小米11ultra12g，小米11ultra 234g

以下内容转载自《智根》杂志第《小米11Ultra成卡片机？ 深度解析三星新一代1/1.12\”大底ISOCELL S5KGN2》号，并根据自己的专业知识进行了部分编辑。

本文对搭载ISOCELL Plus、双原生ISO 和双Pixel Pro 传感器的高像素三星S5KGN2 1/1.12 英寸外底进行更详细的分析。 手机摄影界有一句话：“大即正义，大则压倒一切”。 简单来说，如果传感器技术相似，等效孔径和信噪比与帧对角线长度成正比。

例如，小米11的主摄像头为S5KHMX，1/1.33\’尺寸（对角线长度12.03mm），主镜头物理光圈为f/1.69，相当于全画幅25mm f6.1。也就是说，如果小米11的主摄配备了完美的镜头，在光圈全开的情况下拍摄RAW，你会得到同样的场景、同样的快门速度、更低的景深和更低的噪点。它几乎相当于全画幅相机镜头中安装的26mm f6.1。 据网上资料显示，小米11至尊纪念版将手机底部摄像头模组放大至1/1.12英寸50M S5KGN2，其对角线是小米11主摄像头的1.19倍。所以对于相同场景、相同物理光圈，GN2的等效光圈为1.19x，进光量多出20%。

基地大的优势不言而喻。

不过，这显然还不是手机厂商在手机摄像头传感器外底军备竞赛中的上限。同网上的消息称，华为P50已经有一款采用索尼1英寸传感器IMX800的机型，但我个人认为，如果没有镜头技术的创新改进和改变，这就是这款手机我认为应该是尺寸的上限。电话。相机传感器。如果您想要更大的传感器，请不要纠结于手机的突出高度和厚度。

下表提供了有关手机摄像头传感器外底的信息，供您参考。

制表、佐朗厂家型号

制造商型号

尺寸

像素

像素

手机

索尼IMX800

1分钟

P50？

三星S5KGN2

1/1.12”

50M制表，卓朗

1.4微米

小米11至尊纪念版

索尼IMX700

1/1.28”

50公尺

1.22微米

华为P40系列、Mate40系列、Mate X2、荣耀30 Pro+、

三星S5KGN1

1/1.31”

50公尺

1.2微米

vivo X50Pro+、X60 Pro+、IQOO 5/5 Pro

OVT豪威OV48C

1/1.32”

48M

0.8um制表，浊波

小米10至尊纪念版

背照式设计三星和索尼最近在其手机中采用了背照式CMOS 设计。与光线首先穿过电路层的前照式CMOS 不同，在背照式CMOS 中，金属布线层不会阻挡光线，光线首先进入光电探测器二极管，从而使背照式设计的效率显着提高。得到改善。传感器是否具有较高的量子效率，灵敏度和电阻都有显着提高。

右侧为背照式，左侧为前照式

这是另一个更简单的图

ISOCELL Plus 与像素间串扰一般来说，当如此多的像素被封装到如此小的手机底座中时，单个像素很小且像素密度非常高，因此不可避免地存在像素间串扰会发生串扰。

像素串扰示例

索尼的解决方案是DTI（深沟隔离）。在像素之间建立“隔离墙”，提高光利用率，减少干扰，提高抗噪能力和色彩纯度。

DTI 技术减少像素串扰

下面的微结构横截面还显示了DTI 技术如何“隔离”每个像素。

中间的“挡板”是DTI

三星的解决方案类似，最初称为ISOCELL，但采用了F-DTI技术，与索尼的B-DTI略有不同。三星采用VTG技术，让“分区”显得比索尼更深。这也是当初宣传“ISOCELL保温效果极佳”的依据。但实际上，三星在第一代ISOCELL 中使用了金属屏障。这与索尼早期使用的钛基衬里类似。

