在指甲盖大小传感器中塞入2亿像素？三星HP3传感器技术解析
得益于手机传感器技术的不断发展，如今的智能手机的相机可以胜任消费者大部分的日常拍照需求，而手机厂商同样在相机方面不断加剧竞争趋势，手机相机的方向从原本的“随手一拍就是大片”，变成追求更加“专业”的影像体验。
智能手机的影像越来越强，但是作为一款便携电子设备，在手机内部寸土寸金的空间里，已经有一大半空间在放置相机传感器，甚至前段时间已经有手机塞入了所谓“一英寸”CMOS，相机模组突起达到了相当夸张的程度。
如何在小尺寸的传感器中实现更高的像素和更强的成像素质，这是留给各家传感器厂商的一大难题。
三星是第一个完成1亿像素和2亿像素神乱让图像传感器，并实现手机搭载的供应商，近期它们推出了ISOCELL HP3传感器，它的传感器尺寸只有1/1.4英寸，但是却塞入了整整2亿像素，单位像素尺寸小至 0.56 微米，单像素长度较前代 ISOCELL HP1减少12%，这样的尺寸似乎能解决相机传感器占据面积的问题，但是对于消费者和手机厂商来说，它的实际成像效果才是关键。
三星前段时间发表了一篇技术博客，专门讲解了关于ISOCELL HP3传感器的技术疑点。
更小的像素长度确实能解决传感器尺寸过大的问题，但是同样会导致传感器进光量减少，或者引起相邻像素的干扰。
三星利用全深槽隔离 (DTI) 技术，在像素之间设置绝缘组件，建立起更薄、更深的物理隔墙，DTI 技术关键是更薄、更深的硅壁，从而提高 ISO 并减少串扰。
同时三星提高了像素光电二极管的容量，改进光学性能，防止像素间发生光损失现象。即便是0.56微米的小像素，受光面减小，单个像素存储和处理的光量却更多。
众多的像素点，如何精准快速地对焦也成为了一大技术难点。
HP3 运用先进的超级四相位检测 (QPD) 技术，可将自动对焦像素密度提高到 100%，从而支持2亿像素全部聚焦，这是以往大像素传感器所不具备的。
超级QPD自动对焦技术陪运，利用单个镜头覆盖四个像素，实现更快速、更精准的自动对焦，从而能够测量拍摄对象上下左右四方的所有相位差异。它不仅能在弱光条件下准确自动对焦，还能在放大之后继续保持高清。
三星利用了在之前1亿和2亿像素传感器上的“像素合一”技术，将四个或十六个相邻的像素合并在一起，实现单像素1.12微米或2.24微米像素的长度，即使在弱光环境中，也能捕捉更多光线信息。
ISOCELL HP3提供了三种不同的模式，分别针对各种光线条件进行优化：适合亮光环境的0.56微米2亿像素模式；适合较暗环境的1.12微米5000万像素模式；以及适合最暗环境的2.24微米1250万像素模式。
得益于QPD和像素合一技术，ISOCELL HP3可拍摄8K 30FPS超高清影片或4K 120FPS的高清影片，且视野范围不受裁剪。
ISOCELL HP3 具备14位色深，理论上可以提供几万亿种色彩组合，是12位游局色深图像传感器的64倍。那么如何拍出准确且靓丽的照片呢？
ISOCELL HP3采用两种不同的图像读数，一种具有高ISO或中ISO，另一种则具有低ISO，然后传感器再将两种读数合而为一。而高 ISO 模式具有更高的转换增益，使得最终图像的清晰度高达14位色深。
同时，ISOCELL HP3利用单帧逐行 HDR，通过长、中、短三重曝光来生成高动态范围图像。三重曝光随后合并为一张图像，最终得到更加准确清晰地还原阴影与高光的照片。
CMOS器件的基本原理及结构
CMOS器件：就是CMOS传感器 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。其原理是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
CMOS传感器按为像素结构分被动式与主动式两种。
被动式 ：又叫无源式。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，它可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线（Column bus）连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路（Charge integrating amplifier）保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
主动式： 主动式像素结构（Active Pixel Sensor.简称APS），又叫有源式，如图2所示. 几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40%～50%的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还小。
