智能手机图像传感器技术原理及未来趋向

在胶片摄影方面，35 毫米是迄今为止最受欢迎的选择，从简单的傻瓜相机到昂贵的单反相机，它都被使用。镜头的焦距仍然通常以 35mm 等效值列出，这种情况非常普遍。数字转换带来了“全画幅”数码单反相机，其中传感器的尺寸与 35 毫米静态相机相匹配。然而，它也带来了更小的数码相机——小到可以放在口袋里。

对他们来说，1 英寸传感器是圣杯，索尼 RX100 系列等相机就是一个流行的例子。随着智能手机摄像头功能的大幅提升，这些已经过时，但它们确实对智能手机产生了影响。

索尼 Xperia Pro-I从其 RX100 表亲那里借用了 1 英寸传感器，尽管它没有充分利用它的光学元件（它是一个 20MP 传感器，Pro-I 仅使用其中的 12MP）。我们应该注意到，所谓的 1 英寸传感器实际上并不是 1 英寸大小，它们更像是 2/3 英寸。就像 35mm 一样，这是老式相机的另一个保留。

  无论如何，Pro-I 图像传感器具有令人印象深刻的 2.4µm 像素，而200MP ISOCELL HP3 仅在 16 合 1 合并时达到 2.24µm 像素。当然，这两个传感器是为两个不同的相机设计的，有两个不同的用例。   您可能知道 Pro-I 不是第一款配备 1 英寸传感器的智能手机，而且肯定不会是最后一款——2023 年有望成为这种传感器成为旗舰产品标准的一年。   你们中的一些人可能还记得松下 Lumix 智能相机 CM1。毫无疑问，这是一款拍照手机，它配备了令人印象深刻的品牌硬件：f/2.8 Leica 镜头后面的 20MP 1 英寸传感器和可以以 30fps 录制 1080p 视频的“Venus 引擎”（以及4K 15fps）。  

  这是一部厚实的手机，厚 21 毫米，重 204 克（现在好了，2014 年很多了）。CM1 运行 Android 4.4，定制的相机应用程序提供完全手动控制。   一个非常酷的功能是镜头周围的银环实际上是一个可用于更改相机设置的转盘。Lumix CM1 的售价高达 1,000 美元，在当时被认为是昂贵的，但对于这样一款专业的套件来说还算不错。   我们之前已经详细讨论了诺基亚 808 PureView，这款手机非常先进，让人感觉像是来自未来。当它在 2012 年问世时，没有其他手机能真正挑战它及其绝对巨大的 1/1.2 英寸传感器。东芝 HES9 让现代手机的传感器相形见绌——它与同年在 Galaxy S III 中使用的微不足道的 1/3.2 英寸索尼 IMX145 (8MP) 相形见绌。  

  即使按照现代标准，PureView 传感器也有相当大的像素，1.4µm，而且还有很多——41MP。正如我们上周所讨论的，第一款在分辨率游戏中击败它的智能手机是在 2018 年才出现的。   正是高分辨率让诺基亚 808 感觉如此具有未来感——使用的超级采样技术默认为 8MP 照片，并产生令人惊叹的每像素质量，并允许无损数码变焦。现代智能手机正在使用非常相似的方法，尽管有一些重要的区别。   我们将它与小米 Mi 11 Ultra进行了比较，这款手机拥有当时最大的摄像头传感器——三星 ISOCELL GN2 甚至比采用 1/1.12 英寸光学格式的 808 传感器还要大（50MP，即 1.4µm 像素）。  

  我们想在这里绕个小弯，谈谈像素。在谈论数码相机时，您经常会看到有关光圈、传感器和像素尺寸的详细信息。但并非所有像素都是一样的。   808 PureView 的传感器可能非常大并且具有非常高的分辨率，但它是过时的技术。它是一个正面照明 (FSI) 传感器，这意味着传感器的电路会妨碍光电二极管。Lumia 1020是诺基亚于次年推出的下一款 41MP 手机，它使用了更小的（1/1.5 英寸）背面照明 (BSI) 传感器。  

  这也不是全部。“ISOCELL”这个名字来源于隔离单个像素的物理屏障，从而减少了串扰。三星继续开发该技术并吹捧更多优势（例如更大的全阱容量，它测量一个像素在达到最大值之前可以收集多少光子）。  

  三星在这种设计中并不孤单，例如 OmniVision 就有一项类似的技术，名为 PureCel Plus：  

  还有其他新的发展，例如索尼的堆叠传感器设计，它将光电二极管和读取它们的晶体管分成两个单独的层，而不是并排放置，这增加了光电二极管的表面积。  

  所有这些都是说像素大小本身并不是图像质量的最终衡量标准。事实上，正是这些巧妙的设计让传感器制造商能够将像素缩小到低至 0.56µm（有趣的事实：1995 年的 150MHz Pentium Pro 是在 0.5µm 节点上制造的，并拥有 550 万个晶体管）。   小米 11 Ultra 的继任者是小米 12S Ultra，它切换了团队并为其主摄像头配备了索尼 IMX989 传感器——令人印象深刻的 1 英寸 50MP 传感器。它比当今手机中常见的 1/1.5 英寸甚至 1/1.3 英寸传感器大得多。Pixel 7 和 iPhone 14 Pro 属于这一类，具有相当的分辨率（因此像素大小）。Galaxy S22 Ultra 还有一个 1/1.3 英寸的传感器（比头发小），但由于其 108MP 分辨率，它的物理像素更小。  

  但在 12S Ultra 之前，还有另一款使用 IMX989 的手机——夏普 Aquos R6。有趣的是，Aquos 上还贴有徕卡标志，该标志是与夏普共同开发的相机。所以它与小米有共同之处。夏普在移动行业创造了许多第一，尽管该品牌在智能手机市场的存在有限意味着这些开创性的手机经常在雷达下飞行。   有传言称，多家智能手机制造商正在开发配备 1 英寸传感器的旗舰产品，特别是一款具有中等分辨率和大像素的旗舰产品。会有不少型号配备 200MP 相机和更小的像素。我们迫不及待地想看看这两种哲学的战斗将如何展开。      

编辑：黄飞