Eroon tärähtäneistä valokuvista

27.06.2011

Tuttu tilanne varmasti monelle digikuvaajalle: pimeässä kesäillassa otettu kuva ei millään tahdo onnistua. Tuloksena on joko luonnoton tai suttuinen kuva. Ongelmaan on kehitteillä ratkaisu, kertoo Artto Aurola.

Digikameran toiminta perustuu siihen että se mittaa ja tallentaa kuvattavasta kohteesta heijastuvien valonsäteiden kirkkaus- ja värieroja. Kamerassa on valoherkkä kenno, johon objektiivi kokoaa valonsäteet. Valoherkät kennot ovat suorituskyvyltään erilaisia. Kenno koostuu pienistä valoherkistä piidiodisoluista eli pikseleistä. Kamera mittaa pikseliin osuvan valonsäteen kirkkauden synnyttämän sähköisen varauksen eli signaalin ja tallentaa varauksen binäärisinä arvoina muistikortille. Kuvatiedosto tallentuu muistikortille pikselimatriisina, kuvaushetkellä valitun kuvasuhteen ja pikselimäärän mukaisesti.

Nykyisten digitaalikameroiden haasteena on Artto Aurolan mukaan saada valon määrä riittämään pimeällä kuvattaessa. Yksi ratkaisu on salaman käyttäminen. Salama ei tosin ratkaise ongelmaa kokonaan, sillä sen teho heikkenee etäisyyden kasvaessa kuvattavaan kohteeseen. Toinen ongelma salamalla kuvatuissa kuvissa on se, että kuvista tulee usein epäaidon näköisiä: tuloksena pimeä tausta ja hirveän kirkkaat kasvot. Salama vie myös paljon tehoa akusta.

Ainoa toimiva ratkaisu on riittävän pitkä valotusaika. Toki myös salaman käyttöä voidaan yhdistää pitkään valotusaikaan. Ongelma pitkään valotettaessa on se, että kamera voi tärähtää tai kuvattava kohde liikahtaa. Kameran tärähdykset tekevät valokuvan suttuiseksi. Kameralla voidaan myös ottaa peräkkäin paljon kuvia, jolloin valotusaikaa voidaan säätää jälkikäteen. Mutta, mitä enemmän kuvia otetaan, niin sitä huonompi kuvanlaatu tulee kuvan kohinan kasvaessa. Joissakin huippukameroissa käytetään myös optista kuvanvakaajaa, joka voi korjata osan tärähdyksistä, mutta ei kaikkia. 

”Nykyisissä kameroissa käytetään signaalia tuhoavaa mittaamista. Mitä useammin signaaleja mitataan sitä pienemmiksi ne muuttuvat. Pieniä signaaleja yhteen laskettaessa kohina kasvaa ja kuvanlaatu heikkenee. Keksintömme avulla voidaan parantaa nykyisten digikameroiden kuvanlaatua erityisesti hämärässä kuvattaessa”, Aurola kertoo.

Ratkaisuna signaalia tuhoamaton mittaaminen

Pixpolarin kehittämässä ratkaisussa signaalia ei tarvitse tuhota.

”Voimme tuoda nykyisiin kameroihin signaalia tuhoamattoman mittaamisen alhaisella kohinatasolla. Signaalia tuhoamatonta mittausta voidaan tehdä vaikka kuinka usein kuvanlaadun kärsimättä. Valotus saadaan tarkasti säädettyä halutulle tasolle ja useiden mittausten avulla tärähtänyttäkin kuvaa voidaan parantaa. Jälkikäteen voidaan päättää mitä tietoa käytetään ja mitkä heitetään romukoppaan. Signaalia tuhoamatonta mittausta on toki aiemminkin voitu tehdä, mutta kohina on kasvanut valotusajan funktiona toisin kuin meidän keksinnössämme.”

Pixpolar on tähän mennessä valmistanut yksittäisiä pikseleitä, joita on mitattu. Seuraava askel eteenpäin on kennon kehittäminen.

 ”Haluamme, että kehittämämme pikseli on tulevaisuudessa joka ainoassa kamerassa. Konseptin toimivuuden todistaminen laitevalmistajille on tärkeää, jotta he vakuuttuvat ideasta ja vievät asiaa kuvakennovalmistajille. Edut on pystyttävä konkreettisesti esittämään, jotta lisensointi onnistuu.”

Pixpolar on tehnyt simuloinnissa ja prosessoinnissa yhteistyötä VTT:n kanssa. Mittatekniikan keskus MIKESin kanssa yhteistyötä on tehty mittaustekniikan osalta. Pixpolar ostaa tällä hetkellä valmistusta alihankintana, sillä puolijohdevalmistuksessa omat puhdastilat ja piin prosessointi itse on kallista. Aurola korostaa, että kyse ei ole vielä tällä hetkellä tuotteen valmistuksesta vaan tuotteeseen tähtäävien testi- ja koesarjojen tekemisestä.

Yritys syntyi hyvästä ideasta

Pixpolar-yritys on syntynyt hyvän idean kautta.

”Teollisuudessa on tavoiteltu jo pitkään signaalia tuhoamatonta mittaamista siten, että kohinataso pysyy järkevänä. Saimme patenttimme läpi ja perustimme yrityksen vuonna 2006. Nyt on selkiytynyt mitä haluamme tehdä. Tavoitteemme on, että homma lähtee käyntiin 2011 ja vuoden sisällä tuote on valmiina jollekin määritellylle markkinalle. Kun on selkeä käsitys pikselin rakenteesta ja koosta, sekä kennosta niin voimme viedä asioita nopeammin eteenpäin.”

Aurola on koulutukseltaan diplomi-insinööri. Monipuoliset opinnot ja työtehtävät ovat antaneet keksintöjen tekemisen eväät. Aurola opiskeli teknillisessä korkeakoulussa pääaineenaan puolijohdefysiikkaa ja sivuaineena puolijohdeteknologiaa. Hän antaa hyvän vinkin alasta kiinnostuneelle.

”Jos haluaa työskennellä kuvakennojen parissa, niin puolijohdekomponenttien fysiikan, integroidun analogiaelektroniikan ja mittaustekniikan hallitseminen on tärkeää.”

Lue lisää:

Pixpolar Oy:n kotisivut: http://www.pixpolar.com/

Aalto-yliopiston Teknillisen korkeakoulun Elektroniikan, tietoliikenteen ja automaation tiedekunta:
http://electronics.tkk.fi/fi/

Digitaalikamerasta Wikipediassa: http://fi.wikipedia.org/wiki/Digitaalikamera

Valotuksesta Wikipediassa: http://fi.wikipedia.org/wiki/Valotus

Kohinasta Wikipediassa: http://fi.wikipedia.org/wiki/Kohina

Teksti: Risto Alatarvas
Kuvat: Risto Alatarvas, Pixpolar Oy ja Pixmac.fi