再谈小米11的5000万像素摄像头,与三星CIS的技术方向

发布时间:2022年06月13日
       小米11手机摄像头, 主摄像头采用的图像传感器型号为三星2(以下简称2。这款摄像头最大的地方不是像素数, 而是1112英寸的整体尺寸。虽然这款手机已经发布了一段时间了, 不过2可能还是目前手机中使用的最大的, 比华为4050系列还要大(前者是索尼700, 后者可能是50和最近流行的拍照手机70主摄(索尼766使用的尺寸。索尼766也是使用的尺寸)。50兆像素, 1156英寸, 现在最流行的手机, 可以说是大底, 但仍然不是和三星2一样好 前年我们第一次说小米手机100像素摄像头的时候, 还在说1133英寸的手机有多大, 现在转眼就变成了1112英寸一个眼睛。其实1112英寸的尺寸已经比诺基亚808大了, 相机九年前的怪物。后者的尺寸为 112 英寸。下巴。早在数字缩影在世界上还很活跃的时候, 许多高端的数字缩影只有 117 英寸大小。当代索尼黑卡(100系列只有1英寸, 当然这只是图像传感器尺寸的比较;当然主流单反还是无法比拟的。上图最早的来源已经没有了(最早可能来自推特或者微博, 主要展示的是索尼689和三星2的尺寸。不过, 这张照片的拍摄角度是和焦距呈现的透视效果, 让底部2显得更大.索尼 689 用在去年的 2 手机上, 尺寸为 114 英寸。这款手机在年初发布的时候, 谈论689底层和碾压人的文章不在少数。但显然 689 不足以在 2 面前看到。在之前的 33 大会上, 三星专门谈到了这款 50 兆像素的 2 图像传感器。对其进行了一些选择性的解释。虽然很遗憾不是三星演讲的全部, 但结合我们掌握的一些信息, 我们也可以看到手机摄像头的发展。三星在开发思路上与索尼大相径庭。不久前, 我们还讨论了索尼眼中的手机摄像头发展路径。因此, 了解2的特点, 也有利于我们从中看清另一种技术发展的可能性。单像素尺寸的另一个方向在去年总结手机相机的发展时, 我们提到在大方向上, 单个像素的尺寸越来越小。比如2008年左右, 手机单像素尺寸普遍在14左右, 2011年下降到112, 2018年到09; 07来了。此前, 三星公开的路线图显示, 20212022计划中的像素尺寸可以缩小到056064。今年2021年, 三星已经披露了其064像素。今年年中, 三星继续宣布量产其首款 064 像素传感器, 特别是 1276 英寸传感器。5000万像素1;此外, 三星今年9月推出的2亿像素图像传感器也采用了064大小的像素。有兴趣的同学可以看看三星064像素的资料。本文的主角三星2, 单像素尺寸为14, 相对于主流手机来说还是比较大的。不过与偏爱大像素(不是高像素)的13主摄相比, 还是略小了一些。 13主摄的单像素大小为19。当然, 三星2在像素数上是有优势的, 分辨率为81606144, 一共5000万像素。 .而就整个面积而言, 2绝对是最大的。在手机摄像头方面, 三星似乎并没有一味追求小像素。毕竟小像素通常总是要面对感光能力和宽容度的问题来解决这类问题。 , 所需的技术努力也相当巨大。去年的1没有用1亿像素的数量来堆积。隔壁索尼766的主攻方向也是一样的思路, 这或许预示着对于手机摄像头来说, 单纯做小像素短期内是行不通的。这将成为一种整体趋势。三星上面提到, 2的14个单像素尺寸带来了33%的全阱容量(增加, 像素阱中可存储的最大电子数增加,

自然能带来更大的动态范围。体现在照片上) , 就是噪点少了, 虽然我个人认为在手机摄像头这样的小尺寸成像系统数量级上, 差别并没有那么大, 对于弱光环境, 之前也可以用2。众所周知的像素四合一技术, 每四个像素用它作为一个, 在暗光环境下实现28个大像素, 实现更高的灵敏度。这是一种更常见的以牺牲分辨率为代价来提高灵敏度的方法, 隔壁的索尼也是如此。此外, 在像素数方面, 三星还为2提供了1亿像素拍摄的选项。三星官方新闻稿称, 在100兆像素模式下, 2采用智能(重做拜耳排列?算法重新排列)颜色像素来构建三个独立的层, 分别为绿色、红色和蓝色的 50 兆像素帧。这些帧然后升级(并合并)以生成 1 亿像素的照片。这个说法仍然含糊不清, 从描述来看, 可能还是某种插值算法吧, 毕竟2个物理像素的数量是5000万, 不过大概这个插值算法更高级吧, 除了像素层, 值得一提的是2是两层叠加的。其中一层是像素层:即5000万像素所在的地方。另一层包含(模数转换器和图像处理数字电路)第一层使用28个进程。当然, 这个堆栈荷兰国际集团的计划并不新鲜。我们在上一篇关于索尼堆叠技术的文章中已经介绍过了。一种绝招:惊人的(如何实现高动态范围, 看来当代手机摄影是永恒的手机厂商普遍提倡清晰逆光, 夜拍来点亮你的美。部分重要的依据是当拍摄场景的光比很大(比如逆光, 需要发挥作用;亮, 暗, 需要在同一个画面中兼顾。比较常见的实现是用户使用不同的曝光后按一下相机按钮。用光参数拍摄多张照片, 然后对这些照片进行堆叠融合。然后可以考虑场景的明暗部分的细节。不过这个方案有个副作用, 就是毕竟多张照片是在不同的时间点拍摄的。在拍摄运动物体时, 如果融合算法不到位, 会出现模糊或伪影。减少来自多个堆栈的伪影的一种方法应该是最小化多个照片拍摄之间的间隔。在 2 的发布会上, 三星宣布了交错(技术;不是交错单帧方案。三星提到这项技术依赖于滚动快门(特写)。EE Magazine 封面故事在今年 5 月号中, 我们还专门谈到了厂商在实现全局快门上的趋势, 因为滚动快门是逐行逐行像素曝光的, 所以拍摄高速运动的物体会有果冻效应。 , 使用了三种不同的曝光方式来实现, 具体方式如上图所示, 一定要以卷帘快门为基础, 先做长曝光, 然后是中长曝光, 最后是对应的短曝光昏暗、中亮画面场景, 输出后合成。长时间曝光后, 立即开始行输出, 即从像素线切换到像素线。在长曝光所有像素线之前完全输出, 传感器会进行中长曝光 在长曝光像素完全输出之前, 这个阶段的曝光已经开始输出。短曝光的过程是相同的。最后 2 个图像处理单元将融合照片, 生成照片。在此过程中, 传感器使用虚拟通道输出三张曝光。传感器对画面暗部进行长时间曝光, 开始输出0虚拟通道;后面的分别对应 1 和 2 个虚拟通道。还有 3 个虚拟通道用于同时发送生成的 AF 信息。
       具有相位对焦的同款双像素主传感器的相位对焦也是近两年手机的热门技术。常规的双像素(自动对焦, 就是将一个像素分成两部分。每个像素包含2个光电二极管用于成像和对焦。
       当检测到双像素图像的相位重合时, 就认为是对焦的。以前在在《相机发展史》一文中, 我们谈到了作为手机摄影发展代表的存在,

