lettura delle strisce.
    In termini assoluti per una immagine di un soggetto fermo, questo ritardo in genere non comporta nulla di visibile.
    Ma se stiamo scattando ad alta velocità con il sensore elettronico (per il gergo Nikon : modalità silenziosa) il ritardo tra la lettura della prima striscia e l'ultima diventa significativo.
    E ciò comporta immancabilmente ad una deformazione dell'immagine, più o meno accentuata a seconda dei casi.

    Andare oltre la velocità di raffica normale di 10-12 scatti al secondo, anche con l'eliminazione dello specchio, comporta difficoltà meccanico che non sono aggirabili a costi umani.
    Per cui è più semplice tenere aperto l'otturatore meccanico ed usare la sola scansione per leggere le immagini.
    Cosa assolutamente necessaria per riprendere il video, dove la presenza dell'otturatore meccanico darebbe dissolvenze nere.

    Un sensore che ha una velocità di scansione lenta è più soggetto a fenomeni di artefatto di questo tipo che spesso producono effetti parodistici, inaccettabili nelle nostre immagini (pensate alle classiche automobili di inizio secolo con le ruote ovalizzate e il muso diagonale anzichè dritto).
    Ma specie ad elevate risoluzioni, il tempo di lettura di un sensore tradizionale è particolarmente lento.

    E' il caso tipico di Nikon D850-Z7 che ha un tempo di lettura del sensore di circa 66 millisecondi con una frequenza di scansione di 1/15''.
    Un quindicesimo di secondo è una enormità che si vede chiaramente anche solo esponendo sotto una luce artificiale oscillante intorno alla frequenza industriale.

    Un sensore di tipo stacked come quello della Sony Alpha 9 ha un tempo di lettura di 6 millisecondi, con una frequenza di scansione di 1/160'', mentre quello più nuovo (e più denso) della Sony Alpha 1 viaggia ancora più spedito verso i 4 millisecondi e una frequenza di scansione che rivaleggia con il tempo sincro flash, per cui è quasi completamente libero da interferenze e fenomeni di deformazione indotti dal ritardo di lettura tra le striscioline.

    Nel senso che viene comunque letto a strisce ma - grazie al famoso strato di memoria tampone situato non nella scheda della fotocamera ma direttamente dentro al sensore - la scansione può essere effettuata a velocità dieci volte superiore a quello, per esempio della Nikon Z7.

    Naturalmente questo è il tempo di lettura del sensore, poi l'immagine come dicevo deve essere confezionata a questo comporta un tempo di elaborazione che per Sony a9 e a1 arriva a circa 1/30''. Con la conseguenza che si può lavorare a raffiche da 30 scatti al secondo circa in otturatore elettronico.

    Conseguenze pratiche di questo processo vanno anche al tempo di oscuramento del mirino e in generale alla velocità operativa complessiva di ripresa e di visione.

    Ovviamente un tale sensore deve essere accompagnato anche da un processore principale di adeguata potenza, un buffer principale adeguatamente dimensionato e con DRAM adeguatamente veloce.

    Tutti passatempi cui si sta allegramente dedicando il reparto di ricerca di Nikon e che porteranno entro la fine del 2021 ad una nuova ammiraglia ma più in generale nei prossimi anni ad un rivoluzionamento delle potenzialità operative di tutte le nostre prossime fotocamere.
    Nikon sta lavorando ad una intera famiglia di nuovi sensori con caratteristiche all'avanguardia che ci permetteranno maggiore libertà espressiva in campo fotografico.

    Ecco, spero di non avervi annoiato troppo e di aver offerto qualche informazione in più a chi invece è interessato a cosa diciamo quando commentiamo le notizie e i rumors.

    • Like 10
    • Thanks 4
    • Haha 2


    User Feedback

    Recommended Comments

    Invece è sempre molto interessante! Chiaro e preciso, grazie Mauro. :bravo:

    • Like 1

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    Grazie Leo.

    Aggiungo una notizia di ieri.
    Sony Semiconductor (che è società diversa da Sony Imaging, quella che fa le fotocamere) ha presentato un sensore global shutter da 128 megapixel con diagonale di 57mm.
    Non una grande novità in senso assoluto, se non che si tratta di un sensore di tipo Global Shutter, cioé un sensore che potenzialmente ha un tempo di scansione globale di 0 ms, cioé che viene letto tutto insieme e non a striscioline.

