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小米最新的1個億將camera sensor的熱度推到了新高，這和最近幾年智能手機的行業(yè)競爭已經(jīng)到了白熱化狀態(tài)相關，所有的手機廠商都在嘗試尋找新的賣點以提高用戶的粘性，而camera是其中少有的持續(xù)的顯性賣點，這也讓相關技術(shù)快速的進行迭代。Image sensor雖然是一個傳統(tǒng)的半導體器件，但也在巨大的市場需求下呈現(xiàn)了技術(shù)更新的快速化和多元化。 對于一般的用戶來說,除了廣告上看不懂的新名詞之外，可能最引起注意的就是相機的像素數(shù)，雖然像素的數(shù)目和圖像質(zhì)量之間的關系并不是線性的，但是很多用戶就是認為像素越高相機越好。增加的像素數(shù)目往往隨著sensor size的增加，這幾年最大的sensor面積已經(jīng)迅速由1/2.5英寸增加到了1/1.33英寸。雖然從圖來看1/1.33英寸比起單反全幅的35mm還是有很大差距,但是在最近兩年增大了已經(jīng)不止一倍了，許多的手機中的sensor已經(jīng)大于之前的卡片機，但是手機中的camera模組卻要比卡片機小的多，不過光是sensor size的增大已經(jīng)遠遠不能滿足像素增加,只能同時減小Pixel size.因此sensor在這種市場需求下向多像素、小pixel size的方向發(fā)展。18年Sony、三星相繼推出0.8um 48M。19年64M 0.8um快速產(chǎn)品化,最終在年底前一個億的0.8um終于進入了量產(chǎn)，而Sensor廠又已經(jīng)開始開發(fā)0.7um像素大小的技術(shù)。從下表來看，從1.12um開始小pixel size的技術(shù)開發(fā)速度越來越快，1.0um到0.9用了4年，而0.8um只用了1年時間。0.9um曇花一現(xiàn)，很快就退出了主流市場。而0.8um迅速的成為市場上主流。Pixel size減小給性能帶來極大的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)小pixel size仍能保持優(yōu)良的畫質(zhì)，sensor的設計和制程工藝也在不斷的發(fā)展。另外一方面上圖總結(jié)了隨著pixel size減小，各公司衍生出來的新技術(shù)。所有這些技術(shù)的目的都是為了提高進光量、減小pixel之間的串擾。這里的每個技術(shù)我們后面有機會在公眾號中逐個介紹。15年三星推出了第一顆手機用PDAF sensor。為了實現(xiàn)PDAF，PD pixel被金屬遮擋一半。因此早期的PDAF sensor往往在30 lux照度以下對焦很困難。隨著對暗光對焦的需求，sensor廠又相繼推出2*1OCL（on chip lens）PDAF。有效的增大了PD pixel的受光面積，增強了PDAF在暗光下的性能。Dual PD實現(xiàn)了100%PD密度，更是極大的改善了AF性能。目前最好的對焦速度和效果的sensor依然都是Dual PD sensor。在這之后也出現(xiàn)了Qual PD sensor的概念,也就是4個像素組成的橫豎兩個方向的PD偵測。但Quad PD對功耗和pixel 感光等性能的負面影響，變成了其產(chǎn)品化的阻礙,直到目前并未流行起來。目前主流的sensor都是用Stacked 技術(shù)把sensor分為pixe和logic兩層,這有效的減小了sensor面積（平面變?yōu)榱Ⅲw），其次pixel部分和logic可以分別優(yōu)化，logic部分可以采用更先進的半導體制程工藝。更先進的半導體生產(chǎn)工藝意味著更小的功耗、更小的die size和提供更多功能的可能性。目前廣泛使用的是40nm制程，而三星更激進的導入了28nm。從die size的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，同樣的resolution下die size是呈減小的趨勢。不知道什么時候sensor也可以用上現(xiàn)在CPU最先進的7nm制程。Reference [1] R. Fontaine. The State-of-the-Art of Smartphone Imagers個人認為Quad Bayer(4 Cell)技術(shù)是這兩年最好的手機sensor技術(shù)。這個技術(shù)很好的補償了小pixel size在低光時的損失，將用戶使用場景分成了高光使用小像素高分辨率,低光中”大像素”低噪聲，這是最近幾年相機進入48M,64M,108M的根本推進技術(shù).而且該項技術(shù)后面的發(fā)展?jié)摿€是很大的。最早在手機camera sensor中推廣4 Cell技術(shù)是三星,但是當時國內(nèi)的廠商主要是在前攝中使用，配合柔光燈推出了很多很多柔光拍攝的手機。4 Cell的技術(shù)很好進行了美白,成為了國產(chǎn)手機獨特的賣點，這個和當時的4 Cell中的remosaic技術(shù)是在軟件中實現(xiàn)有很大關系。由于是軟件實現(xiàn),所以無法實時出全分辨率圖片，對于后攝是個硬傷。而在這之后發(fā)展中很重要的一步就是Sony將remosaic功能由軟件放到了sensor中,做到可以實時出全分辨率的圖像，這使得4cell sensor 進入后攝的集成變得更簡單,不需要ISP做任何修改(ISP的修改更慢)，尤其華為P20pro的夜景效果使得4 Cell sensor在夜景拍攝中站穩(wěn)了腳跟，而這次三星108M更進一步的體現(xiàn)了4 Cell的優(yōu)勢。今年我們看到Video在手機camera中變得越來越重要，而4 Cell中的單幀HDR確實是目前視頻HDR中很靠譜的方案之一。 另外4 Cell合一也不是局限,是不是會出現(xiàn)9 Cell變成一個像素繼續(xù)提高暗光表現(xiàn)或者更多的顏色排列方式呢? 讓我們繼續(xù)關注三星,Sony,OV等sensor廠商將這些技術(shù)市場化的進程。
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