手机影像传感器大起底！盘点近年来那些经典传感器

手机影像传感器大起底！盘点近年来那些经典传感器

自从世界上第一款可以拍照的手机问世以来，手机的成像能力越来越受到消费者的关注和关注。 尤其是近年来，手机影像系统成为各大手机厂商研发和推广的重点。 所以，在手机摄影发展多年的过程中，消费者一直有这样的疑问：“如今的智能手机的成像能力相比早期的手机提升了多少”、“如今的影像旗舰机的拍照达到了什么水平”等问题。 ”和“它们比相机好吗？ 以及其他问题。 本期我们将专门针对手机影像系统的硬件参数、近年来手机影像系统的发展以及当前旗舰手机主摄像头传感器及相关技术的进展做专题来解答。您对手机成像的疑问。

本文是整个主题的第一篇。 旨在向读者介绍近年来出现的一些重要的图像传感器，简单普及一些传感器知识。 我们将讨论文章中提到的RYYB等图像概念或实现原理。 我将在下一篇文章中详细解释。

手机和相机哪个更好？

摄影是记录光的过程，也是保留光的艺术。 在胶片摄影时代，胶片扮演着“捕光者”的角色。 随着技术的进步和市场的需求，图像传感器已经成为胶片的替代品。 主流感光元件，而这个改变让手机摄影成为可能。 如今，大多数智能手机、民用无人机和相机都采用CMOS图像传感器，其具有成本较低、性能稳定、功耗低等优点。 那么，既然相机和手机都使用CMOS图像传感器，那么它们之间有什么区别呢？

▲常见的图像传感器分为CCD和CMOS两种

其中，两者最明显的区别就是尺寸。 “基数大就会杀了你”是相机行业的一条众所周知的规则。 这句话指的是工艺水平相似时，传感器尺寸越大，成像效果越好。 由于手机图像传感器是矩形的，我们一般通过对角线长度来衡量其尺寸（以英寸为单位，单位符号为“）。根据行业惯例，如果传感器尺寸大于1/2”，则1”为等于16毫米；如果传感器尺寸小于1/2英寸，则按1英寸等于18毫米计算）。今年，顶级手机的图像传感器尺寸最大仅达到1英寸，而传感器尺寸为1英寸入门级微单相机也是从1英寸开始。更大的传感器尺寸带来更大的感光面积、更大的单像素面积和更高的信噪比，从而导致照片图像更纯净、宽容度更高。

▲夏普AQUOS R6的主传感器尺寸为1英寸。

除了更大的传感器之外，该相机还拥有许多丰富且高品质的镜头组可供选择，例如摄影爱好者的最爱：“三巨头”（三颗顶级变焦镜头，恒定F/2.8最大光圈）和“大光固定镜头”。 ”（高品质大光圈定焦镜头）等高品质镜头，而手机镜头则受尺寸限制。镜头模组多为定光圈和定焦距的组合。镜头材质多为塑料，而且镜头的数量通常少于相机的镜头数量。

▲手机图像传感器和相机图像传感器的面积对比。

那么当绝对的光学素质被相机压倒的时候，怎样才能让自己的手机拍出满意的照片和视频呢？ 这已经成为手机厂商不得不面对的问题。 为了解决焦距不足的问题，手机厂商提出了多摄像头中继方案和多焦点融合技术。 为了解决进光不足的问题，手机厂商长期以来一直在加大镜头光圈、增大传感器面积、改变像素排列以及持续改进夜景算法。 针对手机摄像头分辨率不足的问题，超高像素传感器和一体化像素技术应运而生。 为了充分发挥传感器的实力，多镜头设计、玻塑混合镜头、更好的镜头镀膜以及更先进的防抖技术近年来逐渐被搭载在旗舰手机上。

▲可变光学变焦镜头。

如今的旗舰手机常用焦段齐全，从等效焦距十几毫米的超广角段到等效焦距200毫米的长焦段。

当然，现阶段，如果手机仅依靠硬件性能，手机拍摄的照片和视频的质量仍然难以与相机相比。 不过手机有着相机不具备的优势，比如方便携带、抬手即可拍摄、使用门槛低等。 相比更换镜头、调整焦距、曝光的繁琐步骤，你只需拿出手机捏住变焦按钮即可拍照。 这是大多数消费者的正常应用。 毕竟很多时候“会拍”比“拍得好”更重要，而比“会拍”更重要的是“愿拍”。

