Telset.id – CMOS image sensor, teknologi yang dijuluki “camera-on-a-chip”, kini menjadi dasar hampir semua kamera modern, mulai dari ponsel hingga kendaraan otonom. Penemuan yang berawal dari kebutuhan NASA ini memungkinkan setiap orang membawa kamera resolusi tinggi di saku mereka, mengubah cara dunia menangkap dan membagikan gambar.
Dr. Eric R. Fossum adalah penemu camera-on-a-chip, teknologi yang tidak hanya melahirkan era fotografi berbasis antariksa, tetapi juga berbagai industri dan teknologi yang bergantung pada kamera mikro saat ini. Perjalanan CMOS image sensor dimulai dari keinginan NASA untuk memasang kamera kecil berdaya rendah yang mampu menangkap citra resolusi tinggi pada wahana antariksa antarplanet.
Sebelum berkembangnya CMOS image sensor, fotografi dan videografi mengandalkan film fotografi atau Charge-Coupled Devices (CCDs) yang lebih canggih. Misi Apollo 11 menggunakan kamera Hasselblad yang dibuat khusus, namun terlalu berat untuk dibawa kembali ke Bumi, sehingga astronaut hanya membawa filmnya untuk diproses. Kamera-kamera itu masih tertinggal di sana hingga kini.
Dari CCD ke CMOS: Evolusi Teknologi Kamera
CCD merupakan pendahulu dari camera-on-a-chip karya Dr. Fossum. Teknologi ini mendeteksi foton menggunakan piksel individual yang mengalirkan muatan listrik ke satu amplifier pembaca dalam konfigurasi baris demi baris. Kamera CCD menawarkan pengurangan bobot signifikan dan citra yang jauh lebih vivid dibandingkan kamera berbasis film, tetapi memiliki kelemahan pada konsumsi daya tinggi dan produksi panas.
CMOS image sensor menyempurnakan desain CCD dengan memberikan setiap piksel sirkuit konversi lokal dan amplifier sendiri. Hal ini memungkinkan setiap piksel dibaca secara simultan sekaligus menekan energi yang dibutuhkan per gambar dan panas yang dihasilkan kamera. CMOS image sensor menjadi basis kerja sebagian besar kamera modern, mulai dari kamera ponsel dan doorbell, hingga Advanced Driver Assistance Systems yang menggerakkan mobil self-driving, dan kamera yang masih dikirim ke luar angkasa hingga hari ini.
Baca Juga:
Dalam wawancara dengan TechRadar, Dr. Fossum mengungkapkan bahwa ia sempat berpikir CMOS image sensor bisa menjadi ubiquitous dan seharusnya demikian, namun keyakinannya bahwa hal itu benar-benar terjadi rendah karena berbagai ketidakpastian. Ia sama sekali tidak memperkirakan aplikasi media sosial, dampaknya terhadap masyarakat, maupun pengaruhnya pada citizen-newsgathering dan keadilan sosial, baik untuk melindungi aparat penegak hukum yang baik maupun mengidentifikasi pihak yang berbuat salah. Ia juga menyadari ada potensi dampak pada privasi dan kebebasan, dan mengaku tidak nyaman dengan bagaimana hal itu berkembang.
Dr. Fossum berkarir di NASA’s Jet Propulsion Lab (JPL) pada masa awal pengembangan teknologi ini. Menurutnya, NASA dan JPL memang identik dengan pencitraan digital mutakhir 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 kemungkinan adalah orang pertama yang memajukan ide penangkapan gambar ‘mosaic’, di mana mosaic merujuk pada array piksel. Posisi Dr. Fossum di JPL diciptakan oleh manajemen JPL untuk memperdalam keahlian JPL dalam teknologi CCD.
