高性能图像传感器能够提高图片和视频的成像质量, 而三星正是这一领域的领导者。最近，三星举办了 2022 年技术日活动，他们分享了包括图像传感器在内的各种System LSI 相关技术的最新进展和未来愿景。传感器设计团队副总裁 Joon-Seok Kim 讨论了智能手机摄影和摄像体验的痛点，以及三星如何继续开发图像传感器以提高用它们捕获的内容的质量。
图像传感器技术已经取得了长足的进步，智能手机的照片质量现在几乎可以与专业数码相机相媲美。传感器技术是关键，但用于多帧降噪、HDR 和 AI 等方面的软件对于这一演变也至关重要。
我们使用相机的方式也发生了很大变化。过去主要是拍摄静态图像，但现在，动态视频覆盖了更为广泛的场景视频被认为更具吸引力，并且随着社交媒体的流行，消费者对视频拍摄的需求也越来越大。然而，静态图像和视频的成像质量之间仍然存在差距，而且事实证明要缩小这一差距非常困难。
为什么智能手机视频依然落后
造成智能手机视频质量滞后的首要原因是存在视觉“噪音”，尤其是在低光照条件下。这是由于在视频模式下以每秒 30 帧 (fps) 的速度捕获足够的光线所需的曝光时间不足所致。
第二个问题是高动态范围 (HDR) 图像很难在逆光等复杂光照条件下呈现出物体和背景的真实颜色。为了实现这一点，智能手机需要通过系统芯片 (SoC) 运行多重曝光和多帧融合，这会占用大量内存和功率。
第三是缺乏深度感知能力。数码单反相机的最佳功能之一是“虚化”——当成像目标的一部分失焦时呈现出的”朦胧美”。使用 SoC，即使背景模糊, 目标对象也可脱颖而出但对于视频来说，由于与 HDR 相同的原因，这种方法并不实用。
“我们认为需要用传感器而不是软件来解决这些问题，我们采用了三步走的方法。首先，我们将改进光线和曝光灵敏度，这一直是一个巨大的挑战，尤其是对于小而薄的智能手机而言，”Kim 说, “其次，为了增加亮度范围，我们正在研究 12 位和 14 位传感器，并朝着更高动态范围的传感器迈进，以实现出色的 HDR成像效果。第三，我们正在开发能检测真实图像深度的 ToF（飞行时间）传感器。我们的目标是为智能手机视频和其他 3D 应用程序提供精确的虚化效果。”
先进的 ISOCELL 像素技术
近年来，高精度像素的技术取得了实质性的进步。通常，越高分辨率的图像传感器需要越小的光敏像素。为了捕捉尽可能多的光，像素结构已从正面照明 (FSI) 演变为背面照明 (BSI)。这就需要把光电二极管层放置在金属线的顶部，而不是其下方。通过将光电二极管放在更靠近光源的位置，使每个像素都能够捕获更多的光。但这种结构的缺点是它会在像素之间产生更高的串扰，从而导致颜色污染。
“为了弥补这一缺陷，三星推出了 ISOCELL，这是首项通过添加屏障将像素彼此隔离的技术。 ISOCELL 这个名字是“隔离”和“细胞”这两个词的复合词，”Kim 解释道, “通过隔离每个像素，ISOCELL 可以增加像素的全阱容量以容纳更多的光并减少一个像素与另一个像素之间的串扰。”
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