Samsung en Canon ontwikkelen unieke camerasensoren, maar hoe spannend zijn die?

Een render van de Canon SPAD camera sensor
(Beeld: Canon)

Berekenende fotografie is misschien wel de grootste trend voor camera's van vandaag, maar volgend jaar zou dat zomaar kunnen veranderen dankzij nieuwe sensortechnologieën van Samsung en Canon. Zij kondigden nieuwe chips aan die respectievelijk "menselijk-oogachtig" zijn en in staat zijn om kleurenfoto's in het donker te maken.

Zoals verwacht is de nieuwe sensor van Samsung (die blijkbaar in samenwerking met de Chinese fabrikant Tecno is ontwikkeld) gericht op smartphones. Volgens TechTimes (opens in new tab) heeft de Samsung ISOCELL GWB-sensor een resolutie van 64MP. Belangrijker is echter dat hij een ongebruikelijke RGBW (rood, groen, blauw en wit) kleurenfilter-array gebruikt, waarvan Samsung beweert dat deze techniek het menselijk zicht het dichtst benadert.

Wat houdt dit in? De meeste camerasensoren gebruiken RGB (rood, groen, blauw) subpixels om de kleuren in foto's weer te geven. De opname van witte subpixels verbetert volgens Samsung de kleurechtheid en prestaties bij weinig licht. Dit komt omdat in theorie die 'witte' subpixels (die eigenlijk transparant zijn) alle soorten licht opnemen, in plaats van alleen die in het RGB-spectrum, waardoor de totale gevoeligheid van de sensor verbetert.

Volgens TechTimes claimde Samsung tijdens een webinar dat deze nieuwe sensor foto's maakt die overeenkomen met onze eigen waarneming, dankzij een combinatie van een verbeterde lichtgevoeligheid, kleurechtheid en de 64MP resolutie. 

Zo'n uitspraak is natuurlijk erg subjectief, en Samsung is niet de eerste fabrikant die aan de slag gaat met een RGBW filter. In 2015 beschikte de Huawei P8 (opens in new tab) al over een een 13MP RGBW sensor (ontwikkeld door Sony) en waren wij al onder de indruk van de resultaten. Wat recenter gebruikte het Chinese merk een RYYB sensor (rood, geel, geel, blauw) voor diens Huawei P30 Pro.

Jammer genoeg zullen we Samsungs nieuwe ISOCELL GWB sensor nog niet zien in de aankomende Samsung Galaxy S22-serie. Volgens de laatste geruchten van de tamelijk betrouwbare leaker @FrontTron (opens in new tab), zouden de S22 en S22 Plus modellen beschikken over 50MP hoofdcamera's, wat zou uitsluiten dat deze nieuwe sensor gebruikt zal worden in het nieuwe vlaggenschip.

Wellicht spannender is Canons nieuwe nachtzicht-sensor, waarvan Nikkei (opens in new tab) zegt dat hij in 2022 volop in productie zal gaan. 

De sensor heeft de naam SPAD (Single Photon Avalanche Diode) meegekregen en stelt je in staat op topkwaliteit kleurenfoto's te schieten in het donker. Dat maakt de sensor perfect voor beveiligingscamera's, augmented reality (AR) en zelfsturende auto's. De sensor zou een ingebouwde sluiter hebben, die de hele sensor ineens leest in plaats van regel voor regel), wat een revolutie kan betekenen voor het maken van high-speed filmopnames.

Op dit diagram zie je het verschil tussen een CMOS camera sensor en een SPAD sensor.

Op dit diagram zie je het verschil tussen een CMOS camera sensor en een SPAD sensor. (Image credit: Canon)

De meeste camerasensoren (waaronder Samsungs nieuwe variant) werken op het CMOS principe, maar SPAD sensoren werken op een fundamenteel andere basis. Canon legt uit (opens in new tab) dat de pixels op CMOS sensoren alleen de hoeveelheid licht meten dat iedere pixel weet te bereiken binnen een bepaalde tijd, om die informatie om te zetten in electronen. 

SPAD sensoren daarentegen meten ieder individueel lichtdeeltje (of foton) dat de pixel bereikt, om die vervolgens om te zetten in een 'lawine' van electronen. Hierdoor heeft de sensor een grotere lichtgevoeligheid, verzamelt hij minder elektronische ruis en legt hij ook nauwkeurigere informatie vast per foton.

Maar dit is niet de recente doorbraak van Canon. SPAD-technologie bestaat namelijk al jaren. Toch was het tot nu toe niet mogelijk de techniek te verwerken in een sensor met een flink aantal megapixels. In juni 2020 ontwikkelde Canon de eerste 1MP SPAD-sensor. Volgend jaar zou er, volgens Nikkei, een 3,2MP versie klaar zijn voor massaproductie.