▲手机厂商采用多定焦中继方案来模拟相机光学变焦镜头的效果。

如今，手机摄影已经进入计算摄影时代。 除了使用更好的光学硬件之外，高计算成像芯片和优秀算法的深度介入也成为手机成像过程中不可或缺的一部分。 可以说，软硬件的深度融合是未来手机摄影的最大优势和发展方向。

当然，无论怎样，拍摄高质量照片和视频的前提是拥有高质量的图像传感器。 接下来笔者就为大家介绍一下近年来在行业中发挥重要作用的手机图像传感器。

近年来发挥重要作用的手机图像传感器

在手机图像传感器领域，主要有3家供应商，分别是索尼、三星和豪威科技。 去年，仅这三家公司在这一领域的营收就占据了行业总营收的80%以上，旗舰手机上的图像传感器也来自这三家公司。 因此，下面笔者基本上会按照发布时间的顺序为读者介绍。

2018年下半年发布，堪称一代底蕴。 其率先在1/2英寸传感器上采用单像素尺寸为0.8微米的超紧凑像素，使其有效像素达到4800万。2019年的手机市场掀起了4800万像素的热潮。传感器尺寸固定，像素越多，传感器的分辨率越强，单个像素尺寸越小，像素的感光性越弱；反之，像素数量越少，单个像素尺寸越大，光敏度越强，但传感器分辨率越差。

▲与主要竞争对手的比较。

在传统的拜耳阵列图像传感器上，像素数量（分辨率）和单个像素的面积（感光度）成反比。 这时，人们认为出现了基于具有四合一像素功能的阵列的传感器。 在环境光线充足的拍摄环境下，利用所有像素输出分辨率为4800万像素的高像素图像。 当环境光线不足时，利用四个像素输出12兆像素的大像素图像。

2019年之前，手机主摄像头传感器普遍停留在1/2.55英寸。手机市场的出现，将手机市场的平均摄影水平提升到了一个更高的水平。为了应对，三星和豪威先后推出了OV48B、OV48B等竞品，但其整体实力依然无法被超越，其衍生产品广泛应用于当时各品牌的产品中，虽然在今天看来，其成像质量算不上顶尖，但相对而言均衡的实力和低廉的价格这使得它对于手机厂商来说还是非常有吸引力的。

和

同样是在2018年发布的第一代索尼，极大地改变了手机市场格局。 率先搭载它的华为P20 Pro一经推出就震惊了整个市场。 2018年，当厂商还在广泛使用12兆像素1/2.55”传感器时，40兆像素（常写为40MP）1/1.7”大底压倒了当年市场上所有型号的传感器。 压力情况。 它还支持四合一像素。 在10兆像素模式下，单个像素的面积达到2微米。 其弱光拍摄能力是同期其他产品完全无法比拟的。

▲1/1.7英寸手机图像传感器简要对比。

2019年，华为乘胜追击，向索尼定制了RYYB滤色片阵列（又称600Y）。 其他参数相同的情况下，进光量提升了40%，让华为当年的旗舰手机彻底稳定。 “夜射之王”的宝座。

▲华为P30 Pro出色的夜拍能力领先于同时代的其他手机。

和

这两款顶级图像传感器均于2020年上半年推出，分别由OPPO和华为向索尼定制。 两者都很优秀，并且都有自己独特的特点。 作为该机型的迭代，该机型的传感器尺寸达到了1/1.28英寸，并且依然采用RYYB方案，其夜拍能力在今天依然是一流的。与该机型不同的是，它并没有盲目追求增加感光度。光量方面，并不以尺寸（1/1.43” 48MP）着称，但拥有双原生 ISO 技术、DOL-HDR、全像素全向对焦、支持 12 位采样等诸多优秀特性。 整体品质不失顶级水准。 因此搭载它们的OPPO Find X2 Pro、华为Pro+等机型都是当年的顶级旗舰机型。

