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Rambus zeigt die kleinste Kamera der Welt und revolutioniert Handy-Kameras [MWC 2014]

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Auch wenn Patente in den letzten Jahren oft in einem eher schlechten Licht dargestellt wurden, so sind sie doch essentiell für die Technikwelt. Ohne Patente würde kaum eine Firma Millionenbeträge in Forschung und Entwicklung investieren können, insbesondere wenn sie sonst nichts anderes macht. So auch das Techologieunternehmen Rambus, welches auf dem Mobile World Congress die neusten Entwicklungen der Binary Pixel-Technologie und einen Ausblick auf die kleinste Kamera der Welt zeigt.

Rambus Binary Pixel

Die Binary Pixel-Technologie ist dabei weit näher an dem Punkt, an dem man finale Produkte erwarten kann. Genauer gesagt dürften spätestens 2016, womöglich auch schon 2015 erste Geräte vorgestellt werden, die die neuen Algorithmen einsetzen. Grundlegend zeigen erste Testbilder bereits eindrucksvoll was die Technologie zu leistem im Stande ist: Einen Dynamikumfang, der über das Niveau von professionellen DSLR-Kameras hinausgeht. Die Technologie dafür ist genial und kompatibel mit heutigen Bildsensor-Fertigungsverfahren.

Binary Pixel ermöglicht auch auf winzigen Bildsensoren einen erhöhten Dynamikumfang auf respektive über DSLR-Niveau [Bildmaterial: Rambus]

Für die Erklärung müssen wir jedoch etwas weiter ausholen: Das Problem bei kontrastreichen Bildern, beispielsweise der Aufnahme im Gegenlicht, besteht darin, dass die Photodioden im Bildsensor nur eine begrenzte Anzahl an Photonen aufnehmen können bevor sie "voll" sind - vergleichbar mit einem Sammeleimer für Tennisbälle: Ist der Eimer voll, passen keine weiteren Bälle mehr hinein. Strahlt also viel Licht auf einen Teil vom Bildsensor, kann der Pixel nicht mehr zwischen den Lichtmengen unterscheiden und es wird immer der maximale Helligkeitswert ausgegeben - der Himme im oberen Bild ist entsprechend überbelichtet. Gleiches gilt in gewisser Weise auch bei zu wenig Licht: Es muss eine Mindestmenge an Licht vorhanden sein um diese sicher "auszählen" zu können. Zwar kann das Messsignal nachverstärkt werden (ISO-Wert), dies wird jedoch mit dem bekannten Bildrauschen quittiert.

Der Ansatz von Rambus besteht darin in Regelmäßigen Abständen zu "prüfen" ob eine Photodiode bereits voll ist. Ist dies der Fall, wird die Diode bereits ausgelesen und kann noch einmal Licht einfangen - am Ende der Belichtung werden alle Zwischenergebnisse addiert und somit ein genauerer Wert ermittelt. Hat die Diode hingegen noch "Platz" für weitere Photonen, wird diese bis zum Ende der Belichtung nicht ausgelesen. Somit vermeidet man schlussendlich starkes Bildrauschen in dunklen Bildregionen genauso wie ein Ausbrennen heller Bildbereiche.

Rambus Lensless Smart Sensor Technology

Die kleinste Kamera der Welt ist indes wirklich winzig - sollten Sie das Bild argwöhnisch begutachten: Es geht nicht um die klassische Kamera direkt neben dem 10-Cent-Stück, sondern um die wenige 100 µm kleine Öffnung in dem Kameramodul links daneben. Der hier eingesetzte Bildsensor hat eine Breite von etwa 200 µm und kann Bilder mit einer Auflösung von 256 x 256 Pixel (ca. 0,07 MP) aufnehmen.

Der Lensless Sensor ist noch in einem frühen Entwicklungsstadium und mit einer Diagonale von ~200 µm winzig [Bildmaterial: Rambus]

Natürlich richtet sich diese Kameraart damit nicht an Kamerahersteller im klassischen Sinne, sondern an andere Anwendungsgebiete. Egal ob es um die Erkennung von Personen in Räumen, Spurassistenten oder Gestensteuerung zukünftiger Haushaltsgeräte geht: Entsprechende Sensoren lassen sich bereits jetzt zu Centpreisen herstellen. Einzig und allein der Bildsensor muss komplexere Aufgaben übernehmen.Ein Vergleich einer herkömmlichen Aufnahme, dem Sensor-Aufbau, dem Sensor-Signal und dem final errechneten Bild [Quelle: Rambus] Denn der Bildsensor hat keine Pixel im klassischen Sinne, sondern spiralförmige Strukturen, die sich mit bloßem Auge gerade noch erahnen lassen. Der Grund ist einfach: Es wird aus Kosten- und Platzgründen auf ein Objektiv verzichtet, dementsprechend gibt es auch keine echte Fokusebene (wenige mm bis unendlich sind scharf) oder Artefakte aufgrund von Fehlern in der Optik. Da ohne Optik auch kein Abbild der Wirklichkeit auf den Sensor projeziert wird, muss über die Rückrechnung der Beugung von Lichtwellen erst das eigentliche Bild berechnet werden - das obrige Bild illustriert diesen Vorgang sehr gut. Erst heute ist es möglich (kleine) Bildprozessoren zu fertigen, die die entsprechende Rechenleistung besitzen.

Trotz allem ist die Technologie noch Jahre davon entfernt in der Praxis eigesetzt zu werden, spannend ist sie insbesondere aufgrund des Kostenfaktors aber allemal.


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