Maar wat betekent dit voor camera's? Wij verwachten dat deze techniek vanaf zal worden gebruikt in beveiligingscamera's, ter vervanging van infrarood nachtzicht. Canon is ook van plan om zijn SPAD-sensor te combineren met time-of-flight (ToF) -technologie zodat driedimensionale afstandsmeting mogelijk is. Dan zou deze chipset perfect zijn voor gebruik in zelfrijdende auto's. Maar we zouden de komende jaren ook SPAD-sensoren kunnen zien in professionele, ultrasnelle videocamera's.


Analyse: Een grotere stap voor next-gen camera's dan voor smartphones

Een beeld van hoe SPAD sensoren werken

(Image credit: Sony)

De bijna simultane aankondiging van de nieuwe sensoren van Samsung en Canon laat zien dat er nog ruimte voor ontwikkeling is in de camerahardware. Op papier is er geen twijfel dat Canons sensor de meer revolutionaire is, hoewel hij ook op specifieke doelen gericht is.

De ontwikkeling van de telefooncamera's van de afgelopen jaren, waardoor ze zijn gegroeid van kiekjesmakers tot point-and-shoot-krachtpatsers, werd grotendeels mogelijk gemaakt door de combinatie van software en silicium, in plaats van sensoren. En ondanks de beweringen van Samsung over zijn nieuwe "menselijk-oog-achtige" ISOCELL GWB-chip, is daar nog weinig nieuws.

Hoewel sommige hardware-ontwikkelingen nog altijd mogelijk zijn, zoals op het gebied van vloeibare lenzen (opens in new tab) en meta-lenzen, is Samsungs sensor nog altijd gebaseerd op het ontwerp van de CMOS sensor, die we in de meeste digitale camera's terugzien. Het raster van kleurenfilters aanpassen kan een goede verbetering opleveren in de prestaties van een smartphonecamera, zoals we hebben gezien bij Huawei, vooral bij matig licht. Maar die verschillen zijn lang niet zo revolutionair als het openen van nieuwe deuren op het gebied van multi-frame processing of berekenende fotografie.

De echt interessante vooruitgang voor de meeste mensen, even niet kijkend naar professionele fotografen, ligt waarschijnlijk minder in gebieden als 'nauwkeurigheid' en 'scherpte', maar eerder in creatieve gebieden. Denk aan de AI-cameratrucs van de Google Pixel 6. In staat zijn om ongewenste achtergrondobjecten te wissen of meetrek-effecten opnieuw te creëren is gewoon leuker dan een beetje winst in kleurnauwkeurigheid.

Het fundamenteel veranderen van de manier waarop camerasensoren werken, zoals de nieuwe SPAD-sensor van Canon doet, is iets dat nieuwe mogelijkheden kan ontsluiten die verder gaan dan berekenende fotografie, die nog altijd afhankelijk is van de signalen die worden geproduceerd door de huidige CMOS-sensoren.

Dit is te zien aan de huidige beperkingen van 'Nachtmodi', waarbij de SPAD-beeldsensor blijkbaar ontzettend gedetailleerde beelden kan vastleggen met slechts een tiende van de helderheid die bestaande sensoren nodig hebben. De combinatie van deze nachtfotografie met dieptegevoelige 3D-camera's betekent dat deze in eerste instantie gericht zal zijn op beveiligingscamera's en zelfsturende auto's, maar er zijn ook spannende professionele toepassingen denkbaar.

De globale sluiter van de sensor betekent bijvoorbeeld dat hij kan fotograferen met een ongelooflijke 24.000 fps (bij 1-bit output), wat spannende next-gen slo-mo-mogelijkheden betekent. De SPAD-sensor kan ook beelden vastleggen met een veel hoger dynamisch bereik dan conventionele camera's. Vooralsnog lijken de ambities van Canon meer industrieel te zijn, met als belangrijkste doelen beveiligingscamera's en het creëren van betere 'ogen' voor slimme systemen in auto's.

Mark Wilson
Cameras editor

Mark is the Cameras Editor at TechRadar. Having worked in tech journalism for a ludicrous 17 years, Mark is now attempting to break the world record for the number of camera bags hoarded by one person. He was previously Cameras Editor at Trusted Reviews, Acting editor on Stuff.tv, as well as Features editor and Reviews editor on Stuff magazine. As a freelancer, he's contributed to titles including The Sunday Times, FourFourTwo and Arena. And in a former life, he also won The Daily Telegraph's Young Sportswriter of the Year. But that was before he discovered the strange joys of getting up at 4am for a photo shoot in London's Square Mile.