首页 生活消费 三星HP2传感器深度解析:亮点不只有2亿像素

三星HP2传感器深度解析:亮点不只有2亿像素

众所周知,自2022年下半年以来,整个智能手机行业在“影像传感器”领域就像开了挂一样,迎来了一轮全方位、大幅的技术革新。

对于旗舰机来说,索尼IMX898让“一英尺大底”在智能手机上首次迎来了普及的机会。

对于高端机型而言,IMX800、IMX866的横空出世不止带来了画质提升,更意味着非旗舰终于跨越了1/1.5英寸这条分界线,第一次集体升级到了更大更强的影像硬件。

而在中端领域,三星HPX、HP1、HP3、HM6等一批小尺寸、但超高像素的CMOS也应运而生。虽然它们在技术端算不上有多极致,但“超高像素”本身就是个极大的噱头。

既然如此,为什么我们三易生活今天要特意来为大家分析同为“2亿像素”的三星HP2呢?其实最初我们看到这款2亿像素新款CMOS的相关信息时也是不以为然,但仔细琢磨之后就发现,它并没有“看起来”那么简单。甚至从某种程度上来说,说它的重要性超过IMX989可能都不为过。

为什么我们会这么说?接下来,我们三易生活将对HP2这款CMOS的方方面面,来做一次相对详细的解读。

 

首先,它的“尺寸”非常微妙

根据三星方面公布的相关信息显示,HP2是一款1/1.3英寸的传感器,可提供2亿/5000万/1250万像素三种工作模式。而在这三种模式下,它的等效像素尺寸分别为0.6微米/1.2微米/2.4微米。

如果有关注过此前已经上市的HP1和HP3(包括HPX,它可以视作HP3的变体)就会发现,HP2的单像素和整体尺寸正好“位于”两者之间。换句话说,它既不是三星目前最大底的2亿像素移动CMOS,也不是其目前制程最精密(单像素尺寸最小)的2亿像素移动CMOS。

 

HP2的尺寸与三星HM3(1.08亿像素)完全一致

那么,三星为何要造这样一颗尺寸“中等”的2亿像素新方案呢?根据官方的说法,这是因为1/1.3英寸的大小意味着HP2在应用到手机里时,可以直接兼容现阶段许多5000万/1亿像素的机身设计,厂商不再需要重新构思机身内部结构,甚至不用更换镜组就能直接“换代”。

说实在的,这就是个非常“理性实用”的设计思路了。一方面,只有尽可能的给终端厂商降低设计难度、降低适配成本的新技术,才更有可能被大量采用。另一方面,考虑到1/1.3英寸“恰好”是迄今为止曾在非旗舰机型(小米CC9 Pro)上出现过的、最大的CMOS尺寸,所以不免让我们遐想HP2未来普及到更多机型上的可能性。

 

其次,它的对焦设计真的很强

除了“适中”、且有利于手机厂商迅速商用的尺寸之外,HP2在对焦设计上也超过了许多比它尺寸更大的CMOS方案。

众所周知,由于像素密度过高,很多早期的超高像素CMOS往往都只能采用简化的对焦设计。这就意味着它们无法在整个CMOS取景区域实现连续追焦,而且在近距离对焦性能上更是令人着急。

而到了现在,以IMX707、IMX989为代表的一批新型超大底CMOS,在对焦性能上的确已经大为改善。这是因为它们采用了名为“Qcta PD(一般中译为全像素八核对焦)”的对焦结构,而这种对焦结构本质上是将全像素双核对焦和“像素四合一”设计组合在了一起,从而兼顾了全CMOS面积上的测距性能以及“四合一”之后的等效大感光面积。

但“QctaPD”绝非大尺寸CMOS上最好的对焦设计,实际上由于它的对焦像素因为只有左右分割,所以无法进行垂直以及斜向的持续追焦。相比之下,索尼曾在IMX689上提出过的“2*2 OCL(全像素全向对焦)”结构,反而才是能够更好兼顾全向对焦和大像素感光的设计。

有趣的是,三星HP2的对焦结构采用的正是类似“2*2 OCL”的“Super QPD”设计。它让每四颗像素共用一个微透镜,从而实现了上下、左右、斜向等多个方向的相位比对能力。同时由于所有的2亿像素全都采用了这一架构,所以它可以做到全取景范围的持续追焦。这就使得HP2在对焦、追焦性能上,超过了很多底更大、像素面积更大的CMOS,在日常使用中反而有着潜在的清晰度优势。

