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这才是黑科技,带你了解三星ISOCELL传感器技术

威锋网 ·2017-06-30 09:02·半导体行业观察
阅读:1457

来源:内容来自威锋网 谢谢。


2017 世界移动大会上海 MWCS  展会上,三星 ISOCELL 图像传感器部门公布了全新的四个技术子品牌,包括 ISOCELL Bright(亮)、ISOCELL Fast(快)、ISOCELL Slim(薄)及 ISOCELL Dual(双),每一个技术子品牌都针对特定的市场,而 ISOCELL Dual 无疑暗示了今年 Galaxy Note 8 双摄像头配置。



不过,你对于三星的 ISOCELL 图像传感器有多少了解呢?下面我们通过三星的介绍来做个最简单的了解。


三星 ISOCELL 是什么鬼?


三星自家的图像传感器品牌,就是以 ISOCELL 为命名,不过这是一种技术名称,因为三星在 2013 年首次发布了 ISOCELL 技术,声称该技术让传统 CMOS 图像传感器的结构有了革命性的变化,让所有像素能聚集更多的光线,是一项突破了性能瓶颈的新技术。



ISOCELL 主要取意于“隔离(isolate)”和“细胞(cell)”,从技术层面上来讲,就是通过在图像传感器里的像素之间形成一道绝物理性绝缘体,来有效的防止进入像素的光信号外漏。除此之外,因为有了屏障的存在,所以进入像素的光信号互相之间的串扰影响也被大大降低,从而提升了图像清晰度和色彩表现,即便使用较小的像素也能实现出色的图像质量


了解传统的背照式(BSI)CMOS 的应该知道,该技术就是将晶片掉转方向,让光线首先进入感光二极管,从而增大感光量,显著提高低光照条件下的拍摄效果。但背照式技术在接收大量光线和色彩后,在相邻两个像素之间容易混合互相影响。而 ISOCELL 技术克服了背照式的缺点,通过在像素之间形成一道物理屏障来解决光信号互相影响的问题。



三星第一款使用  ISOCELL 技术传感器的智能手机是 Galaxy S5 旗舰。当时三星为了解释ISOCELL 技术,还做了类似上面的图。看图就很容易理解了,左侧背照式 CMOS ,通过透镜接收进来的光信号容易发生串联现象从而造成相互间的干扰,而右侧使用了 ISOCELL技术的图像传感器里,由于设置了物理性屏障,所以光信号不会跑到其他像素块里去。


三星称,ISOCELL 技术干涉现象相比传统背照式减少了 30% 以上,提高了色彩还原度,同时还增大了 30% 的受光面积,即使在光线不足的阴暗环境下也能拍出色彩鲜明的照片。


ISOCELL 亮、快、薄和双有什么特点呢?


- ISOCELL Dual

随着智能手机摄像头的发展,尤其是工艺和像素,在创新技术下双核已经变得越来越流行,大量厂商开始使用两颗摄像头组成双摄拍照系统。ISOCELL Dual 使用的就是当下非常流行的彩色镜头搭配黑白镜头的组合方式,其中 RGB 彩色传感器负责基本功能,BW 黑白传感器主要用来收集光量。



正常来说,传统配备单个传感器在光线特别不足的地方,十分容易拍出高噪点的照片。但根据三星介绍,ISOCELL Dual 技术首先能帮助在“暗光环境中拍出明亮且色彩鲜明的照片”,因为黑白传感器能更好的感知明暗细节,并和用彩色传感器拍摄的图片相结合,得到色彩更加充足的照片,让图片变得更加鲜明。


三星展示的 ISOCELL Dual 技术使用的是 2 个 1300 万像素的传感器,均支持三星自动对焦技术,同时当个像素尺寸都是 1.12 µm,比在 Galaxy S8 上的 1.4 µm 小很多,毕竟是双摄折衷是必须的,同时所搭配的是 f/2.0 光圈的的镜头,进光量也比 S8 旗舰更少。因此很多人疑惑,Note 8 如果是这样的配置,也就能提升夜拍而已。不过三星表示,这并非固态双摄组合,自家的技术其实可以混合传感器搭配各种组合,不一定是展示配置。



因为可以有多种组合,所以三星表示 ISOCELL Dual 技术还能够提供“光学变焦 ”功能,通过搭配一个 1 到 2 倍的广角镜头和一个长焦镜头,再通过特别的算法将两张照片进行合成,就能得到光学变焦的效果。另一个 Dual 技术提供的特色功能则是“选择性对焦”功能,使用彩色传感器和调节景深的传感器相结合,就可以获得有景深信息的照片。就是我们常说的先进行拍照,拍完照之后再选择我们想要的对象进行对焦。


