Metalenz mua PxE, thay bộ lọc màu 50 năm tuổi trên camera điện thoại

Một trong những linh kiện quan trọng nhất giúp camera điện thoại hoạt động được tạo ra từ năm 1974 và gần như không thay đổi kể từ đó. Giờ đây, công ty Metalenz có trụ sở tại Boston đã mua lại startup Israel PxE Holographic Imaging để thay đổi điều này.

Khi bạn chụp ảnh bằng điện thoại, camera thu ánh sáng và chuyển thành tín hiệu điện để tạo hình ảnh số. Nhưng bộ lọc Bayer — một lớp đỏ, xanh lá và xanh dương nằm trên cảm biến để thêm màu cho ảnh — hấp thụ và làm thất thoát khoảng 60% lượng ánh sáng trước khi ánh sáng đến được cảm biến. Để tạo ra một điểm ảnh đỏ, bộ lọc phải chặn và loại bỏ ánh sáng xanh dương cùng xanh lá.

HoloCoder: bẻ cong ánh sáng thay vì hấp thụ

PxE đã phát triển một lớp quang học mới có tên HoloCoder. Cấu trúc siêu nhỏ này nằm trực tiếp trên bề mặt cảm biến hình ảnh và làm nhiễu xạ ánh sáng — tức bẻ cong các sóng ánh sáng thay vì hấp thụ chúng.

Nhờ HoloCoder hướng các sóng ánh sáng về phía các điểm ảnh của cảm biến thay vì chặn chúng, cảm biến có thể thu được lượng ánh sáng nhiều hơn tới 2,5 lần theo công bố của công ty. Bước nhảy vọt về khả năng thu sáng này có thể cải thiện đáng kể khả năng chụp ảnh thiếu sáng và dải tương phản động (dynamic range) của điện thoại.

"Apple, Samsung, Google — ai cũng đang cố cải thiện camera mỗi năm, đúng không? Phần lớn những gì họ làm là đầu tư hàng trăm triệu đô vào phần mềm để tìm cách cải thiện nó, nhưng nhược điểm là một khi thông tin đã mất đi trong quá trình hấp thụ ánh sáng, bạn không thể mua lại được, kể cả khi đổ toàn bộ phần mềm trên đời vào đó."

Đó là chia sẻ của Rob Devlin, CEO kiêm đồng sáng lập Metalenz, với WIRED.

Các lớp trong hệ thống camera dùng công nghệ HoloCoder của PxE

Lợi ích bất ngờ thứ hai: đo độ sâu 3D

Công nghệ HoloCoder còn có thể thu thập thông tin độ sâu 3D cùng lúc. Hầu hết điện thoại hiện nay dùng camera phụ, cảm biến độ sâu chuyên dụng hoặc đoán bằng AI để xác định khoảng cách giữa camera và chủ thể, từ đó quyết định mức độ xóa phông trong các tính năng như chế độ chân dung.

Bằng cách gộp cảm biến ánh sáng và cảm biến độ sâu vào một lớp duy nhất, HoloCoder hứa hẹn đơn giản hóa phần điện tử ở mặt sau điện thoại, tiết kiệm không gian và năng lực xử lý.

Vì sao Metalenz mua PxE

Thương vụ mua lại PxE — với các chi tiết không được tiết lộ — là bước đi hợp lý với Metalenz. Công ty ra mắt công chúng năm 2021 và tiên phong thương mại hóa metasurface (bề mặt siêu cấu trúc), một hệ thống thấu kính phẳng chứa các cấu trúc nano bẻ cong ánh sáng, giảm nhu cầu về nhiều thấu kính trên cảm biến đồng thời thu được nhiều ánh sáng hơn. Đến nay, công ty đã xuất xưởng hơn 300 triệu linh kiện quang học metasurface cho các thiết bị tiêu dùng.

Công nghệ này cũng có thể thu thập dữ liệu phân cực, và Metalenz đang hợp tác với Qualcomm để tạo hệ thống xác thực sinh trắc học khuôn mặt an toàn hơn cho Android có tên Polar ID, nhằm cạnh tranh với Face ID của Apple, dự kiến xuất hiện trên thiết bị tiêu dùng vào cuối năm 2027.

Theo Devlin, cách tiếp cận của PxE rất giống với công ty ông: tạo các cấu trúc siêu nhỏ trực tiếp trên cảm biến hình ảnh để khai thác dữ liệu ánh sáng mà các hệ thống camera thông thường bỏ đi.

Khi nào có mặt trên thị trường?

Công nghệ của PxE chưa có mặt trên thị trường, nhưng vì Metalenz đã xây dựng chuỗi cung ứng, xử lý đường ống hình ảnh và thiết lập thuật toán học máy để tận dụng các luồng dữ liệu mới, Devlin tin HoloCoder có thể tích hợp gọn vào nền tảng của họ và "đảo lộn hoàn toàn" thị trường cảm biến ánh sáng khả kiến.

Dù HoloCoder vận hành như một thấu kính nhiễu xạ chứ không phải metasurface thực thụ, Devlin cho biết Metalenz đã tái tạo công nghệ này trong phòng thí nghiệm bằng quang học metasurface của riêng mình.

Về lộ trình, ông cho biết hai công nghệ hiện sẽ là sản phẩm riêng cho các thị trường khác nhau, nhưng về dài hạn có thể hợp nhất thành một hệ thống Metalenz duy nhất. Ông dự đoán HoloCoder của PxE có thể xuất hiện trong thiết bị điện tử tiêu dùng sớm nhất vào cuối năm 2027 hoặc đầu năm 2028.

Cuộc đua bộ lọc màu thay thế Bayer

Việc tinh gọn phần cứng bằng quang học metasurface chỉ là giai đoạn đầu của công ty — mục tiêu thực sự vẫn là mở ra kênh thông tin mới, mà Devlin tin có thể tạo ra bước ngoặt cho các lĩnh vực khác như robot tự hành và xe tự lái. Thay vì phụ thuộc vào các mô-đun lớn với nhiều cảm biến và chip xử lý đắt đỏ để căn chỉnh dữ liệu không gian theo thời gian thực, một hệ thống một cảm biến có thể làm việc đó với thiết kế nhỏ hơn, rẻ hơn và tốn ít năng lực tính toán hơn.

Arka Majumdar, nhà nghiên cứu quang điện tử tiết kiệm năng lượng tại Đại học Washington, nhận định bộ lọc màu quả thực gây thất thoát nhiều ánh sáng. Ông cũng chỉ ra rằng các đại gia khác như Samsung và startup Eyeo đang tích cực nghiên cứu phương án thay thế bộ lọc Bayer, gọi là "color router".

Dù đồng ý rằng việc bỏ bộ lọc có thể cải thiện đáng kể ảnh chụp thiếu sáng của điện thoại, Majumdar vẫn hoài nghi về khả năng tạo cách mạng cho lĩnh vực robot và xe tự lái. Khác với điện thoại, xe có nhiều không gian để gắn camera stereo hoặc lidar, và nút thắt không nằm ở ánh sáng yếu hay độ rõ của ảnh mà là năng lực tính toán cần thiết để đưa ra quyết định trong tích tắc.

Góc nhìn

Với các kỹ sư và nhà phát triển ở Việt Nam làm việc trong lĩnh vực camera, thị giác máy tính hay thiết kế phần cứng nhúng, hướng đi này đáng để theo dõi. Việc thu được nhiều ánh sáng hơn ngay ở tầng cảm biến đồng nghĩa với ít phụ thuộc hơn vào các thuật toán xử lý hậu kỳ — vốn thường ngốn tài nguyên tính toán và pin. Nếu HoloCoder hay các bộ lọc màu thay thế Bayer trở thành phổ biến, bài toán tối ưu pipeline ảnh số có thể chuyển dịch từ phần mềm sang quang học.

Tuy nhiên, cần lưu ý đây là công nghệ phần cứng chưa thương mại hóa, với mốc dự kiến sớm nhất là cuối năm 2027. Các dự án sản phẩm cần nhiều ánh sáng hoặc cần khử phông chính xác vẫn nên tính đến giải pháp hiện có trước; đồng thời, việc hợp nhất cảm biến ánh sáng và đo độ sâu vào một lớp có thể giúp giảm chi phí linh kiện và công suất tiêu thụ khi công nghệ đến tay người dùng.