Kamera – liten som en skjortknapp

Tänk dig en digitalkamera liten som en knapp och supereffektsnål. Två amerikanska forskare har konstruerat en första bildsensor som kanske kan vara embryot till morgondagens minikamera.

Mark Bocko och Zeljko Ignjatovic, forskare på University of Rochester, har utvecklat en bildsensor som vid en första test drar 50 gånger lägre effekt än industrins bästa för dagen. Tricket är att digitalisera signalen direkt vid varje pixel. Det görs genom att integrera en AD-omvandlare av sigma delta-typ vid respektive pixel hos en CMOS-sensor.

Metoden har visserligen testats förr, men tidigare har alltför många transistorer krävts. Det har gjort att alltför liten yta av pixeln blivit kvar för ljusdetektering. Den nya konstruktionen använder enbart tre transistorer per pixel, vilket gör att nästan halva pixelytan kan användas för ljusdetektering. Konstruktionen påstås dessutom ge hela 100 gånger lägre effektförbrukning än dagens CMOS-sensorer. Dynamiken är ett mått på det starkaste och svagaste ljuset som sensorn kan urskilja.

Intressant är också att forskarna hävdar att den nya konstruktionen kan skalas – utan att tappa prestanda – i takt med att processgeometrierna krymper. Det betyder att än mindre, snabbare och mer högupplösta sensorer kan komma att utvecklas framöver.

Parallellt med sensorutvecklingen jobbar Mark Bocko och Zeljko Ignjatovic med att ta fram en teknik som gör det möjligt att komprimera en bild effektivare än idag. Idén går ut på att optimerar effekten av den diskreta cosinustransformen, som ju vanligtvis används vid komprimering. Så istället för att placera bildpunkterna i en regelbunden matris placeras de på ett nytt, oregelbundet, sätt som matchar cosinusvågorna. Metoden påstås minska kravet på beräkningskapacitet med en faktor fem för att nå samma resultat som idag.

–   De två tekniker kan endera användas tillsammans eller var och en för sig, säger Mark Bocko.

Planen är nu att konstruera ett chips som drar nytta av båda metoder – allt för se hur mycket energi en verklig realtidsapplikation kan spara. I ett första skede ska tekniken testas i övervakningskameror.

–   Trådlösa övervakningskameror är perfekta för att testa tekniken. De ska ta bilder, komprimera dem och sedan skicka dem vidare snabbast möjligt utan att belasta batteri, säger Mark Bocko.

–   I nästa steg kommer vi att titta på konsumetkameror och mobiler för att se hur mycket batteri och beräkningskraft som kan sparas där.