技术上有相应的演进史, 直到第11款相机实现了100%对焦像素覆盖。更何况索尼在去年公布了它的22焦技术, 我们之前也有介绍过, 它的本质是每4个像素都用一个微透镜覆盖, 所有像素都参与相位对焦。索尼在书中提到这个方案是在做相位检测时, 不仅可以进行垂直和水平方向的相位检测, 还可以进行斜向检测, 实现覆盖的交叉对焦或米色对焦。一般来说, 如果相位检测像素的两个光电二极管只左右排列, 将无法检测到场景中水平线的相位差, 或者对于包含水平线的物体, 对焦会出现问题。索尼的 22 焦距解决方案将显得更加适用于整个场景。三星想到的解决方案解决方案是对角分割像素而不是垂直减半。上图是两相检测像素光电二极管的简单演示。传统的解决方案是通过(深沟隔离)将相位检测像素一分为二, 垂直分割。 2采用非对角线方向的结构, 这样对于横竖线都可以达到比较高的效率。聚焦。下图显示了两者在实现可对焦场景方面的区别。显然, 简单地将相位检测子像素垂直隔离的方案无法对更多区域进行相位差检测。左右像素排列, 对于场景中的水平线, 几乎检测不到相应光电二极管输出的信号中的相位差。使用对角线隔离法, 对焦的用例会更多, 水平线和垂直线都可以, 可以看成是交叉对焦。当然, 我们执行细节, 我不知道制造过程是否会造成额外的困难。三星提到, 每个像素使用两个光电二极管, 涉及到 1 亿个相位检测体。结构不仅是垂直分割像素, 而且是对角分割像素, 从技术和像素结构上怎么做, 其实还是值得研究的。此外, 在弱光环境和移动物体下的对焦也得到了改善。双增益和低功耗是关系到实现双增益的问题(我们在上一篇文章中也介绍过。国内最早做双增益推广的手机应该是2, 索尼689已经应用了这个技术。虽然到目前为止, 我们仍然不知道如何清除手机摄像头头部实现双增益的具体方法是什么。三星2每四个像素为一组, 并有独立的双增益控制开关, 可调节两级灵敏度。对于较亮的场景, 传感器会让像素的图像信号达到全输入范围,

即低模式;对于黑暗的场景, 切换到高模式, 即增加像素增益。这种类型的解决方案为不同的照明场景选择了两个原生级别, 三星称之为。使用(解决方案, 从高低读取, 得到高动态范围的画面, 受动态伪影影响较小。好像是其中的一部分, 在弱光环境下, 可以快速获取和处理高、低多帧低级别, 将灵敏度提高到近百万, 将手机夜间成像提升到更高的高度。感觉这是一个略显夸张的表达, 和现在的手机类似, 夜间常见的多层叠长曝光场景模式应该是同一个意思, 至于100万, 这应该体现在像白天一样的夜间拍摄也是很多手机夜景模式下的常见操作, 还有一个相关的2比较值得一提的点就是三星在宣传中提到了2的低功耗。
       对于2, 三星将电源电压从28降低到22, 实现了20%的功耗降低(311244。但是降低电源电压会同时减小输入范围,

使其无法接收到全范围的像素电压。为了解决这个问题, 三星给像素增加了一个06的反馈偏差, 输出范围;同时, 逻辑层(即28使用的电路针对晶体管设计进行了优化, 是所谓的低阈值电压晶体管。两者的结合降低了操作功率, 同时确保了完整的曝光范围。从2020年市场公布的数据来看, 索尼依然是绝对第一, 占据整个市场的40%。不过三星在一定程度上拉近了与索尼的距离, 虽然幅度还比较小, 从前一年的21%上升到2020年的22%;索尼下降了2个百分点。近两年两者的技术竞争一直很激烈, 之前也有过针对三星智能手机模组的对比报告, 强调其创新性。技术的发展可以看作是手机摄影进步的基石,

这从近两年手机厂商的宣传中就可以看出。责任编辑: