Telset.id – Teknologi CMOS image sensor yang menjadi dasar hampir semua kamera modern, mulai dari kamera ponsel hingga sistem Advanced Driver Assistance Systems pada kendaraan otonom, berawal dari kebutuhan NASA dan JPL untuk menciptakan kamera kecil berdaya rendah yang mampu menangkap citra resolusi tinggi di wahana antariksa antarplanet. Penemuan yang dijuluki “camera-on-a-chip” ini ditemukan oleh Dr. Eric R. Fossum dan telah membentuk era fotografi berbasis antariksa sekaligus industri mikro-kamera yang kita kenal saat ini.
Sebelum berkembangnya CMOS image sensor, fotografi dan videografi bergantung pada film fotografi atau Charge-Coupled Devices (CCDs) yang lebih canggih. Misi Apollo 11 menggunakan kamera Hasselblad yang dibuat khusus, namun terlalu berat untuk dibawa pulang ke Bumi sehingga astronot hanya membawa pulang filmnya untuk diproses. Kamera tersebut masih berada di sana hingga kini.
CCD merupakan pendahulu dari camera-on-a-chip karya Dr. Fossum. CCD mendeteksi foton menggunakan piksel individual yang mengalirkan muatan listrik ke satu amplifier pembaca dalam konfigurasi baris demi baris. Kamera ini jauh lebih ringan dan menghasilkan citra lebih hidup dibandingkan kamera berbasis film, tetapi memiliki konsumsi daya tinggi dan menghasilkan panas.
CMOS image sensor menyempurnakan desain CCD dengan memberikan setiap piksel sirkuit konversi dan amplifier lokalnya sendiri. Hal ini memungkinkan setiap piksel dibaca secara simultan sekaligus secara signifikan mengurangi energi yang dibutuhkan per gambar dan panas yang dihasilkan kamera. CMOS image sensor menjadi basis kerja sebagian besar kamera modern, mulai dari kamera di ponsel dan doorbell, hingga kamera yang masih dikirim ke luar angkasa hingga hari ini.
Baca Juga:
Dalam wawancara dengan TechRadar, Dr. Fossum mengungkapkan bahwa ia memang berpikir teknologi ini bisa menjadi ubiquitous dan seharusnya demikian, namun kepercayaannya bahwa hal itu benar-benar terjadi cukup rendah karena berbagai ketidakpastian. Ia sama sekali tidak memperkirakan aplikasi media sosial, dampaknya terhadap masyarakat, citizen-newsgathering, maupun dampaknya terhadap keadilan sosial, baik untuk melindungi aparat penegak hukum yang baik maupun mengidentifikasi oknum yang buruk. Ia juga menyadari adanya dampak terhadap privasi dan kebebasan, dan ia merasa tidak nyaman dengan bagaimana hal itu berkembang.
Ditanya mengenai keterkaitan JPL dengan pencitraan digital mutakhir, Dr. Fossum menjelaskan bahwa NASA dan JPL memang diasosiasikan dengan pencitraan digital canggih sejak aktivitas awal eksplorasi robotik luar angkasa. Insinyur JPL menemukan cara memancarkan gambar dari tempat jauh menggunakan pencitraan digital dan transmisi data. Eugene F. Lally di JPL pada 1961 mungkin adalah orang pertama yang memajukan ide penangkapan gambar ‘mosaic’, di mana mosaic merujuk pada array piksel. JPL mengembangkan banyak teknologi pencitraan digital untuk keperluan ilmiah di lingkungan luar angkasa yang keras dengan presisi tinggi dan penangkapan gambar andal di rentang panjang gelombang lebih luas dibandingkan produk konsumen. Posisi Dr. Fossum di JPL diciptakan oleh manajemen JPL untuk memperdalam keahlian JPL dalam teknologi CCD.
Mengenai misi Artemis II, Dr. Fossum mengaku pemikiran awalnya berfokus pada gambar-gambar mengesankan tersebut dan ia senang manusia telah kembali ke bulan, setidaknya ke orbit untuk saat ini. Namun ia juga menyadari bahwa menarik bahwa teknologi image sensor yang ditemukan NASA dan digunakan pada smartphone konsumen, dipakai dalam misi NASA tersebut, melengkapi janjinya untuk membuat kamera lebih cepat, lebih murah, dan lebih baik.
Riset Quanta Image Sensor dan Masa Depan Sensor
Riset Dr. Fossum saat ini di Dartmouth berfokus pada Quanta Image Sensor (QIS). Pada CMOS QIS, karena noise pembacaan yang sangat rendah, untuk pertama kalinya memungkinkan mengenali foton individual melalui fotoelektron yang dihasilkan, dan menghitung secara akurat jumlah fotoelektron di setiap piksel pada suhu ruangan, tegangan rendah, dan tanpa penggunaan avalanche gain. CMOS QIS yang dikembangkan di Dartmouth dan kemudian di perusahaan spin-off Gigajot pada dasarnya adalah CMOS image sensor yang menggunakan intra-pixel charge transfer (ditemukan di JPL) dan kapasitansi readout-node yang sangat rendah untuk menghasilkan sinyal tegangan cukup besar dari satu fotoelektron demi mengatasi noise termal latar belakang pada silikon.