Warisan CMOS dan Masa Depan Image Sensor
Mengenai misi Artemis II, Dr. Fossum mengaku awalnya terkesan dengan gambar-gambar mengesankan tersebut dan senang manusia telah kembali ke bulan, setidaknya ke orbit untuk saat ini. Namun ia juga menyadari betapa kerennya bahwa teknologi sensor gambar temuan NASA, yang digunakan pada smartphone konsumen dan kamera digital, dipakai dalam misi NASA tersebut, melengkapi janjinya untuk membuat kamera lebih cepat, lebih murah, dan lebih baik.
Penelitian Dr. Fossum saat ini di Dartmouth berfokus pada Quanta Image Sensor (QIS). Pada CMOS QIS, karena noise pembacaan yang sangat rendah, untuk pertama kalinya dimungkinkan membedakan foton individual melalui fotoelektron yang dihasilkan, dan menghitung secara akurat jumlah fotoelektron di setiap piksel pada suhu ruangan, tegangan rendah, dan tanpa 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 agar mengatasi background thermal noise di silikon. Konsep QIS sendiri bersifat technology agnostic karena tujuannya 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 daripada CMOS QIS, tetapi menawarkan time-tagging kedatangan piksel yang jauh lebih akurat daripada CMOS QIS dan diproduksi sebagai proses foundry yang juga mudah diintegrasikan dengan sirkuit CMOS.
Terkait masa depan consumer image sensor, Dr. Fossum menilai dalam jangka pendek, image sensor dan konsumen telah diuntungkan dari 3D integration dan stacked wafer devices. 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 saat meneliti dan menulis tentang smart image sensors dan focal-plane image processing, namun saat itu masih terlalu dini.
Mengenai PIS (Processing-in-sensor) yang menggabungkan komputasi, image sensor, dan memori dalam satu sistem holistik di edge, Dr. Fossum menyatakan ia telah memikirkan topik ini sejak menjadi mahasiswa pascasarjana di awal 1980-an di Yale dan kemudian Columbia University. Ia 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 region 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 mengaku tidak banyak bekerja di sistem penyimpanan eksotis, meskipun di Photobit, spin-off dari JPL, mereka bekerja dengan perusahaan dari startup lain hingga raksasa seperti AT&T Bell Labs untuk readout holographic optical memories. Namun saat itu mereka hanya fokus pada chip image sensor dan readout berkecepatan tinggi.
Dr. Fossum juga berbicara tentang IEEE Jun-Ichi Nishizawa Medal dan makna pengakuan tersebut. Ia menyebut tidak ada orang 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 luar biasa yang digunakan setiap hari dimungkinkan oleh kerja keras dan inovatif ribuan insinyur image sensor di seluruh dunia.
Dalam rutinitas kerja hariannya, Dr. Fossum menilai AI tools sangat menghemat waktu dalam menemukan dan mengkurasi informasi, dan ia sering belajar banyak dari pengetahuan yang tampak dimiliki AI tersebut, serta kadang dari insight-nya. Saat ini ia banyak menggunakan Co-Pilot. Namun ia selalu khawatir dengan siapa, secara langsung atau tidak langsung, ia berbagi informasi dan ide. Menurutnya, hal ini adalah sesuatu yang harus direnungkan semua orang dan pertanyaan-pertanyaan sulit harus diajukan kepada raksasa AI.
Perjalanan CMOS image sensor dari kebutuhan NASA hingga menjadi teknologi yang mendasari miliaran kamera di dunia menunjukkan bagaimana inovasi yang lahir untuk eksplorasi antariksa dapat merambah ke perangkat konsumen. Teknologi ini tidak hanya mengubah cara manusia menangkap gambar, tetapi juga menghadirkan implikasi sosial yang luas, mulai dari citizen-newsgathering hingga isu privasi dan keadilan sosial yang masih menjadi perdebatan hingga kini. Perkembangan image sensor ke depan, termasuk QIS dan integrasi fungsi cerdas di focal plane, akan terus membentuk cara dunia melihat dan memahami realitas visual.
Komentar
Belum ada komentar.