索尼IMX689感光器2x2 OCL技术解析
刘延 于 2020.03.06 18:07:11 | 源自:soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:09.52/257
  • 今天[3月6日]OPPO发布了新手机Find X2 Pro,这款售价高达6999元的新旗舰主摄像头采用了一颗索尼最新的感光器IMX689,不仅是一颗1/1.4英寸的大底,还采用了新的2x2 OCL[On-Chip Lens]像素排列方式,2x2 OCL技术有什么特点和优点?感谢热心网友[咕咕]提供原创的相关技术分析文章干货,本文约1500字,结算稿酬350元。

索尼中国在去年12月10日发布了 2x2 On-Chip Lens解决方案。这篇文章看起来平平无奇,但其背后的技术,可能会将手机图像传感器往前推进一大步,这款新解决方案融合了全像素双核对焦的对焦速度、传统Bayer阵列的解析度、还有QuadBayer阵列的弱光拍摄能力。索尼论文中表示,相较于Bayer阵列、QuadBayer阵列、全像素双核对焦阵列,2x2 OCL在光电效率(QE)、相位对焦速度(PDAF)、HDR、分辨率四个指标上处于全面领先地位。具体是怎么实现的?我们今天就来聊聊。

  • 全像素全向对焦

    全像素双核对焦,这个词在手机领域已经不新鲜了,从三星S7采用的IMX260开始,这项技术指哪打哪的优秀对焦性能征服了当时几乎所有人。但随着华为P20系列采用Quad Bayer阵列后,高像素成为各路手机厂商追逐的对象,从4000万像素到4800万到6400万再到1.08亿,手机厂商们在追求高像素的路上一去不复返。但目前手机上的Quad Bayer阵列并没有搭载全像素双核对焦,回归到了原来部分像素内嵌相位对焦点的模式,对焦性能自然比不上真·满屏对焦点的全像素双核对焦。在Soomal一系列拍摄体验中,我们也可以看到,这一系列机器的对焦体验弱于上个世代的全像素双核对焦机型们。

    全像素双核对焦是怎么实现的?在撞针的《细说佳能 Dual Pixel CMOS AF 技术 》[作者:撞针 ] 这篇文章里头,已经解析的很清楚了。

    • DP对焦的核心是每个像素集成两个个相互独立的光电二极管,分别接受来自镜头两侧的光信号,完成相差检测,再将两侧信号汇总成一个图像点输出。每个对焦像素都能获完整的光线信号,都能参与成像,数量不再受限制,所有的像素都可以既对焦又成像,70D的2020万有效像素的CMOS集成了4030万光电二极管,所以DP对焦的中文官称是“全像素”双核CMOS AF。

    后面索尼、三星的全像素双核对焦都继承了类似思路,每个滤镜下有两个独立的光电二极管,完成相位检测,所有的像素都既可以对焦,又可以成像。这种传感器,配合手机的高速数据读取和处理,取得了比佳能更好的效果,采用了全像素双核对焦的机器,都能做到“指哪打哪”。

  • 而这一次,索尼采取了全像素双核对焦和全像素双核对焦的思路。2x2 On Chip Lens,如上图所示,顾名思义一个微透镜下面是2x2,四个像素,这样,所有的像素都能参与相位检测了。

  • 更有意思的是,在传统的全像素双核对焦里,对焦点相当于都是传统单反上的 “一字对焦点”,而2x2 OCL解决方案里,横着的俩可以检测横向,竖着的俩可以检测纵向,斜着的俩又可以测斜向,换句话说,相当于所有的对焦点都是传统单反上的“米字对焦点”。全像素全米字对焦点,索尼表示各个方向对焦都没问题,也因此国内宣传口径叫做“全像素全向对焦”。

    高分辨率输出

    如何实现高分辨率输出呢?索尼就说了一句话:使用独自的信号处理功能来变换排列,实现高分辨率拍照。索尼还顺便配了一张图。

  • 普通的Quad Bayer排列,就是四个像素一组,8个绿色、4个红色、4个蓝色。但如果我们换个角度看看呢?

  • 如上图所示,如果我们把不同色彩之间相邻的四个单元拉出来,刚好就是传统Bayer阵列的四个格子,RGGB。只要我们上、下各错开一个像素,那么每四个单元格里,都是传统Bayer阵列的RGGB像素排列,只是位置稍有不同。当然了,传感器解马赛克算法远没有这么简单,这里只是一个猜想示例。翻翻论文的话,利用算法将Quadbayer阵列传感器提升分辨率的方式,光是我刚查资料看见的就有五六种了。

    索尼半导体强大的性能在这里又一次体现了,从IMX586开始,索尼的Quadbayer阵列是一个原色滤镜对应一个光电二极管和一套电路,换句话说,每个像素都能输出数据,这个才是排列变换的基础。