 

最后,它还解决了“高像素”的固有缺陷

对于手机CMOS传感器来说,“大底高像素”自诞生以来其实就一直伴随着许多并不太令人愉快的代价。

比如说更大的底不得不搭配更大更厚的镜头组,从而会显着增厚机身,还会降低光学防抖的效果。

又比如说,前文中我们已经提及,早期的大底CMOS很多在对焦设计上都严重退步,导致实际拍摄中对不上焦、或者完全没法用于拍摄近距离对象,因此实用价值大打折扣。

在日常的评测、使用过程中,我们其实经常遇到这种强光下的过曝样张

但除此之外,“大底高像素”CMOS还有一个普遍缺陷,那就是它们比较容易过曝,而且记录色彩时的动态范围不佳。

为什么会这样?这是因为CMOS传感器的“基本原理”,其实有点类似于太阳能电池,在光线照射到传感器上时,光能会转换为电能,而电能(电子)则会被传感器上的每一个像素点所捕获。之后再通过检测每个像素点的电压(电子数量),就能得知对应色彩的光线强度,并最终组合为画面。

但是问题就在于,对于高像素CMOS来说,因为它们的像素尺寸变小了,所以每个“像素”里实际能够容纳的电子数量比起以前的老款CMOS来说,其实是减少了的。

这样一来,一方面“光线强”和“光线弱”时对应的电子数量差(电压差)就变小了,最终造成画面的宽容度降低,明暗信息量损失变大。另一方面,一旦像素点被强光直接“充满电”,就可能会造成过曝。这就是为什么许多高像素机型在晴天或者有强光源的夜间拍照时,整个画面都可能发白的原因。

双增益电路对于三星来说并不是新设计,只不过这次它实现了同时开启的效果

然而以上这些问题,在HP2上就得到了多个层面上的解决。一方面它将单像素传感器的阱容增大了超过33%,这意味着每个像素点都能捕获更多光线信息(而不过曝)。

另一方面,HP2具备双斜率增益电路(对暗光区域的像素点和亮光区域的像素点使用不同的信号放大倍率),能够在各种大光比场景下实现硬件层面的“暗部提亮”和“高光抑曝”。最后,双ISO功能则意味着它还可以拍摄出超过硬件本身限制的照片色深(通过在一次拍摄中组合两个不同的感光度,生成一帧超高色深的照片)。

 

结语:三星当前技术的集大成,但重点还不止于此

不难发现,在HP2这款2亿像素CMOS身上,其实可以看到三星半导体过去多条产品线、多个不同技术探索方向的“融合”。

比如小型像素设计明显继承自此前JN1、HM2的技术路线,但进行了“高端化”的调整。比如Super QPD对焦吸取了竞争对手的经验,此前已经在HPX上进行了首发验证。比如双增益电路设计最早出现在GW1上,是已经经过大量检验的可靠技术。而双ISO(或者叫Smart ISO Pro)则源自前代的“自用”传感器方案HM3,在软件适配上也已经有了成熟的经验。

但真正更重要的一点在于,虽然大家都知道HP2这款CMOS将会由三星的旗舰机型Galaxy S23Ultra首发,但三星半导体此次对HP2积极宣传态度却是前所未有的。要知道,以往三星的很多“自用”硬件,其实都不太会进行高调宣发,因为这毕竟会让其他的潜在客户感到不满。

那么这说明了什么呢?其实有两种可能。一种是HP2虽然由三星自家的机型首发,但这次很可能会打破“自用独占”惯例,出售给第三方。第二种可能就是HP2只不过是个“前奏”,三星(半导体)早已打算将其赋予2023年推出的更多机型。

不管是哪一种可能性,都意味着我们可能会在今年迎来三星半导体旗下手机CMOS传感器方案的“大爆发”。而且不同于索尼那边目前“专注顶级旗舰”的策略,三星的新款CMOS方案,将有望给整个手机行业都再一次带来显着的影像能力进步。而这也正是我们为什么会说,HP2这款看似“不算特别大”的CMOS,背后的意义却可能胜过IMX989的原因。

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