▲OPPO Find X2 Pro当时深受数码爱好者的欢迎。

/557 和

作为2019年底到2020年初广泛使用的另外两款传感器，索尼和三星HMX在项目之初就明显坚持了不同的设计思路。

（是的，这是一个微小的变化。两者没有本质区别。仅安装在索尼自家型号上。）它是典型的大底和大像素传感器。 虽然尺寸达到了1/1.7英寸，但其像素却只有1200万，这使得其单个像素尺寸达到了1.8微米。此外，作为采用索尼第六代传感器技术（GEN6）（三层堆叠设计，独立的DRAM层），使其能够集成更多的处理电路，实现更多的功能。增加的DRAM层可以起到临时数据存储的作用，可以很好地应对拍摄过程中产生的爆炸性数据流，在高速连拍、多张拍摄时， - 帧合成、高帧视频拍摄等场景可显着降低相机内存占用，实现更好的成像效果。/557基于索尼GEN6工艺的传感器在对焦速度、快门刷新速度等方面均快于其他类型普通传感器具有更大的优势。

▲/700/689各有各的特点。

▲ 索尼第六代工艺与上一代工艺传感器结构对比。

相反，三星HMX则采用了大底高像素方案。 它的出现让手机图像传感器的像素数量突破了1亿大关。 它可以在良好的光照条件下拍摄超高分辨率的照片，但由于像素数量过多，其单个像素尺寸仅为0.8微米，在环境光线较暗的情况下很难保证图像质量。 而且当像素完全开启时，对芯片的计算能力要求更高。 因此，大多数时候，手机制造商在低像素模式下使用这些高像素传感器。 之后，三星陆续推出多款高像素传感器。

OV48C

2020年8月，OV48C随着小米新机的发布与消费者见面。 作为豪威科技旗下的顶级手机传感器，自然拥有不少新技术。

它基于 Plus芯片堆叠技术，尺寸为1/1.32英寸，4800万像素。当原生单个像素尺寸达到1.2微米时，支持四合一像素变成2.4微米大像素，还具有双原生ISO 技术支持DCG HDR功能，因此OV48C比传统传感器拥有更强的HDR拍摄能力，无论是拍照还是视频，都能尽可能保留高光和暗部细节，成为目前最强的48兆手机但遗憾的是，OV48C目前仅搭载小米10至尊纪念版，并未被更多消费者使用和认知。

▲OV48C是首款支持双原生ISO融合技术的手机图像传感器。

▲双原生ISO融合技术是双原生ISO技术的升级。

它是苹果为其顶级产品定制的图像传感器。 2020年售价万元以上的12 Pro Max就用它作为主摄。 而其在苹果手机上的出色表现也让大众认识到了计算摄影的强大。

它拥有 1200 万像素，尺寸为 1/1.88"，单个像素尺寸为 1.7 微米。虽然在硬件参数方面，数据并不是很亮眼，画质也算不上顶尖，但苹果的自家的A系列芯片拥有极高的算力，在实力的基础上，其出色的调校和强大的算法让12 Pro Max的成像水平保持在第一梯队，视频拍摄能力也十分出色。

由于主摄像头的深度参与全焦段成像，因此苹果在长焦端和超广角端的变焦平滑度和色彩一致性也非常出色。 您所看到的就是您在相机预览窗口中得到的。 这两款Pro系列产品甚至支持Apple格式的照片拍摄。 面对厂商源源不断的定制大底传感器，苹果机型的传感器已经失去了硬件优势，但苹果长期在拍摄算法和提高软硬件兼容性方面的努力仍然为其带来了强大的竞争力。

和

GN1和同样在2020年首次亮相的GN1的设计思路比较相似。 GN1尺寸为1/1.31英寸，最大像素数为5000万，单个像素尺寸为1.2微米。 由于单个像素的尺寸并不算太大，因此基于 Plus技术打造，解决了因像素数量较多而导致的小像素之间的串扰问题。 它与片上微透镜（OCL）配合，优化光吸收能力，有效减少成像过程。 传感器中的光损失和光反射提高了传感器本身的色彩再现能力和光灵敏度。

同样采用像素排列方案的GN1也拥有不错的实时HDR能力。 它可以同时对同一组中的四个相同颜色像素进行不同持续时间的曝光，在多次曝光中预览和捕获同一场景。 它可以通过曝光时长的差异保留高光和暗部细节，并实时生成HDR图像，最终让摄影师获得高质量的图像。 对比度高、动态范围丰富的照片和视频，细节丰富。 此外，在5000万物理像素的基础上，GN1可以通过独家软件算法生成分辨率为1亿像素的照片，进一步提高其在光线充足的情况下的终极分辨率。

