索尼IMX689感光器2x2 OCL技術解析
劉延 于 2020.03.06 18:07:11 | 源自:soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:09.52/257
  • 今天[3月6日]OPPO發布了新手機Find X2 Pro,這款售價高達6999元的新旗艦主攝像頭采用了一顆索尼最新的感光器IMX689,不僅是一顆1/1.4英寸的大底,還采用了新的2x2 OCL[On-Chip Lens]畫素排列方式,2x2 OCL技術有什么特點和優點?感謝熱心網友[咕咕]提供原創的相關技術分析文章干貨,本文約1500字,結算稿酬350元。

索尼中國在去年12月10日發布了 2x2 On-Chip Lens解決方案。這篇文章看起來平平無奇,但其背后的技術,可能會將手機圖像傳感器往前推進一大步,這款新解決方案融合了全畫素雙核對焦的對焦速度、傳統Bayer陣列的解析度、還有QuadBayer陣列的弱光拍攝能力。索尼論文中表示,相較于Bayer陣列、QuadBayer陣列、全畫素雙核對焦陣列,2x2 OCL在光電效率(QE)、相位對焦速度(PDAF)、HDR、解析度四個指標上處于全面領先地位。具體是怎么實現的?我們今天就來聊聊。

  • 全畫素全向對焦

    全畫素雙核對焦,這個詞在手機領域已經不新鮮了,從三星S7采用的IMX260開始,這項技術指哪打哪的優秀對焦性能征服了當時幾乎所有人。但隨著華為P20系列采用Quad Bayer陣列后,高畫素成為各路手機廠商追逐的對象,從4000萬畫素到4800萬到6400萬再到1.08億,手機廠商們在追求高畫素的路上一去不復返。但目前手機上的Quad Bayer陣列并沒有搭載全畫素雙核對焦,回歸到了原來部分畫素內嵌相位對焦點的模式,對焦性能自然比不上真·滿屏對焦點的全畫素雙核對焦。在Soomal一系列拍攝體驗中,我們也可以看到,這一系列機器的對焦體驗弱于上個世代的全畫素雙核對焦機型們。

    全畫素雙核對焦是怎么實現的?在撞針的《細說佳能 Dual Pixel CMOS AF 技術 》[作者:撞針 ] 這篇文章里頭,已經解析的很清楚了。

    • DP對焦的核心是每個畫素集成兩個個相互獨立的光電二極管,分別接受來自鏡頭兩側的光訊號,完成相差檢測,再將兩側訊號匯總成一個圖像點輸出。每個對焦畫素都能獲完整的光線訊號,都能參與成像,數量不再受限制,所有的畫素都可以既對焦又成像,70D的2020萬有效畫素的CMOS集成了4030萬光電二極管,所以DP對焦的中文官稱是“全畫素”雙核CMOS AF。

    后面索尼、三星的全畫素雙核對焦都繼承了類似思路,每個濾鏡下有兩個獨立的光電二極管,完成相位檢測,所有的畫素都既可以對焦,又可以成像。這種傳感器,配合手機的高速數據讀取和處理,取得了比佳能更好的效果,采用了全畫素雙核對焦的機器,都能做到“指哪打哪”。

  • 而這一次,索尼采取了全畫素雙核對焦和全畫素雙核對焦的思路。2x2 On Chip Lens,如上圖所示,顧名思義一個微透鏡下面是2x2,四個畫素,這樣,所有的畫素都能參與相位檢測了。

  • 更有意思的是,在傳統的全畫素雙核對焦里,對焦點相當于都是傳統單眼上的 “一字對焦點”,而2x2 OCL解決方案里,橫著的倆可以檢測橫向,豎著的倆可以檢測縱向,斜著的倆又可以測斜向,換句話說,相當于所有的對焦點都是傳統單眼上的“米字對焦點”。全畫素全米字對焦點,索尼表示各個方向對焦都沒問題,也因此國內宣傳口徑叫做“全畫素全向對焦”。

    高解析度輸出

    如何實現高解析度輸出呢?索尼就說了一句話:使用獨自的訊號處理功能來變換排列,實現高解析度拍照。索尼還順便配了一張圖。

  • 普通的Quad Bayer排列,就是四個畫素一組,8個綠色、4個紅色、4個藍色。但如果我們換個角度看看呢?

