图像传感器之ISOCELL技术解密

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一、图像传感器好坏取决于单像素有效进光量

前一章我们谈到，图像处理器最为关键的参数是单像素尺寸，单像素尺寸越大则进光量越大，图像质量越优秀。因此我们可以简单的认为：决定图像传感器性能的最大的因素是单像素点的有效进光量，它决定每个像素点在单位时间内能捕获多少光线能量。假如单像素面积越大，则在相同时间里可以承载更多光线能量，便可以更明显的提升画质，更真实的还原图像场景。

数码相机和手机所采用的图像传感器单像素尺寸是不一样的，数码相机的更大，英寸拍摄效果更加出色。但单像素尺寸增大，相同像素的图像传感器面积则大幅增加，摄像头模组体积增大，模组高度增加，功耗大幅增加，发热量增加等，这样的变化在数码相机固然还可以接受，但放在追求便携的手机上面，无疑是不太合适的。

以HTC ONE为例，采用了单像素尺寸2微米的图像传感器，换来相当棒的画质效果，夜景拍摄尤为出色。但正因为单像素尺寸增加之后，手机摄像头受限于体积增加、发热量增加等因素迫不得已只能做到400万像素，令人难以接受。而苹果iPhone比较折中的选择了1.5微米单像素尺寸，虽然比较折中，但其只有800万的像素令人诟病。而在新一代iPhone6时为确保较好的拍摄效果继续选择1.5微米芯片，换来了前所未有的结构和外观牺牲，突出的摄像头设计堪称史上最丑苹果摄像头！

除了增大单像素尺寸可以增加进光量之外，就没有别的方法了吗？其实不然，ISOCELL技术在相同的像素尺寸情况下可做到优化，可有效提升进光量。以下为您介绍。

二、ISOCELL技术解决什么问题

据三星公司发布的信息看，ISOCELL技术要解决的第一个问题就是增大单个像素的收缩能力，通过对成像动态范围的对比，改善光线强度最轻和最暗部分的图像质量。

第二个问题就是随着像素变得越来越小，会发生彼此之间抗干扰能力的减弱，造成错误的感应光源颜色和数量，这个现象被称为串扰。光电二极管的微小探测器会将光能部分转化成为细微的电流，而这些电流有时会出现在不该出现的地方，造成对图像的影响。

发生串扰的原因有很多，而其中最大的可能性是光串扰。当一个像素接收到更多的光线，超过了自己的承受范围，那么电子就会发生串扰，而这完全是建立在错误的光二极管在信号传输过程中的电流漏出。

比如单像素在捕获绿色光线时，一些光子很有可能泄露成蓝色或红色，导致在即使没有蓝色和红色的场景下出现电流，这样就会在原始图像上形成轻微的变形，从而产生噪点。这类问题虽然是不可避免的，但是通过ISOCELL技术可以尽量减小影响。

三、ISOCELL技术原理

ISOCELL本质上是在现有BSI技术上的一种进化，可以解决上面提到的串流问题。简单地说，便是通过在形成隔离像素与相邻像素之间形成物理屏障，缩小它们的间隔区，避免BSI传感器中单个像素间形成的干扰问题，让像素能够获得吸收更多光子，获得更好的照片效果。

从官方数据来看，ISOCELL相比BSI能够将每种颜色的像素孤立起来，提高传感器捕光能力，可以预计减少30%的像素串扰。但是这并不意味着最终的成像质量同样会提高30%，但是却可以更好的提升清晰度和色彩表现，让图像看起来更丰富。三星Galaxy S5即搭载了ISOCELL技术的图像传感器，画质和色彩表现有目共睹。

四、ISOCELL技术细节

ISOCELL实际上就是三星公司被称为3D-Backside Illuminated Pixel技术的商业说法，它具备F-DTI（Front-Side Deep-Trench Isolation）及VTG（Vertical Transfer Gate）特性。

F-DTI的问题是它实际上减少了光电二极管表面的捕光能力，从而失去完整的效果。为了解决这个问题，三星公司改变了二极管的设计，使用了VTG垂直设计方式而并非常规的卧式BSI传感器。在使用VTG垂直方式隔离二极管之后，可以带来很大的空间容量，因此具有很好的光敏性。

由于这种技术，三星公司可以将常规BSI传感器的19%串扰减少至ISOCELL的12.5%。而新技术同样可以拥有极佳的亮度信号（YSNR=10）值为105 lux，相比较于150 lux的BSI技术，可以完全将容量从5000 e-增加到6200 e-。

另外，ISOCELL还支持通过更广泛的视角来捕捉更多的斜射光线。而这就允许使用较低的镜头焦距在光线良好的情况下获得更高质量的照片。最后在设计集成化方面，ISOCELL还能够让制造商们进一步缩小手机摄像头体积，降低模组高度，让手机和平板电脑的轻薄化设计有更多空间。

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