Закон Мура и фотография

[birdwatcher]

Вот, наконец, толковое объяснение (все тот же Кен Роквелл), почему не делают фотоаппаратов с большими сенсорами. И никогда не будут! А я-то ломился в открытые двери.

Оказывается, потому не делают, что это дорого. Как-то я этот момент упускал из виду. Компьютеры-то дешевеют потому, что становятся меньше. А один квадратный миллиметр микросхемы стоит одинаково во все времена. Просто, чтобы сделать компьютер, теперь требуется меньше этих квадратных миллиметров, чем двадцать лет назад.

При этом в компьютерном деле никто не огорчается, что процессор слишком мал геометрически; другое дело, формат фотографического кадра. Так вот, кусок пленки вдвое большей площади стоит приблизительно вдвое дороже. А сенсор вдвое большей площади, по оценкам Роквелла - в 20 раз.

Comments

[averros.livejournal.com]

Он, к сожалению, написал ерунду.

Чипы с электроникой увеличивают стоимость с размером потому что на них получается больше элементов. И, соответственно, растёт вероятность того, что в одном элементе будет дефект. Примерно экспоненциально от числа элементов.

Вероятность дефектов также сильно падает с увеличением размера элемента. Скорость уменьшается (за счёт увеличения длины проводов и паразитных ёмкостей).

Так что при том же самом количестве элементов чип размером больше будет с большей вероятностью работоспособен - и будет медленнее.

Собственно же чистые пластинки кремния стоят не так много. (Опять же, чем больше размер элементов - тем менее чистые они могут быть).

Именно поэтому никто не закрывает фабы со старыми процессами (только перемещают их в Китай) - они просто начинают клепать тонны дешёвых чипов для мест, где не нужна особая скорость, но важен каждый цент. (Я тут недавно приобрёл пару новых 20MHz микроконтроллеров с флэшем по 68 центов за штуку:) Чипы получаются довольно большие по размеру, просто потому что старые агрегаты не могут печатать мелкие детали.

Что касается сенсоров, то большие элементы - менее чувствительные (нужно больше фотонов на бОльшую ёмкость), но и менее шумные, ровно по той же причине. Реально же на стоимость камеры влияет стоимость механики и оптики, сенсор - далеко не самый дорогой компонент.

Ну и, конечно, линзы. Которые должны иметь лучше фокусировку, и меньше vignetting для получения того же качества картинки на большом сенсоре. Зато большие сенсоры менее чувствительны к маленьким аберрациям в оптике, и в принципе позволяют получить более высокое разрешение.

Опять же очень большая глубина резкости - тоже не подарок, скажем, в портретной съёмке. Иногда сильно хочется открыть диафрагму, чтобы фон не мельтешил, но некуда :)

Впрочем, всё это нужно только для профессионалов; для всех, кто вышел просто погулять с камерой, 24мм сенсоры более чем адекватны. Так что разница в цене камер с сенсорами в 35мм и 24мм - чисто маркетинговая; разные покупатели. Потом, не надо забывать делить цену профессиональной камеры на два для сравнения с ценой любительской камеры - это business expense, и налогом они не облагаются.

[birdwatcher.livejournal.com]

Не уловил - вы согласны с оценкой, что сенсор в два раза большего размера стоит в двадцать раз дороже, или нет? Мне кажется, это центральное место в рассуждении.

[averros.livejournal.com]

Мы говорим о себестоимости или о цене? :)

Себестоимость у больших сенсоров не отличается сильно от себестоимости сенсоров поменьше с тем же количеством пикселов. Цена - может отличаться сильно. Просто за то, что за них столько согласны платить.

[birdwatcher.livejournal.com]

Мы говорим о себестоимости. Размер пискеля должен быть одинаков на большом и на маленьком сенсоре, как одинакова зернистость широкой и узкой пленок. Таким образом, на большом сенсоре больше пикселей.

[dmpogo.livejournal.com]

Ну пусть сейчас эти 2N пикселей стоят в 20 раз больше чем N на меньшем сенсоре. Но откуда вывод что и в будущем это будет так ( и даже если пропорция сохранится - что цена вообще будет не достачно мала ?

Сравните сейчас 1 Мбитную маленькую матрицу и 2Мбитную большую. Наверняка обе будут стоить тривиальные деньги.

[birdwatcher.livejournal.com]

Аргумент Роквелла состоит в том, что цена может упасть только вместе с физическим размером.

[averros.livejournal.com]

Аргумент неверный. Уменьшение размера чипа при том же количестве элементов увеличивает себестоимость - по причине уменьшения выхода качественных чипов, и по причине повышения требований к оборудованию и чистоте.

[birdwatcher.livejournal.com]

Размер пикселя остается неизменным.