▲阵列图像传感器实时HDR方法浅析。

首发于 2020 年底发布的 OPPO Reno5 Pro+ 上，像素数与 GN1 相同，尺寸稍小为 1/1.56"，单个像素尺寸为 1 微米，支持四进- 一个像素，由于在体积、像素数等参数的实现上，各方面平衡性很好，没有明显的缺点，近两年受到了很多手机厂商的欢迎，并已安装在产品中OPPO在其两代手机中也取得了巨大的成就，用在摄影旗舰手机上，足以说明其拥有极高的上限。

OV64B 与

OV64B和是位置不同的图像传感器。 将它们放在一起介绍是因为它们各自都是各自传感器在像素小型化不断推进的道路上的重要产品。 OV64B是全球首款采用0.7微米小像素的传感器，在1/2英寸底座上实现6400万像素分辨率；它同样基于的Plus堆叠芯片技术，提供2型2×2微透镜相位检测自动对焦，增强了传感器的弱光环境下的对焦能力；视频录制方面，OV64B最高支持8K@30fps视频拍摄，并支持16兆视频模式下的三重曝光隔行HDR（类似于GN1实时HDR中提到的）输出高动态范围视频。

三星在1/1.52英寸传感器上实现了1.08亿像素的分辨率，支持九个像素与2.1微米大像素结合，输出1200万像素照片。拥有智能ISO、实时HDR、EIS防抖等在像素小型化的道路上，如何在像素越来越小的同时保持更大的满阱容量、减少像素间的串扰、降低读取噪声，各厂商都在不懈努力。在像素小型化的道路上也举步维艰，不过，随着半导体工业的进步，未来传感器像素也可能从微米级向纳米级转变。

和

2021 年初，三星选择了这款 100 兆像素（108MP）传感器作为其旗舰产品 S21 Ultra 的主摄像头。 其传感器尺寸为1/1.33英寸，单个像素尺寸为0.8微米，支持九合一像素聚合。输出12兆像素照片。

这就是一加所说的一加9系列“耗资亿元打造的超级主摄”。 与常规手机传感器不同的是，选择16:11格式而不是4:3格式，可以更好地平衡照片和视频拍摄之间的切换，从而在拍摄视频时无需再次裁剪。 拍照时，传感器可以使用 1/1.43 英寸、48 兆像素的部件，而其完整尺寸为 1/1.35 英寸。 一加在宣传上相对保守。 它并没有用1/1.35英寸来宣传，而是用拍照时调用的尺寸来宣传，以避免误导消费者。它还支持拍摄4K@120帧视频，可以说是一款两方面都很出色的传感器拍照和录音，目前仅搭载一加9 Pro和一加10 Pro两款机型。

▲是一加高价定制的传感器。

OV64A 和 OV50A

OV64A是豪威科技继OV48C之后在高端手机图像传感器领域的又一力作。 在保持与前身尺寸相同的同时，其像素数量达到了 6400 万，单个像素尺寸为 1 微米，合成像素尺寸为 2 微米。 OV64A基于 Plus-s芯片堆叠技术，是世界上第一个单像素尺寸为1微米的64兆像素图像传感器。 也是目前市场上最强的64兆手机图像传感器。

OV50A是豪威科技2022年推出的新款传感器，尺寸为1/1.55​​”，有效像素5000万，是豪威科技针对索尼推出的拳头产品。在最近发布的手机中，有这样的随着Moto Edge X30、OPPO Reno8等机型的搭载，我们也可以期待未来豪威科技更多的图像传感器进入手机市场，丰富我们的选择。

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如果要评选2021年最令人印象深刻的影像旗舰手机，小米11 Ultra一定是候选之一。 其主摄尺寸达到了惊人的1/1.12英寸。虽然这并不是第一次手机主摄传感器尺寸接近1英寸级别，但它可以容纳巨大的GN2，同时还可以实现长焦和超广角。安装广角摄像头。 它们都保持着高品质，小米11至尊纪念版仍然是第一。 我将在下一篇文章中详细分析。

▲小米的主摄、广角、三摄每一颗都具有极高的品质。

作为GN2的后继产品，其硬件品质虽不如前身一流，但对焦性能却得到了大幅提升。 它是三星首款集成全方位自动对焦技术Dual Pixel Pro的1微米图像传感器。 基于2.0技术打造，尺寸为1/1.57英寸，拥有5000万有效像素，单个像素尺寸为1微米。支持基于三星的四像素组合，最高可拍摄8K@30fps视频，全像素输出速率为27fps。

