从35万到2亿 手机影像传感器如何实现自我进化

自从三星在2000年发布了首款具备拍照功能的手机以来，手机的影像能力就越来越受到消费者们的关注。到今天，手机的影像能力一日千里，不仅淘汰了小型的数码相机，甚至具备了8K30fps的视频拍摄能力，秘密就在于镜头后面的影像传感器。

什么是影像传感器

所有的数码影像设备均是一套完备的成像系统，主要由影像传感器（也叫成像元件）、镜头和处理器三大核心器件组成。其中影像传感器的作用相当于人眼的视网膜，它的性能直接影响输出的照片或者视频的质量。而消费最为关注的手机摄像头的像素数量，就是影像传感器的核心参数之一。

如果我们把传感器放大看，传感器的是由一个个像素点排列组合而成。数码影像发展中，硬件厂商的追求正式在尽可能保持高画质的基础上，不断地追求高像素。但是受制于技术，当传感器面积相同时，像素越多，意味着单位像素密度越低，单个像素对光线的捕捉能力就会下降，相机的高感画质就会越差，所以如何平衡像素与高感画质，就成为了传感器发展中天平的左右两侧。

但是毋庸置疑，人们对于高像素的需求正在加速提升，如今不论大尺寸输出打印，还是8K视频拍摄，都要求传感器拥有更高的像素；例如如果要实现8K视频，意味着相机传感器像素必须要达到4400万以上（传感器4:3比例下）。因此如何在高像素下实现更好的画质表现，既满足高像素的拍摄要求，又能在日常拍摄时带来更好的画质表现，就成了三星首要考虑的问题。

影像传感器的超级进化

影像传感器由半导体元件构成，因此数码影像发展史也间接展现了半导体工艺的进化史。在2000年三星就推出世界首款拍照手机SCH-V200，虽然其影像传感器仅有35万像素，但却开启了全新的时代。

到了2005年，三星推出全新拍照手机SCH-V770再次惊艳了世界，不仅配备3倍光学变焦镜头，更搭载业界首款700万像素的影像传感器。同年三星还推出了全新ISOCELL技术的800万像素图像传感器，并应用于随后的推出的SPH-V8200手机上，而2006年推出的SCH-B600更让拍照手机跨入千万像素的大门。

进入智能手机时代，手机拍照功能开始全面普及并成为手机厂商的核心卖点之一，尤其进入4G时代，影像传感器的“像素大战”开始进入白热化，千万像素级的拍照水平早已成行业标配，但三星在2020年发布的ISOCELLGN1率先实现5000万像素的突破，具备低光照度感光能力和DLSR级别的对焦速度，并应用于GalaxyA23手机上。

于此同时，人们对于1亿像素的呼声越来越高，在1999年三星率先推出1.08亿像素的影像传感器ISOCELLHMX，也是第一款采用1/1.33英寸感光面积的大尺寸移动图像传感器，可实现更好的感光效果，并应用三星2021年的旗舰手机GalaxyS21 Ultra上，自此开启了亿级像素图像时代。

但小尺寸的影像传感器想要进一步提升像素密度，就要不断减小单个像素的尺寸，这对半导体厂商的工艺制程和研发能力提出更高的要求。例如三星800万像素的ISOCELL影像传感器像素尺寸就达到了1.0um，1亿像素的ISOCELLHMX将像素缩减到0.8um，而2亿像素的ISOCELLHP1像素尺寸达到惊人0.64um，在今年推出ISOCELLHP3更将像素进一步缩小到0.56um，使得相机模组面积减少20%，使得高端机型也能拥有轻薄的机身。

如何在高像素下实现更好的高感画质

摄影是“光的艺术”。虽然小尺寸的影像传感器满足了智能手机轻薄机身的需求，但像素的提升也是一把双刃剑，虽然客观上提升照片的画质和细节，但不断增加的像素密度使得各个像素之间相互光电干也更加严重，降低了影像传感器的感光性能，尤其影响智能手机在800-1600的ISO（感光度）下的夜拍能力。

由于影像传感器感光性能的根本因素是单像素的感光能力，单像素的尺寸越大感光能力也就越好。因此，如何在小尺寸传感器实现高像素与出色的高感控制，业界衍生出了两条技术路线，例如日系厂商的影像传感器偏向使用更大的尺寸的像素，这种做法虽然从原理上看直接有效，但却制约像素数量的进一步提升。

而三星ISOCELL系列影像传感器通采用独家的全深槽隔离（DTI）技术，在像素之间建立起更薄、更深的物理隔墙，防止发生光损失现象并改进光学性能，配合独特的算法，让多个像素合并为一个整体来进一步提高感光性能并降低噪点。在2017年三星影像传感器就实现了4像素合一，到了2021年的ISOCELLHP1更提升到16像素合一，从而拍出更加清晰和干净的照片，并有望成为新一代手机“夜视仪”。

总结来说，近几年来手机拍照摄像能力的突飞猛进，都是影像传感器和幕后半导体产业和不断升级进化的结果。三星具备全产业链的半导体企业，并具备业界领先的研发能力，这次更率先将数码影像引入2亿像素时代，让数码照片的呈现能力更接近人的眼睛分辨率，这个世界正在变得越来越清晰。