Konsep QIS sendiri bersifat technology agnostic, karena tujuannya adalah menciptakan gambar hebat satu foton pada satu waktu. Teknologi Single-photon-avalanche photodiode (SPAD) telah berkembang signifikan dalam 20+ tahun terakhir sehingga juga menjadi berguna untuk implementasi image sensor. SPAD QIS memiliki piksel lebih besar dan mengonsumsi daya jauh lebih banyak dibandingkan CMOS QIS, tetapi menawarkan time-tagging kedatangan piksel jauh lebih akurat daripada CMOS QIS dan diproduksi sebagai proses foundry yang juga mudah diintegrasikan dengan sirkuit CMOS.
Mengenai masa depan sensor gambar konsumen, mengingat smartphone mainstream rutin menawarkan sensor dengan ratusan juta piksel, Dr. Fossum menilai dalam jangka pendek, image sensor dan konsumen telah diuntungkan dari integrasi 3D dan perangkat wafer bertumpuk. Integrasi on-chip fungsi-fungsi lebih canggih, mungkin termasuk fungsi smart-image-sensor atau edge, menawarkan jalur baru untuk meningkatkan penangkapan dan pemahaman gambar tepat di focal plane. Hal ini telah ia impikan sejak 1980-an ketika ia meneliti dan menulis tentang smart image sensors dan focal-plane image processing, tetapi pada masa itu masih terlalu dini.
Soal Processing-in-sensor (PIS) yang menggabungkan compute, image sensor, dan memori dalam satu sistem holistik di edge, Dr. Fossum menyatakan ia telah memikirkan topik ini sejak menjadi mahasiswa pascasarjana pada awal 1980-an di Yale dan kemudian di Columbia University. Ia mengaku tidak familiar dengan akronim PIS dan menilai hal itu sangat bergantung pada aplikasi. Lebih lanjut, ada masalah komunikasi data dan pemrosesan paralel di mana komputasi piksel lokal mudah, tetapi komputasi gambar global, di mana berbagai wilayah harus dianalisis, masih sulit dilakukan di focal plane. Hal ini dapat mengarah pada penghindaran penambahan disipasi daya ekstra ke chip image sensor dan sebagai gantinya mempartisi sistem pencitraan menjadi dua bagian, komputasi lokal di focal plane dan komputasi regional atau global di luar focal plane.
Menanggapi miliaran kamera yang menangkap dunia dalam dua dimensi dan menghasilkan jutaan Gigabyte data, Dr. Fossum menyatakan ia tidak banyak bekerja di sistem penyimpanan eksotis, meskipun di Photobit, spin-off mereka dari JPL, mereka bekerja dengan perusahaan dari startup lain hingga raksasa seperti AT&T Bell Labs untuk readout memori optik holografik. Namun pada saat itu mereka hanya fokus pada chip image sensor dan readout berkecepatan tinggi.
Pengakuan IEEE dan Pandangan tentang AI
Mengenai IEEE Jun-Ichi Nishizawa Medal, Dr. Fossum menyatakan siapa yang tidak suka diakui oleh rekan sejawat atas pencapaiannya. Namun hal itu tetap merupakan peristiwa yang sangat membuat rendah hati dan membuatnya merenungkan orang-orang hebat yang pernah bekerja bersamanya selama bertahun-tahun. Ia menegaskan bahwa teknologi CMOS image sensor menakjubkan yang kita gunakan setiap hari dimungkinkan oleh kerja keras dan inovatif ribuan insinyur image sensor di seluruh dunia.
Untuk alat yang dianggap kritis dalam rutinitas kerja harian, Dr. Fossum menilai alat AI sangat menghemat waktu dalam menemukan dan mengurasi informasi, dan ia sering belajar banyak dari pengetahuan yang tampak dimiliki AI tersebut, dan kadang dari wawasannya. Saat ini ia banyak menggunakan Co-Pilot. Namun ia selalu khawatir kepada siapa, secara langsung atau tidak langsung, ia membagikan informasi dan ide. Ia menilai hal ini sesuatu yang harus direnungkan semua orang dan mempertanyakan hal sulit kepada para raksasa AI.
Dr. Fossum juga telah menjadi anggota IEEE sejak menjadi mahasiswa dan kini telah bergradasi menjadi Life Fellow. Perhimpunan profesi sangat penting untuk diseminasi riset terdepan di antara para ahli di bidangnya, dan IEEE tidak terkecuali. Ia telah menerbitkan banyak paper di bawah IEEE, dalam sub-silo Electron Devices dan Solid-State Circuits, dan telah memperoleh manfaat dari pertemuan IEEE seperti International Electron Devices Meeting (IEDM) dan International Solid-State Circuits Conference (ISSCC). IEEE juga menjadi mitra pada masa awal apa yang kini dikenal sebagai International Image Sensor Workshop, yang ia dan lainnya dirikan pada 1986.
Perkembangan teknologi sensor gambar terus bergerak, sejalan dengan inovasi di sektor pusat data dan komputasi yang turut mendorong kebutuhan pencitraan beresolusi tinggi, sebagaimana terlihat pada langkah industri seperti Data Center Modular yang baru diluncurkan. Sementara itu, adopsi teknologi baru di perangkat konsumen juga menghadapi tantangan tersendiri, termasuk dari sisi keamanan, seperti yang terlihat pada kasus Meta dan Horizon Worlds yang menunjukkan bahwa keputusan teknologi besar selalu membawa implikasi luas bagi pengguna.
[ META_DESCRIPTION]
CMOS image sensor, penemuan Dr. Eric R. Fossum dari NASA dan JPL, menjadi dasar kamera modern dari ponsel hingga kendaraan otonom dan misi antariksa.
Komentar
Belum ada komentar.