同时，三星还将其独特的像素技术FDTI（Front Deep）应用到其双核对焦中。 该技术允许传感器上的每个光电二极管接收并保留更多的光信息，从而提高光电二极管的满阱容量（FWC）。 ），同时减少像素内串扰。 凭借如此多的优秀特性，它成为了索尼在手机传感器市场除了OV50A之外的又一个强有力的竞争对手。

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它是中兴和努比亚新旗舰主摄像头使用的全新传感器。 它的主焦段并没有像其他厂商那样选择使用24mm左右等效焦距的广角焦段（这也是一些手机厂商宣传主摄镜头为广角镜头的原因），而是采用更经典的“人文”等效焦距35mm。 这个焦段不仅可以拥有24mm焦段所没有的背景虚化，还可以避免近距离拍摄时广角焦段带来的畸变。由于主摄镜头由从广角镜头到中焦镜头，如果传感器采用类似的超大底座，就会导致镜头模组过大的问题，所以努比亚Z40 Pro和中兴Axon 40 Ultra都选择了迭代版本。 1/1.7英寸级别主摄，成功将35mm等效镜头搬上手机。

它是近期发布的所有荣耀70系列手机标配的主摄像头传感器。 它是一块1/1.49英寸尺寸的54兆像素CMOS，单个像素尺寸为1微米，支持像素四合一，可以算是升级版本。

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GNV和GNV都是vivo X80系列手机首次推出的主摄像头传感器。 他们是新一代的“接班人”。 它的一些有趣的功能将在下一篇文章中详细讨论。

GNV是vivo为X80 Pro机型定制的三星主摄传感器。 它具有类似的光学格式并拥有 5000 万像素。 每个像素均采用三星最新的像素隔离技术3.0。 该技术利用相邻像素之间的物理屏障来减少像素之间的颜色干扰并减少光学损失。 该技术通过不断迭代调整像素结构，升级彩色滤光片之间的隔离材料，以提高感光度和色彩保真度。 GNV还可以在弱光条件下进行像素合成，输出1250万像素的照片，非常适合各种复杂的拍摄场景。

▲它是新一代的“继承者”。

即将与我们见面的传感器

各价位手机厂商之间的成像军备竞赛仍在如火如荼地进行，他们对高质量传感器的需求非常高。 头部CIS（CMOS Image）厂商面对这种需求，对于自己顶级产品的态度应该毫无保留。 同时，他们投入大量资金和精力研究新技术、开发新产品。 毕竟，一旦自己的产品落后，竞争对手就会抢占市场。 他们身后是海力士、格科威等追赶者。

▲还支持16像素积分功能。

在下一代产品方面，三星和豪威科技分别发布了自己的200兆像素传感器和OVB0B。 前者基于三星最先进的0.64微米技术封装，并采用最新的像素合成技术，可根据拍摄环境采用4×4、2×2或全像素模式。 当环境光线不足时，采用4×4像素合成方式，合并16个相邻像素，拍摄12.5兆像素、2.56微米大像素的照片。

▲三星HP1采用三星技术打造。

▲三星首款2亿像素手机图像传感器。

后者OVB0B进一步将单个像素尺寸缩小至0.61微米，采用台积电40nm工艺生产。 由于采用了2×2片上微透镜（OCL），实现了全像素全向对焦。 同时，由于这款OVB0B的单像素体积更小，因此可以在1/1.28英寸的传感器上放置2亿像素，成为全球最小的2亿像素传感器——这充分展现了豪威科技的像素小型化能力。相信不久的将来我们就能用上可以拍摄200像素分辨率图像的手机，索尼新一代IMX9系列旗舰传感器也将在今年下半年发布，值得期待。

▲豪威OVB0B是目前全球最小的200兆手机图像传感器。

▲常见高端手机图像传感器相对质量对比表。

本主题的第一篇文章即将结束。 作者带着读者回顾了近年来手机图像传感器的发展，介绍了发展过程中的重要模型，并简单科普了手机图像传感器领域的一些重要技术。

在接下来的文章中，笔者将从当今市场上各款旗舰机型搭载的顶级传感器入手，通过它们来分析目前影响手机传感器领域的一些重要概念和技术原理。 同时，读者将对当前市场上的传感器有一个了解。 影像旗舰们有了更深入的了解。