自从三星在2000年发布了首款具备拍照功能的手机以来,手机的影像能力就越来越受到消费者们的关注。到今天,手机的影像能力一日千里,不仅淘汰了小型的数码相机,甚至具备了8K30fps的视频拍摄能力,秘密就在于镜头后面的影像传感器。
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什么是影像传感器
所有的数码影像设备均是一套完备的成像系统,主要由影像传感器(也叫成像元件)、镜头和处理器三大核心器件组成。其中影像传感器的作用相当于人眼的视网膜,它的性能直接影响输出的照片或者视频的质量。而消费最为关注的手机摄像头的像素数量,就是影像传感器的核心参数之一。
如果我们把传感器放大看,传感器的是由一个个像素点排列组合而成。数码影像发展中,硬件厂商的追求正式在尽可能保持高画质的基础上,不断地追求高像素。但是受制于技术,当传感器面积相同时,像素越多,意味着单位像素密度越低,单个像素对光线的捕捉能力就会下降,相机的高感画质就会越差,所以如何平衡像素与高感画质,就成为了传感器发展中天平的左右两侧。
但是毋庸置疑,人们对于高像素的需求正在加速提升,如今不论大尺寸输出打印,还是8K视频拍摄,都要求传感器拥有更高的像素;例如如果要实现8K视频,意味着相机传感器像素必须要达到4400万以上(传感器4:3比例下)。因此如何在高像素下实现更好的画质表现,既满足高像素的拍摄要求,又能在日常拍摄时带来更好的画质表现,就成了三星首要考虑的问题。
影像传感器的超级进化
影像传感器由半导体元件构成,因此数码影像发展史也间接展现了半导体工艺的进化史。在2000年三星就推出世界首款拍照手机SCH-V200,虽然其影像传感器仅有35万像素,但却开启了全新的时代。
到了2005年,三星推出全新拍照手机SCH-V770再次惊艳了世界,不仅配备3倍光学变焦镜头,更搭载业界首款700万像素的影像传感器。同年三星还推出了全新ISOCELL技术的800万像素图像传感器,并应用于随后的推出的SPH-V8200手机上,而2006年推出的SCH-B600更让拍照手机跨入千万像素的大门。
进入智能手机时代,手机拍照功能开始全面普及并成为手机厂商的核心卖点之一,尤其进入4G时代,影像传感器的“像素大战”开始进入白热化,千万像素级的拍照水平早已成行业标配,但三星在2020年发布的ISOCELLGN1率先实现5000万像素的突破,具备低光照度感光能力和DLSR级别的对焦速度,并应用于GalaxyA23手机上。
于此同时,人们对于1亿像素的呼声越来越高,在1999年三星率先推出1.08亿像素的影像传感器ISOCELLHMX,也是第一款采用1/1.33英寸感光面积的大尺寸移动图像传感器,可实现更好的感光效果,并应用三星2021年的旗舰手机GalaxyS21 Ultra上,自此开启了亿级像素图像时代。
但小尺寸的影像传感器想要进一步提升像素密度,就要不断减小单个像素的尺寸,这对半导体厂商的工艺制程和研发能力提出更高的要求。例如三星800万像素的ISOCELL影像传感器像素尺寸就达到了1.0um,1亿像素的ISOCELLHMX将像素缩减到0.8um,而2亿像素的ISOCELLHP1像素尺寸达到惊人0.64um,在今年推出ISOCELLHP3更将像素进一步缩小到0.56um,使得相机模组面积减少20%,使得高端机型也能拥有轻薄的机身。
如何在高像素下实现更好的高感画质
摄影是“光的艺术”。虽然小尺寸的影像传感器满足了智能手机轻薄机身的需求,但像素的提升也是一把双刃剑,虽然客观上提升照片的画质和细节,但不断增加的像素密度使得各个像素之间相互光电干也更加严重,降低了影像传感器的感光性能,尤其影响智能手机在800-1600的ISO(感光度)下的夜拍能力。
由于影像传感器感光性能的根本因素是单像素的感光能力,单像素的尺寸越大感光能力也就越好。因此,如何在小尺寸传感器实现高像素与出色的高感控制,业界衍生出了两条技术路线,例如日系厂商的影像传感器偏向使用更大的尺寸的像素,这种做法虽然从原理上看直接有效,但却制约像素数量的进一步提升。
而三星ISOCELL系列影像传感器通采用独家的全深槽隔离(DTI)技术,在像素之间建立起更薄、更深的物理隔墙,防止发生光损失现象并改进光学性能,配合独特的算法,让多个像素合并为一个整体来进一步提高感光性能并降低噪点。在2017年三星影像传感器就实现了4像素合一,到了2021年的ISOCELLHP1更提升到16像素合一,从而拍出更加清晰和干净的照片,并有望成为新一代手机“夜视仪”。
总结来说,近几年来手机拍照摄像能力的突飞猛进,都是影像传感器和幕后半导体产业和不断升级进化的结果。三星具备全产业链的半导体企业,并具备业界领先的研发能力,这次更率先将数码影像引入2亿像素时代,让数码照片的呈现能力更接近人的眼睛分辨率,这个世界正在变得越来越清晰。
页面更新:2024-02-28
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