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从一个亿像素看camerasensor的开展

2019-12-02 13:39:58 作者:责任编辑NO。郑子龙0371

来历:内容来自鬼话成像 ,作者Piglet, Eric

小米最新的1个亿将camera sensor的热度推到了新高.这和最近几年智能手机的职业竞赛现已到了白热化状况相关,一切的手机厂商都在测验寻觅新的卖点以进步用户的粘性.而camera是其间罕见的持续的显性卖点.这也让相关技能快速的进行迭代。Image sensor尽管是一个传统的半导体器材,但也在巨大的商场需求下呈现了技能更新的快速化和多元化。

多像素、Pixel size小型化

关于一般的用户来说,除了广告上看不懂的新名词之外,或许最引起留意的便是相机的像素数.尽管像素的数目并和图画质量之间的联系并不是线性的.可是许多用户便是以为像素越高相机越好。

添加的像素数目往往跟着sensor size的添加.这几年最大的sensor面积现已敏捷由1/2.5英寸添加到了1/1.33英寸。

尽管从图来看1/1.33英寸比起单反全幅的35mm仍是有很大距离,可是在最近两年增大了现已不止一倍了.许多的手机中的sensor现已大于之前的卡片机.可是手机中的camera模组却要比卡片机小的多.不过光是sensor size的增大现已远远不能满意像素添加,只能一起减小Pixel size.因而sensor在这种商场需求下向多像素、小pixel size的方向开展。18年Sony、三星相继推出0.8um 48M。19年64M 0.8um快速产品化,终究在年末前一个亿的0.8um总算进入了量产.而Sensor厂又渐渐的开端开发0.7um像素巨细的技能。

从下表来看,从1.12um开端小pixel size的技能开发速度越来越快,1.0um到0.9用了4年,而0.8um只用了1年时刻。0.9um稍纵即逝,很快就退出了干流商场。而0.8um敏捷的成为商场上干流.

Pixel size减小给功用带来极大的应战。为了完成小pixel size仍能坚持优秀的画质,sensor的规划和制程工艺也在不断的开展。别的一方面,

上图总结了跟着pixel size减小,各公司衍生出来的新技能。一切这些技能的意图都是为了更好的进步进光量、减小pixel之间的串扰。这儿的每个技能咱们后边有机会在大众号中逐一介绍。

PDAF的开展

15年三星推出了第一颗手机用PDAF sensor。为了完成PDAF,PD pixel被金属遮挡一半。因而前期的PDAF sensor往往在30 lux照度以下对焦很困难。

跟着对暗光对焦的需求,sensor厂又相继推出2*1OCL(on chip lens)PDAF。有用的增大了PD pixel的受光面积,增强了PDAF在暗光下的功用。

Dual PD完成了100%PD密度,更是极大的改进了AF功用。现在最好的对焦速度和作用的sensor仍然都是Dual PD sensor. 在这之后也呈现了Qual PD sensor的概念,也便是4个像素组成的反正两个方向的PD侦测。但Quad PD对功耗和pixel 感光等功用的负面影响,变成了其产品化的阻止,直到现在并未流行起来。

Die size和Logic部分工艺

现在干流的sensor都是用Stacked 技能把sensor分为pixe和logic两层,这有用的减小了sensor面积(平面变为立体),其次pixel部分和logic能够别离优化,logic部分能够运用更先进的半导体制程工艺。

更先进的半导体出产的底子工艺意味着更小的功耗、更小的die size和供给更多功用的或许性。现在广泛运用的是40nm制程,而三星更急进的导入了28nm。从die size的统计数据来看,相同的resolution下die size是呈减小的趋势。不知道何时sensor也能够用上现在CPU最先进的7nm制程。

Reference [1] R. Fontaine. The State-of-the-Art of Smartphone Imagers

Quad Bayer(4 Cell)

个人以为Quad Bayer(4 Cell)技能是这两年最好的手机sensor技能.这个技能很好的补偿了小pixel size在低光时的丢失.将用户运用场景分成了高光运用小像素高分辨率,低光中”大像素”低噪声.这是最近几年相机进入48M,64M,108M的底子推动技能.并且该项技能后边的开展潜力仍是很大的。

最早在手机camera sensor中推行4 Cell技能是三星,可是其时国内的厂商主要是在前摄中运用.合作柔光灯推出了许多许多柔光拍照的手机.4 Cell的技能很好进行了美白,成为了国产手机共同的卖点.这个和其时的4 Cell中的remosaic技能是在软件中完成有很大联系.由所以软件完成,所以无法实时出全分辨率图片.关于后摄是个硬伤。

而在这之后开展中很重要的一步便是Sony将remosaic功用由软件放到了sensor中,做到能够实时出全分辨率的图画.这使得4cell sensor 进入后摄的集成变得更简略,不需要ISP做任何修正(ISP的修正更慢).特别华为P20pro的夜景作用使得4 Cell sensor在夜景拍照中站稳了脚跟.而这次三星108M更进一步的体现了4 Cell的优势。

本年咱们正真看到Video在手机camera中渐渐的变重要.而4 Cell中的单帧HDR确实是现在视频HDR中很靠谱的计划之一。

别的4 Cell合一也不是限制,是不是会呈现9 Cell变成一个像素持续进步暗光体现或许更多的色彩摆放方法呢? 让咱们持续重视三星,Sony,OV等sensor厂商将这些技能商场化的进程。

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