这是ISOCELL的示意图，但实际上有点模糊，因为BSI和ISOCELL基本上是两种技术。

三星有VTG，所以分区比较深。

三星新一代ISOCELL Plus 取代了金属屏障，并使用“一些新材料”来提供更好的隔热效果。据新闻稿称，与上一代相比，它的光利用率提高了15%，允许小于0.8m 的像素存在，而不会因串扰而导致性能下降。

ISOCELL Plus 图

事实上，国内OV（豪威科技）也有相应的像素分离技术，名为“PureCel Plus-S”，采用类似于索尼第一代B-DTI技术的隔离结构，带有金属阻挡墙。

OV 像素分离

双增益、双原生ISO 和Smart-ISO Pro。满阱容量可以理解为传感器可以容纳的最大电子数，ISO可以理解为模拟图像转换后图像亮度的数字乘数。数字化转型。在光电转换之后、模数转换之前，电荷陷阱产生的电压太弱，因此需要一个称为转换增益的模拟放大层。该放大层是决定满阱容量的关键。和本机ISO。 一般来说，对于相同的过程，满孔体积越大，原始灵敏度的动态范围越高。这是因为动态范围=全阱电容/背景噪声，而手机CMOS的背景噪声并不占主导地位。传感器面积也较小，低灵敏度时的信噪比必须通过增大孔的总体积来提高。这在数据中反映为较低的转换增益和较低的本机ISO（例如iPhone 和三星上的ISO50）。 ）翻译成人类语言是：“它对光不敏感，但可以保留更多光子而不会过度曝光，从而实现更高的动态范围。但实际上，整个体积井的增加和降低原生ISO 都会产生负面影响。”在高灵敏度上。由于转换增益较低，为了获得相同的亮度，模数转换后的数字增益也会较高，导致读取噪声更加明显。这就是为什么IMX094、原生ISO64满井容量大的D810在高感光度上无法击败D800，而原生ISO200、主打高感光度的D810A满井容量小。这是一个在传统设计较差的低端动态与低灵敏度动态和高灵敏度信噪比之间进行选择的问题。

直观比较高低灵敏度下全井容量与动态范围的关系

我们如何解决这个问题呢？只要让传感器有两个转换增益和两个原生ISO 即可。 索尼的解决方案被称为“DCG技术”或“双转换增益”，它通过某种开关触发低阱电容模式，从而抑制高ISO下的读出噪声并降低低灵敏度下的纯度，从而在不牺牲高灵敏度的情况下提高灵敏度。

DCG电路图

D850 和7R3 代全画幅传感器通过添加DCG 技术提供高灵敏度性能。

D850 具有与ISO64 相同的固有灵敏度，并在ISO400 时切换到低井容量和高转换增益模式以抑制读出噪声。

事实上，三星早期的“Smart-ISO”（不带Pro）也有这个想法。高阱电容可改善动态或低阱电容的电压噪声。当光照较低时，高ISO 模式以更高的转换增益将光转换为电压。低ISO 模式可降低图像噪点，同时最大限度地提高每个像素的能力，以防止过饱和并改善拍摄明亮区域的色彩再现。详细信息正确的名称是“Dual Gain”，而不是“Dual Native ISO”。它本质上是一个开关（双增益开关），因此如果您想要更低的井电容，只需打开开关并增加转换增益即可。就像胶片时代一样，可以灵活更换为ISO100或IS400胶片。然而，这种切换方法无法产生两个完整的模拟增益组。同一张图片只能使用一个原生ISO。另外，高增益和低增益不能同时读取。时间。 近年来，三星和OV更进一步，直接使用两套完整的转换增益集，以达到同时使用两套原生ISO的目的。小米10至尊纪念版采用的OV48C主打“双原生ISO融合”原理，两组模拟放大同时工作，合成更高动态范围的图像。高光区域的ISO 较低可减少曝光过度的可能性，而暗区的ISO 较高则可提高信噪比。

两种ISO“切换”与“融合”的区别

三星称之为“Smart-ISO Pro”，光电转换后的电信号同时经过两组转换增益不同的模拟增益，进行模数转换和去马赛克。在同一场景中形成两个原生ISO。然后，强大的算法会合成高光区域细节丰富、暗区域噪点较少的图像。

