三星之下 OV 传感器实力解析-国产选手豪威之超简史与展望

1,豪威历史

估计很多人都搞不清豪威这个公司到底什么来头,下面便简单介绍一下,看看这家曾经辉煌过的 CIS 厂家是怎么从全球一哥变成世界老三,并成为国产供应链一环的。

豪威的英文名为“OmniVision”,简称“OV”,1995年成立于美国硅谷。四位创始人皆为华人,其中洪筱英任 CEO(1955年毕业于中国交大,曾就职于摩托罗拉),陈大同任 COO(1977年毕业于中国清华)。

陈大同负责模拟电路设计,而这又是CMOS图像传感器 (CIS) 的核心,深感任务艰巨的他便跑去清华微电子所请了几个学弟过来加入研发团队,并在半年内做出了第一个样品。

那个年代的图像传感器主流技术还是日企主导的 CCD 技术,所以豪威选择另辟蹊径专攻 CMOS 技术;同时还选择了轻资产路线,与台积电达成代工合作关系。

1997年,豪威开发成功了全球首颗单芯片彩色CIS——相较于CCD其于成本、体积和功耗上都有几十倍甚至上百倍的改进!刚开始CIS被大量用于 PC 摄像头上。2000年,豪威在美国纳斯达克成功上市,公司发展驶入了快车道。

进入21世纪后,CIS 又逐渐成为了手机摄像头的标配。因此,国际半导体大厂诸如意法半导体、美光、海力士、东芝,以及后来的索尼及三星都陆续加入到 CIS 市场的激烈战局中。

2007年,豪威对外展示了其背照式技术 CIS 样品——这可是全球首创的设计!但是,已经转战 CIS 赛道的索尼这时候反应极快,竟然在2009年就实现了背照式技术产品的量产!

不过,靠着先发优势,豪威在2009年还是成功打入了苹果的供应链。正所谓盛极而衰,这既是豪威的历史巅峰也是其衰落的开始,此后豪威很快就被于美光处分拆独立的 Aptina 打败,在2010年痛失全球一哥的宝座

更惨的是,2011年苹果开始引入索尼的手机CIS,2012年则直接在后摄传感器端踢掉了豪威,2014年更进一步在前摄端也踢掉了豪威——索尼的手机 CIS 霸主地位正始于此年。

2015年,豪威在纳斯达克退市,随后便接受了以清芯华创、中信资本为首的中国财团之 19 亿美元现金收购要约;2016年收购完成,美国豪威成为了北京豪威的子公司。

至此,一众老迈的创始人和技术骨干正式退休。此后,北京君正想要吞下这个“香饽饽”,但最终失败。后面韦尔股份接力,却被闻泰科技阻挠故也以失败告终。不过收购资本都等着套现呢,于是陈大同在关键时刻回来上任临时CEO。

由于韦尔股份董事长虞仁荣也是清华毕业的,于是在陈大同的撮合下,韦尔股份在2019年成功以 130 亿元人民币收购了北京豪威85%的股权。豪威股权之浮沉,终于尘埃落定。

2,OV48C

OV48C作为小米与豪威联合定制的传感器,最早出现于2020年发布的小米 10 至尊纪念版上。其参数为 1/1.32 英寸、4800万像素、1.2 微米,支持“4合1”输出 2.4 微米的超大像素。

豪威官方宣称,OV48C 是业内唯一一款有能力同时提供4800万像素分辨率、1.2 微米像素尺寸、高速度、片上高动态范围的旗舰级手机图像处理器,其具有优异的信噪比和低光性能,可输出高质量的 4K 视频。

可以看出,其中唯独落下对焦性能没说。没办法,相较于同期索尼最牛的对焦技术,即 IMX700 的全像素八核对焦和 IMX689 的全像素全向对焦,OV48C 仅支持普通的掩蔽式相位对焦

抛开对焦性能不谈,从官方宣传中可以看出这次在 HDR 性能上OV48C优势非常明显,而这个优势就与其首发的小米称之为“双原生 ISO Fusion”之技术有关了。