  • 如上圖所示,如果我們把不同色彩之間相鄰的四個單元拉出來,剛好就是傳統Bayer陣列的四個格子,RGGB。只要我們上、下各錯開一個畫素,那么每四個單元格里,都是傳統Bayer陣列的RGGB畫素排列,只是位置稍有不同。當然了,傳感器解馬賽克算法遠沒有這么簡單,這里只是一個猜想示例。翻翻論文的話,利用算法將Quadbayer陣列傳感器提升解析度的方式,光是我剛查資料看見的就有五六種了。

    索尼半導體強大的性能在這里又一次體現了,從IMX586開始,索尼的Quadbayer陣列是一個原色濾鏡對應一個光電二極管和一套電路,換句話說,每個畫素都能輸出數據,這個才是排列變換的基礎。

    更高的光電效率

    這個可能是這塊傳感器最不值得一提的技術。索尼工程師在論文中表示,由于高畫素傳感器的微透鏡太小,采用更大的微透鏡可以提升光電量子效率(QE, Quantum Efficiency)。但是單個微透鏡下頭有四個畫素,這樣會造成不同畫素之間的互調失真(Crosstalk),所以索尼又秀了一把半導體技術,把微透鏡稍微位移了一下(OCLs Shift),同時又加強了畫素間的隔離(DTI)。

  • 索尼論文中的結果非常理想,在低于1lux的光線上也能做到優良的對焦效率的同時,QE效率比普通的Quad Bayer高7%以上。

    總結:

    索尼最新的全畫素2x2 OCL解決方案提供了手機領域最強的對焦性能,除此以外,還有更高的解析度、更好的弱光拍攝能力。這些能力的背后,是索尼半導體足夠強的性能和工程師們的智慧。

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    發表于2020.03.27 15:16:37
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    211.140.094.***
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    發表于2020.03.26 07:58:52
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    121.012.147.***
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    發表于2020.03.25 17:26:49
    56
    還管怎么說,技術總是朝前進了,享受的是消費者,以為確是后拍照會越來越好的。
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    發表于2020.03.15 22:42:10
    54
    124.129.072.***
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    發表于2020.03.14 22:39:02
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    116.001.227.***
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    發表于2020.03.14 20:17:14
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    發表于2020.03.14 14:15:19
    51
    223.104.047.***
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    發表于2020.03.12 20:21:55
    50
    03
    微透鏡位移是怎么個位移法?DTI也不是什么新技術,無縫微透鏡早已普及,共用OCL哪來的QE提升。2x2OCL無非就是犧牲沒什么卵用的remosaic換取十字對焦點。
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    發表于2020.03.11 22:34:00
    49
    03
    SONY的技術真牛~
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    發表于2020.03.11 19:16:25
    48
    03
    恐怕除了底大也就看不懂其他的技術了吧?反正看不懂即為無用。

    這么推崇X3看不起馬賽克,去看看適馬是怎么輸出高畫素的吧,不也是運算和插值?順便學習學習適馬的四驅傳感器怎么實現的吧。

    算法的進步對于畫質的改善是無可置疑的,因為這是肉眼可見的。
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    發表于2020.03.10 22:43:48
    46
    101.226.225.***
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    發表于2020.03.10 21:30:14
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    發表于2020.03.10 15:43:54
    44
    036.112.083.***
    036.112.083.***
    發表于2020.03.10 10:23:02
    43
    03
    只能說編輯沒有解釋得特別清楚,但是原理人家是沒錯的。而且畢竟不是不是解釋quad bayer陣列,而是解釋新的組合畫素對焦技術的,所以也別太苛求。
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    發表于2020.03.09 16:42:15
    42
    03
    因為quad bayer結構里面畫素和RGB光電管的排列對應關系變了,不同模式下光電管會通過不同組合方式來輸出畫素。所以編輯前后不去強調到底什么情況下畫素是哪些光線管排列的組合,這個對于不知道原理的人看起來確實很混亂。

    用的但是也不是你想的那樣,它的高畫素指標實際上是犧牲了單個畫素面積來達到的,并不是多幀合成。可以把原理插圖里面是是四畫素陣列,不是一個(所以叫quad bayer,四倍拜爾),變換圖里面傳統的RGGB在右邊。正常模式下四個畫素輸出訊號當成一個用,高解析度下每個畫素獨立用。所以一般手機雖然鼓吹畫素上億,但是不會把它做預設值。因為除非光線很好否則畫質實在是拿不出手。

    好處是,必經他可以在兩種模式下幾乎無損切換,而且雖然物理畫素尺寸變小,但是數量變多了,組合起來用的時候(四倍)通過軟硬體的處理后畫質可能比同尺寸痛畫素的傳統排列要強。
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    發表于2020.03.09 16:38:27
    41
    "實際上最簡單的原因在于兩個光電二極管都是長形的,無法對應數位照片上的畫素點。進一步考慮,兩個光電二極管共用一個微透鏡和一個晶片單元,在同一個RGB色彩濾鏡下和低通濾鏡下,幾乎不可能獲取兩個獨立清晰的光訊號。即便將4030萬個訊號單獨記錄,最終的成像也遠達不到4030萬畫素應有的解析度。"
    這是佳能那篇PD中的原文,換到手機里的說法“四個光電二極管共用一個微透鏡和一個晶片單元,在同一個RGB色彩濾鏡下和低通濾鏡下,幾乎不可能獲取四個獨立清晰的光訊號。即便將4800萬個訊號單獨記錄,最終的成像也遠達不到4800萬畫素應有的解析度”
    發表于2020.03.09 15:05:07
    40
    101.020.165.***
    101.020.165.***
    發表于2020.03.09 12:10:09
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