三星官方宣传照

这种双原生ISO 的优点是更高的动态范围和更低的暗噪声。 Smart-ISO Pro首先在高ISO和低ISO模式下将场景的光线信息转换为电压信号。然后，该技术会智能地结合结果。两种模式相结合可创建高动态范围的最终图像。这使得图像传感器能够呈现黑暗区域的细节并保留高光区域的自然色彩，最终产生逼真的图像。

所以说到“双原生ISO”技术，三星GN2是领先者。在HDR和4像素集成方面，GN2采用了近年来在手机中流行的四拜耳阵列。三星也称其为Tetra Pixel。这意味着四个像素被组合成一个大像素。

三星4像素和1像素设计的优势在于有效受光面积没有变化，并且没有采用索尼的2×2 OCL，所以所谓的“弱光下单像素高度感更好”这并不意味着可以使用相同的大像素，下面用一条对角线作为分割线，实现长和短两种曝光模式，也称为四拜耳编码（Quad Bayer Coding，QBC）。明亮区域取自短曝光的曝光不足部分，暗区域取自长曝光信噪比较好的部分，然后组合成高动态范围HDR图像。

Quadbayer 编码示例（右）

索尼的2x2OCL 使用四个像素共享一个微透镜。这才是真正的“大像素”，其量子效率比像素更小、镜头更小的三星略高。

2x2OCL 示例

各种像素阵列和微透镜设计各有优缺点，但我认为传统的拜耳在分辨率方面更强。

这个4像素阵列也可以通过一些算法（重马赛克算法）恢复到高像素模式，但一般来说，这种算法非常复杂，而且原始采样点有偏移，效果不完整。让我更详细地解释一下。

使用Quad Bayer 恢复拜耳模式

三星GN2官方宣传也称其为“输出真5000万像素”、“夜间大像素”，但这只是宣传。请看一下。这个像素仍然是对应微透镜的小像素，但是滤镜是用它来设计的。

三星官方促销

所谓的一亿像素、五千万像素更多是出于广告目的。手机传感器受到面积、镜头质量、处理速度等限制。产生高像素输出没有什么意义；相反，最好将四个像素合并为一个，以提高低像素输出时的动态范围和噪声控制水平。实际上是双本机ISO 等。约1200 万像素输出非常适合手机。这是因为很多手机照片的目的是为了在互联网上传播以查看大图，而不是打印大尺寸照片以查看细节。这就是为什么几乎所有高像素手机都采用4像素、9像素、甚至16像素滤光阵列设计。 但如果集成的像素太多，像P40 Pro 的16 合1 广角那样，色度采样率就会很低，使得Quad Bayer 的4 像素集成成为更折中的选择。 全像素双核对焦和Dual Pixel Pro “全像素双核对焦”是相位对焦的一种。 在传统的相位检测自动对焦（PDAF）中，将焦点固定在无法成像的像素上，使用像素屏蔽（屏蔽像素）方法通过从不同方向传递焦点来进行相位检测，然后计算相位差确定焦点偏移和焦点。

相位焦点结构

被遮挡的像素无法成像

不同的masked像素得到相位差（phase Difference）

然而，这种嵌入式焦点设计的缺点是被像素遮挡的相位检测点无法成像。虽然更多的焦点可以提高对焦性能，但传统相位对焦的覆盖范围不高，因为信息损失较大，并且需要从邻近像素计算合适的颜色。 为了解决这个问题，引入了双像素自动对焦（DPAF）。将像素分成两个光电二极管并获得两个信号（图像A 和图像B）。通过比较图像A 和图像B 之间的相位差来计算镜头偏移。