[averros.livejournal.com]

Себестоимость сенсора примерно пропорциональна количеству пикселов - при том же размере пиксела. До пока сенсор заметно меньше wafer-а (где-то от 15 до 30 см в диаметре, в зависимости от новизны фаба).

Сенсоры, в отличие от процессоров, могут иметь дефекты - дефекты в отдельных пикселах компенсируются при image processing, используя примерно тот же алгоритм, который используется для noise reduction на длинных выдержках.

[birdwatcher.livejournal.com]

Ага, вот в этом месте, наконец, вы радикально расходитесь с Роквеллом. Интересно.

[averros.livejournal.com]

Я просто имею представление о производстве чипов (одна из моих компаний делала свои ASICs), а он - нет:)

[averros.livejournal.com]

Не-а. Размер пикселей на 35мм сенсорах больше размера пикселей у APS-C сенсоров: например у 12mp Canon EOS 5D размер пиксела 8.2 микрона, а у 10 mp EOS 400D - 5.2 микрона.

См. также http://www.dpreview.com/reviews/canoneos5d/page12.asp

[birdwatcher.livejournal.com]

Что значит не-а? Я говорю, как надо делать для разумного сравнения с пленкой. А именно, взять наименьший пиксель, который все еще нормально работает; допустим, 8.2 микрона. Из таких пикселей составить сенсоры площадей S и 2S. Будет двадцатикратная разница в цене, или нет? Если будет, это диагноз.

[averros.livejournal.com]

Для разумного сравнения с плёнкой пикселей можно сделать более, чем достаточно (есть среднеформатные камеры с 100mp). Не хватает мозгов у процессора и скорости считывания с сенсора.

Если же считывать достаточно быстро, то можно использовать дрожание камеры для считывания изображения со сдвинутой сеткой пикселов - и потом восстанавливать саб-пиксельное разрешение. Или можно накапливать фотоны за время экспозиции не в сенсорах, а в счётчиках в процессоре - как это делают астрономы, и тем самым получать значительно больший динамический диапазон.

Примерно так это делают глаза. У них хорошее разрешение вообще только на маленьком участке, а одно пятно не видит вообще. И аберрации жуткие. Но результат выглядит замечательно:)

Кстати, как работает обработка картинки в мозгах (в LNG и V1-V5/MT) уже во многом известно.

Если вообще отвлечься от традиционной схемы фокусирующая линза-плоский сенсор, а делать фокусы с цифровым восстановлением изображения после линз странной формы, то можно, напрмер, упразднить фокусировку вообще, и глубину фокуса делать цифровую:

http://graphics.stanford.edu/papers/lfcamera/lfcamera-150dpi.pdf
http://www.cdm-optics.com/?section=Tutorials

(ещё см. http://en.wikipedia.org/wiki/Visual_system)

Так что если где закон Мура в применении к камерам и релевантен, так это в image processor-ах :)

[birdwatcher.livejournal.com]

Насколько я понимаю, вы не сформировали точку зрения на сравнительную стоимость маленьких и больших сенсоров с одинаковыми пикселями.

[zhenyach.livejournal.com]

Я так понимаю, что в себестоимость чипа входит такой параметр, как процент выхода годных. Который сильно падает с увеличением физического размера матрицы. Скажем, кусок такого-то размера может испльзоваться либо для одного большого сенсора, либо для пяти маленьких. Если с вероятностью 0.5 появляется дефект где-нибудь в кремнии такого размера, то в первом случае половину готовых чипов надо выбрасывать, а во втором - только десятую часть.

[averros.livejournal.com]

Во-первых, процент выхода годных изделий зависит не от размера изделия, а от количества компонентов (если вероятность дефекта компонента - p, то вероятность того, из n компонентов один плох - np-o(p^2)).

При увеличении размера компонента вероятность фатального дефекта компонента сильно падает. Т.е. при увеличении размера чипа с тем же количеством компонентов вероятность получить хороший чип возрастает.

Дефекты собственно в кремнии замечательно выявляются инспекцией wafer-ов ещё до того, как они попали в фаб, в подавляющем большинстве случаев. Основные проблемы связаны с пылью, металлическими перемычками или разрывами в дорожках, грязи на масках, подтекании фоторезиста, итп.

Ну и, конечно, не нужно забывать того, что фотосенсоры, в отличие от процессоров, могут иметь некоторое количество дефектов, и оставаться вполне пригодными к эксплуатации - несколько порченых пикселов из нескольких миллионов совершенно замечательно "исправляются" интерполяцией в image processor-е. Все изготовители камер это делают. Теперь они стали делать то же самое для "убирания" пыли (см. скажем описание "dust reduction" в Canon 400D) и уменьшения шума от "hot pixels" при ночной съёмке.

То есть, для сенсоров важно не наличие/отсутствие дефектов, а плотность дефектов. Которая от изменения физического размера сенсора при том же размере пикселов никак не изменяется.