此外,其基于豪威的 PureCel Plus 晶片堆叠技术,通过引入埋藏式彩色滤光片阵列、深槽隔离等工艺,在提高视频性能的同时还能提供高质量的静态图像采集。

视频性能方面,其不仅支持 8K/24fps 和 4K/60fps 录像,还支持1080P的 240fps 和720P的 360fps 慢动作视频,视频性能优秀的同时可玩性也很高。

OV48C 的整体介绍完成,下面重点解析一下这个小米称之为“双原生 ISO Fusion”的技术到底是何方神圣。要说清楚这个,得先明白“双原生ISO”是什么技术。

CMOS 传感器的工作原理是这样的:首先光电二极管将收集到的光子转化为电子,然后将这些电子导入电势阱,于是电子数量的多寡便会以电压的方式表现出来,最终由负责读数的模数转换器(ADC)完成最终的量化读取。

由于传感器的像素尺寸都很小,所以 ADC 并不容易被读取,这时候就要经历一个信号放大的过程——通过调整放大倍率还能实现 ISO 的高低切换,这里就引出了两种实现方式。

3,双原生 ISO Fusion

这两种实现方式便是双增益与双原生,其中双增益是在像素内重新设计了电路并加入了额外的电容(CAP),通过与这个额外电容的连接与断开从而实现高低增益的切换。

在暗光环境中,CAP不会被连接,这样就可以通过 FD 节点的小电容读出一个高增益信号(小电容更容易被电子塞满,即满阱容量更小),这样就能够压低传感器自身的读出噪声,并保证获取到足够强的信号。

而在高光环境中,低增益模式就会打开,这时候就会连接CAP以吃进更多电子,因此信号链最前端的转换增益(电子转电压)就会降低,有效压制了散粒噪声,且输出图像不会过曝。

而双原生则是在像素外重新设计了两套不同的读出电路,通过切换两档原生 ISO 对应的两套相互独立之放大回路,从而实现高低 ISO 模式的切换,这种方式的技术成本高很多。

其中高倍率放大回路对应暗光下的场景,低倍率放大回路则对应明亮环境下的场景,完美实现双增益效果的同时,还能最大程度地提高上限,这便是双原生 ISO 技术的优异之处。

而“双原生 ISO Fusion”就是更先进的双 ISO 融合技术,这就很牛了,其技术精髓就是“我全都要”——通过完整实时的高低增益同时输出从而获得动态范围更广的融合图像。

那么具体怎么合成呢?首先是亮的那张照片舍弃过曝高光处取暗部细节,再将暗的那张照片舍弃欠曝阴暗处取亮部细节,结合传感器提供的具备片上合成功能之交错式 HDR 方案从而实现融合。

可以说,这个技术就是专门为明暗差异很大之场景准备的,其真正利用硬件做到“高光不过曝,暗处有细节”——既压低了噪声又提升了动态范围。此外,该技术还能有效去除运动伪影从而达到最佳的信噪比。

不得不说OV48C是真的牛,“国产 CIS 之光”可谓实至名归。可惜由于成本过高而且产能不足(代工模式的弊端),其发布至今仅小米10至尊纪念版一款机型搭载使用,着实是个不小的遗憾。

尾声:

近年来还有一款豪威传感器非常出名,那就是被无数性价比机型后置主摄所搭载的OV64B。除此之外,其还被很多旗舰用在潜望长焦镜头上,可见素质是过硬的。

其参数为 1/2 英寸、6400万像素、0.7 微米,支持“4合1”技术。采用了和 OV48C 一样的PureCel Plus晶片堆叠技术,并支持“2x2 OCL”相位对焦,此外还支持在1600万像素视频模式下的三重曝光交错式HDR输出高动态范围视频。

虽然在手机 CIS 领域不敌索尼和三星,但在2008年豪威就开始提供车载 CIS 了。特别是投入中资怀抱之后,豪威在车载 CIS 的规划上面又倾注了更多的精力,往后成长可期。

END

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页面更新:2024-04-13

标签:三星   传感器   索尼   增益   简史   小米   电容   像素   选手   实力   性能   技术   视频

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