- ISOCELL Bright

ISOCELL Bright 传感器的技术,具体所指的就是光线特别不足,低光或暗光环境下,依然提供高色彩保真度和超低噪点的明亮清晰的图像。不过,三星并没有透露太多 Bright 传感器设计的细节,包括具体规范。


按照正常来理解,三星应该会在 Bright 中使用稍大尺寸的传感器来设计 ,以确保能够捕获更多的光。单个像素有可能会是 1.4 µm 的尺寸,这个基本上是智能手机最适合不过的像素尺寸了,从基础规格创造优势。



不过,这些只是其中一种解释。继续翻看三星过去的解释,不难发现三星在  Bright 的介绍中其实已经提到,他们运用到了一个名为 Tetracell 的技术,利用相邻 4 个像素合并为 1 个大像素,来生成 1 个 RGB 颜色信息。ISOCELL 传感器能够收集更多、更准确的色彩信息,增强了 FWC(Full well capacity),从而提升感光度,实现降噪。


三星表示,ISOCELL Bright 技术在低光环境下拍出的更加明亮的照片,与大像素构成的图像传感器相比,改进后的 FWC  提升高达 40%。同时,Tetracell 技术能使光灵敏度提升 20%,保证暗光的照片明亮清晰。


- ISOCELL Fast

三星在 Fast 传感器技术中,一定会使用 PDAF 相位检测对焦技术,即通过计算检测被拍摄对象的相位差来进行对焦的方式,而且还会加入引以为傲的 Dual Pixel 技术。传统 PDAF 对焦配有大概 5% 像素点用来测定位相差的像素点,但 Dual Pixel 是所有的像素点都支持测定相位差,提供更快的对焦速度。



至于其中的技术原理,三星解释称,“一般来说,像素里有一个用来聚集光线的图像二极管,但在 Dual Pixel技术中心,每个像素都有两个图像二极管,通过比较这两个二极管各自接收到的光信号来测定相位差从而完成对焦。因此,所有的像素都可以被用来进行对焦,同时也能接收形成图片的光源信号。”


总而言之,ISOCELL Fast 技术正是通过这种 Dual Pixel技术,来提供更快更准确的自动对焦。让每个像素都可以被用来生成图像,也让智能手机的拍照时更加符合所拍对象快速移动的状态,带给用户更佳的拍摄体验。



三星甚至自豪的表示,自家的 Dual Pixel 技术不仅比传统的 PDAF 自动对焦对速度提升 4 倍,而且即便在只有 1lux 的黑暗环境下,也支持自动对焦。


- ISOCELL Slim

三星很清楚,消费者不喜欢看起来很像相机的手机,而且可突出的摄像头却让人爱不起来。所以,三星推出 Slim 薄的技术,确保在保持纤薄机身的同时,也能拥有强大拍照功能的摄像头。三星是如何在纤薄机身和高像素大体积传感器之间做出平衡的呢?



为了让小尺寸的图像传感器实现高像素,三星给出的最直接的做法就是将每一个像素的体积都变小,从而保证摄像头模组功能依然强大。其实也还是  ISOCELL 技术熟悉配方,例如 2015 年三星成功开发出由 1.0  µm 像素组成的 1600 万像素图像传感器,三星将像素的尺寸减小到 1.0  µm,即百万分之一米,因此让传感器内部能够塞进 1600 百万个 1/3.1 英寸大小的像素。


具体薄在那里呢?三星表示,传统 1.12µm 1600 万像素传感器,相机模组厚度 6mm,而同样像素的传感器,三星则能设计出 5mm 以下厚度的相机模组,因此智能手机机身厚度也将能够设计的更薄。



可能很多人还是不明白为什么要更小的单个像素尺寸,毕竟越小能吸收的光量也会减少从而导致照片画质降低,而且进入 RGB 像素的光信号之间很容易发生干涉现象。但正如开头所说,三星自家的 ISOCELL 技术就是能够在每个像素之间都设立了独立的物理屏障,通过将像素互相隔离来最小化干涉现象和减少光信号的损失,实现在减小像素尺寸下能拍摄出高画质的照片。


小结:品牌重塑只为更成功


ISOCELL 技术并不是三星新推出的技术,现在三星只是对自家技术进行品牌重塑,以保证每一个优势技术都能有其品牌名称。这并非是坏事,因为单独的品牌名称能够让消费者,或者是三星的传感器客户加深对 ISOCELL 技术的认识,包括相应技术的品牌名称、性能和特点,以便于满足自己的需求。



要知道,索尼主推的 Exmor RS/R 传感器,不少产品都深入人心,很多机友大多可以知道具体型号,而三星  ISOCELL 则不然。所以,三星本次品牌重塑在一定程度上对其传感器业务有很大的帮助。


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