    更高的光电效率

    这个可能是这块传感器最不值得一提的技术。索尼工程师在论文中表示,由于高像素传感器的微透镜太小,采用更大的微透镜可以提升光电量子效率(QE, Quantum Efficiency)。但是单个微透镜下头有四个像素,这样会造成不同像素之间的互调失真(Crosstalk),所以索尼又秀了一把半导体技术,把微透镜稍微位移了一下(OCLs Shift),同时又加强了像素间的隔离(DTI)。

  • 索尼论文中的结果非常理想,在低于1lux的光线上也能做到优良的对焦效率的同时,QE效率比普通的Quad Bayer高7%以上。

    总结:

    索尼最新的全像素2x2 OCL解决方案提供了手机领域最强的对焦性能,除此以外,还有更高的解析度、更好的弱光拍摄能力。这些能力的背后,是索尼半导体足够强的性能和工程师们的智慧。

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    113.016.061.***
    113.016.061.***
    发表于2020.03.27 15:16:37
    58
    211.140.094.***
    211.140.094.***
    发表于2020.03.26 07:58:52
    57
    121.012.147.***
    121.012.147.***
    发表于2020.03.25 17:26:49
    56
    还管怎么说,技术总是朝前进了,享受的是消费者,以为确是后拍照会越来越好的。
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    发表于2020.03.15 22:42:10
    54
    124.129.072.***
    124.129.072.***
    发表于2020.03.14 22:39:02
    53
    116.001.227.***
    116.001.227.***
    发表于2020.03.14 20:17:14
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    03

    此帖使用Android设备提交
    发表于2020.03.14 14:15:19
    51
    223.104.047.***
    223.104.047.***
    发表于2020.03.12 20:21:55
    50
    03
    微透镜位移是怎么个位移法?DTI也不是什么新技术,无缝微透镜早已普及,共用OCL哪来的QE提升。2x2OCL无非就是牺牲没什么卵用的remosaic换取十字对焦点。
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    发表于2020.03.11 22:34:00
    49
    03
    SONY的技术真牛~
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    发表于2020.03.11 19:16:25
    48
    03
    恐怕除了底大也就看不懂其他的技术了吧?反正看不懂即为无用。

    这么推崇X3看不起马赛克,去看看适马是怎么输出高像素的吧,不也是运算和插值?顺便学习学习适马的四驱传感器怎么实现的吧。

    算法的进步对于画质的改善是无可置疑的,因为这是肉眼可见的。
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    发表于2020.03.10 22:43:48
    46
    101.226.225.***
    101.226.225.***
    发表于2020.03.10 21:30:14
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    03

    此帖使用Win10提交
    发表于2020.03.10 15:43:54
    44
    036.112.083.***
    036.112.083.***
    发表于2020.03.10 10:23:02
    43
    03
    只能说编辑没有解释得特别清楚,但是原理人家是没错的。而且毕竟不是不是解释quad bayer阵列,而是解释新的组合像素对焦技术的,所以也别太苛求。
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    发表于2020.03.09 16:42:15
    42
    03
    因为quad bayer结构里面像素和RGB光电管的排列对应关系变了,不同模式下光电管会通过不同组合方式来输出像素。所以编辑前后不去强调到底什么情况下像素是哪些光线管排列的组合,这个对于不知道原理的人看起来确实很混乱。

    用的但是也不是你想的那样,它的高像素指标实际上是牺牲了单个像素面积来达到的,并不是多帧合成。可以把原理插图里面是是四像素阵列,不是一个(所以叫quad bayer,四倍拜尔),变换图里面传统的RGGB在右边。正常模式下四个像素输出信号当成一个用,高分辨率下每个像素独立用。所以一般手机虽然鼓吹像素上亿,但是不会把它做默认值。因为除非光线很好否则画质实在是拿不出手。

    好处是,必经他可以在两种模式下几乎无损切换,而且虽然物理像素尺寸变小,但是数量变多了,组合起来用的时候(四倍)通过软硬件的处理后画质可能比同尺寸痛像素的传统排列要强。
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    发表于2020.03.09 16:38:27
    41
    "实际上最简单的原因在于两个光电二极管都是长形的,无法对应数码照片上的像素点。进一步考虑,两个光电二极管共用一个微透镜和一个芯片单元,在同一个RGB色彩滤镜下和低通滤镜下,几乎不可能获取两个独立清晰的光信号。即便将4030万个信号单独记录,最终的成像也远达不到4030万像素应有的分辨率。"
    这是佳能那篇PD中的原文,换到手机里的说法“四个光电二极管共用一个微透镜和一个芯片单元,在同一个RGB色彩滤镜下和低通滤镜下,几乎不可能获取四个独立清晰的光信号。即便将4800万个信号单独记录,最终的成像也远达不到4800万像素应有的分辨率”
    发表于2020.03.09 15:05:07
    40
    101.020.165.***
    101.020.165.***
    发表于2020.03.09 12:10:09
    39
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