Apple vừa nộp bằng sáng chế mới liên quan đến công nghệ cảm biến ảnh stacked với dải tương phản động (dynamic range) lên đến 120 dB tương đương khoảng 20 stop. Đây là mức DR gần bằng mắt người và vượt trội so với hầu hết các máy ảnh hoặc máy quay chuyên nghiệp hiện nay.

Bằng sáng chế mang tên “Image sensor with stacked pixels having high dynamic range and low noise” (Cảm biến ảnh với pixel xếp chồng có DR cao và nhiễu thấp) mô tả một hệ thống gồm hai tầng: lớp cảm biến (sensor die) và lớp logic (logic die). Công nghệ này hứa hẹn có thể xử lý mức ánh sáng riêng biệt cho từng pixel, đồng thời tích hợp cả xử lý nhiễu ngay tại mức phần cứng.

Định nghĩa lại cách cảm biến hoạt động – pixel tự động thích ứng với ánh sáng

Ở mức cơ bản, cảm biến mới của Apple cho phép mỗi photodiode lưu trữ lượng ánh sáng riêng biệt, giúp từng pixel phản ứng khác nhau tùy theo độ sáng trong khung hình. Điều này có nghĩa: pixel ở vùng tối sẽ nhạy sáng hơn, còn pixel bị chiếu sáng mạnh có thể tự giới hạn để tránh cháy sáng.

Khác với nhiếp ảnh điện toán truyền thống vốn cần ghép nhiều ảnh để mở rộng dải sáng, cảm biến này đưa toàn bộ quá trình xử lý vào ngay bên trong, nhờ mạch LOFIC (lateral overflow integration capacitor) – vốn giúp mở rộng vùng hoạt động của pixel mà không tăng nhiễu. Một mạch nhớ riêng trong từng pixel sẽ đo mức nhiễu và tự điều chỉnh xử lý, thay vì gửi ảnh về bộ xử lý trung tâm.

Tự thiết kế cảm biến để định nghĩa lại tiêu chuẩn camera trên smartphone

Dù chưa rõ công nghệ này có được thương mại hóa hay không, vì Apple nộp rất nhiều bằng sáng chế không bao giờ thành hiện thực, nhưng nó phù hợp với tham vọng đã được tiết lộ từ 2023: phát triển cảm biến hình ảnh in-house thay vì dùng của Sony.

Nếu cảm biến này thành hiện thực, không chỉ iPhone được hưởng lợi, mà cả iPad, kính Vision Pro, hay thậm chí một thiết bị hoàn toàn mới như máy ảnh Apple cũng là khả năng mở ra. Khả năng quay video HDR chỉ với một khung hình duy nhất, không cần ghép nhiều ảnh, sẽ cực kỳ hữu ích cho video 4K, slow-motion và AI xử lý hình ảnh theo thời gian thực.

Dù vẫn còn ở dạng lý thuyết, bằng sáng chế này cho thấy Apple đang nhắm đến việc kết hợp phần cứng và nhiếp ảnh điện toán ở mức độ sâu hơn, nhằm loại bỏ các giới hạn vật lý lâu nay của cảm biến nhỏ trên smartphone.