佳能DPAF 原理

光电二极管分为两部分。

DPAF 中的每个像素无需专用对焦点即可同时成像和对焦，实现100% 的对焦覆盖率和更高的对焦采样率，当然还能实现更快、更准确的对焦。

DPAF 和PDAF 的区别

然而，全像素双核对焦的缺点是光电二极管被分成两个，使得布线变得复杂，从而增加了填充因子，或者说受光面积与总面积的比率。变低，量子效率变低。 索尼的解决方案是2×1 OCL。这意味着两个像素共享一个微透镜，实现部分像素的双核对焦。这允许在不影响整体量子效率的情况下考虑采样率。

不同的微透镜设计实现不同的聚焦方法

如果你留意的话，以上所有对焦方式都只能检测到所谓“一线对焦”中的相位差。特定的纹理（例如，水平线）。 目前您需要一个类似于十字对焦点的索尼2x2OCL。一个微透镜下的四个小像素可以检测水平和垂直相位差。它还支持4 像素四拜耳阵列。

2x2OCL示意图

双核对焦与2x2OCL的区别

正如前面讨论4 像素集成时提到的，三星没有做2x2OCL，仍然使用可容纳两个光电二极管的微透镜。那么GN2是如何实现这种交叉焦点设计的呢？三星Dual Pixel Pro采用了相对“棘手”的双核对焦方案。对红色和蓝色像素进行垂直分割，对绿色像素以四个为一组进行左右分割。虽然本质上是全像素双核对焦，但这种分割方法避免了单向对焦无法检测某些纹理的缺陷。

Dual Pixel Pro 双像素分割方法

虽然这种双像素结构不如2x2OCL，但相对于上一代DPAF 来说是一个显着的改进。 冷水浇：手机边缘的图像质量和厚度问题图像是系统工程，尤其是手机这样的产品，对尺寸和厚度都有要求。更好的传感器并不一定意味着更好的图像质量。镜头组、ISP、算法等才是真正决定你水平的关键。 一般来说，镜头光圈和像场越大，体积和厚度要求越高，边角画质控制也越困难。 GN2使用了近1英寸的外底，但如果保留边角并减小光圈，与较小鞋底的间隙不会扩大，如果放弃边角，图像最终可能会被裁剪。只要光圈和画质好，和小鞋底没什么区别。三星S20 Ultra上的特写球差和华为P40 Pro上主摄像头的裁剪都是使用外底作为卖点的设备的例子，但没有充分利用它。 从消息来看，小米11至尊纪念版被评为最佳拍照手机。后置镜头组又大又厚，非常引人注目。

小米10至尊纪念版的相机配置已经足够夸张，而且在重量和厚度上也有足够的权衡，所以这种军备竞赛型产品是毫无疑问的。 更厚、更重的产品的推出不仅支撑了DXO的外观，也无法让它在日常使用中与稍小的相机区分开来。它可以与1英寸入门级相机竞争，但仍然无法竞争。 1英寸的入门级相机不足以与m43以上画幅相比。甚至有传言称华为P50系列将采用1英寸的IMX800以及更夸张的一组镜头。手机不是相机，想要高画质的消费者自然会选择更专业的设备。

为什么手机的像素分辨率比单反相机高，却无法取代单反相机？

知乎

总结显然，三星GN2 将是今年手机中最好的CMOS。 令人难以置信的感光面积、ISOCELL Plus减少像素间串扰、双原生ISO支持动态范围、Quad Bayer阵列提供近乎实时的HDR、创新的双核像素分割方式提供更全面的对焦可以说是“参数”离开”。图表”。 在我们赞扬三星的同时，我们也必须认识到，它在传感器领域并不孤单。索尼2x2OCL可以在更大的微透镜下实现更高的量子效率和“更大的像素”，但在相同面积下理论图像质量甚至更高。然而，从双原生ISO的角度来看，索尼在DCG方面仍然处于边缘地位。在后面。 至于实际的产品如何，还得等到实际的设备才知道，但从消息来看，小米11至尊纪念版是一款为了追求画质而牺牲重量和厚度的产品。之前的小米10至尊纪念版的训练水平就非常不错，在大底的支撑下，小米11至尊纪念版有望在一段时间内成为世界第一。