    I sensori di questo tipo sembrerebbero ideali per i nostri scopi, perchè funzionano come un otturatore meccanico quando opera con tempi di ripresa lenti : cioé il sensore è tutto esposto in un unica passata e non a strisce coperte mano a mano dalle due tendine.

    Se non che, i sensori global shutter hanno costi di produzione al momento ancora proibitivi cosa che li rende di utilizzo improbabile nelle fotocamere, almeno nel breve periodo (parliamo di svariate migliaia di euro per il solo sensore in formato 35mm).
    Ed essendo sempre sotto tensione, producono calore che deve essere smaltito, cosa che intrinsecamente li rende più sensibili al rumore digitale.

    Finchè non si risolveranno questi due problemi, difficilmente li vedremo montati sulle nostre Nikon.
    Anzi, probabilmente con i sensori stacked sempre più diffusi, quel momento si allontana per il momento.

    Infatti questo nuovo sensore Sony Semiconductor lo propone per campi industriali, dove dimensioni, potenze in gioco e raffreddamento non sono un problema.

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    Io credo che prima dei sensori GS arriverà la fotografia computazionale sulle fotocamere.
    A quel punto il sensore sarà l'ultimo degli aspetti da considerare.

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    Molto interessante, Mauro, e spiegato così bene che... ho capito perfino io. xD

    Con l'aumentata potenza di calcolo di questi nuovi sensori sarà possibile anche una migliore lettura della luce così da rendere la scansione dell'immagine ancora più fedele, oppure i benefici si concentreranno essenzialmente sulla ripresa di soggetti in rapido movimento?

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites
    22 minuti fa, Pedrito ha scritto:

    Molto interessante, Mauro, e spiegato così bene che... ho capito perfino io. xD

    Con l'aumentata potenza di calcolo di questi nuovi sensori sarà possibile anche una migliore lettura della luce così da rendere la scansione dell'immagine ancora più fedele, oppure i benefici si concentreranno essenzialmente sulla ripresa di soggetti in rapido movimento?

    La costruzione stacked di suo non influenza che la velocità di scansione, quindi porta solo ad un campionamento del soggetto più fedele all'originale.

    Ma tutta questa larghezza di banda maggiorata (Samsung parla di 6.5 gigabit al secondo, Nikon di 4.8 valori enormi) consente ai progettisti maggiore libertà di espressione alla ricerca di possibilità inesplorate, impossibili con i sensori attuali.
    E in questo senso il nuovo sensore da 1 pollice Nikon propone una soluzione innovativa per la lettura zonale con mediazione dell'esposizione direttamente sul sensore anzichè in post-produzione o con artifici tipo il DLighting (ne ho parlato nell'articolo dedicato Nuovo sensore Nikon da 1 pollice, stacked da 1000 fps e 134 db di dinamica)

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    In effetti è proprio sulla lettura zonale che volevo andare a parare, ciò che secondo me rivoluzionerebbe il nostro modo di fotografare.

    Comunque anche se mi pare siamo ancora lontani da quest'ultima evoluzione, concordo sul fatto che i prossimi sensori consentiranno senz'altro un'ulteriore passo in avanti rispetto a quelli che stiamo utilizzando oggi.

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    Articolo chiaro, preciso, da un idea della "vivacità" di Nikon e ci rende abbastanza orgogliosi della famiglia, e felici se come dici tu :

    "Nikon sta lavorando ad una intera famiglia di nuovi sensori con caratteristiche all'avanguardia che ci permetteranno maggiore libertà espressiva in campo fotografico."

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

    Questo sensore sta per diventare realtà per una fotocamera Nikon :

     

     

    • Like 1

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites
    2 ore fa, M&M ha scritto:

    Questo sensore sta per diventare realtà per una fotocamera Nikon :

     

     

    Molto prima di quanto temessero i catastrofisti...

    • Haha 1

    Share this comment


    Link to comment
    Share on other sites

×
×
  • Create New...