手機影像原生畫質躍遷，一顆小小影象感測器裡，藏著畫素技術顛覆式創新

作者 | 雲鵬

編輯 | 漠影

今天無疑是影象影片大爆發的時代，隨著生活水平的提高、人們表達自我意願的增強，人們對於高質量照片、影片的需求越來越高。

一方面，短影片、影片直播火爆，人們希望能夠隨時隨地透過畫面來分享自己的快樂；另一邊，人們追求生活品質，希望記錄生活的美好瞬間。這些需求的快速增長對智慧手機影畫素質提出了更高的要求。

智慧手機作為人們日常生活最緊密的便攜智慧裝置，無疑已成為人們記錄世界的核心入口。在頂級旗艦智慧手機的較量中，影像愈發成為最核心的戰場之一。

近年來，智慧手機的影像技術飛速發展，軟體層面，從早年基於傳統演算法的計算攝影時代，到如今隨著生成式AI的融入，AI與影像的結合愈發深入；硬體層面，從硬體規格的較量，超高畫素、超大尺寸感測器的迭代，到如今細緻到影象感測器中每一顆畫素的極致打磨。

一顆微米級的畫素，方寸之間，也大有乾坤：高畫素並非決定手機攝影質量的唯一因素，單個畫素的效能才是關鍵。

在移動影像領域，三星和索尼一直都是旗艦智慧手機CMOS影象感測器晶片的頭部玩家，三星旗下三星半導體的ISOCELL系列感測器在超高畫素和超大尺寸感測器方面都曾引領了當時的行業趨勢。

如何更進一步？如何將手機向“高階專業影像”再推進一步，進一步縮小和專業相機的差距？三星選擇從每一顆畫素入手，繼續挖掘技術的深度。

近年，ISOCELL影象感測器在畫素隔離、小畫素最佳化和畫素合併技術等方面實現了諸多硬核技術創新，帶來了不少畫素黑科技，也讓影象感測器在色彩還原、影象清晰度和感光能力方面進一步提升，給使用者提供了更多拍攝場景和創作可能。

正如ISOCELL的名字一樣，影像是光的藝術（ISO：感光度），而畫素就如同感測器中的每一個“細胞”一樣，是一個一個的“CELL（細胞）”。

今天ISOCELL幾乎已經成為旗艦影像的標配，也成為高階畫素技術的代名詞。三星究竟如何實現畫素技術的突破，將手機影像體驗帶上新臺階？我們將深入技術細節找到答案。

一、1顆畫素到2億顆畫素的藝術之旅：顛覆手機影像體驗，從革新原始畫質開始

正如蘋果、華為是高階旗艦智慧手機的代表，其兩者均在晶片、作業系統等核心技術層面實現了關鍵自研技術的突破，想要真正打造高階品牌，做好高階市場，核心還是要有真正的硬核技術創新，能夠真正給消費者帶來獨特的體驗和價值。

1、“吃飽”光子、擴大“胃口”，ISOCELL如何實現“人無我有，人有我優”？

在智慧手機移動影像賽道，三星聚焦畫素技術突破，帶來了諸多填補行業空白的硬核黑科技，也將手機拍照的體驗推上了一個新的臺階。

一塊CMOS影象感測器上可能包含了數千萬上億個畫素，從畫素接收光、感知光、計算光到儲存光，而三星ISOCELL在畫素微米之間完成了一次光的藝術之旅。

首先，三星ISOCELL透過提升光線捕捉能力，讓每個畫素都“吃飽”光子。

為了實現這一目標，三星首先從每個畫素上方的微透鏡著手進行改進。ISOCELL影象感測器使用了折射率更高的材料來製作微透鏡，提升光線收集效率，這樣每一個微透鏡都可以將更多光線匯聚到畫素的感光區域。

在我們拍攝夜晚星空時，高精度微透鏡可以更精確地捕捉到微弱星光，進而呈現出更清晰通透的星空畫面。

除了改進微透鏡，三星還在微透鏡和光電二極體之間的抗反射塗層中加入了新材料，使其具有更高透光率。這種新的高透光率抗反射塗層（ARL）可以減少光線在進入畫素過程中發生的反射和散射，進而提升畫素感光率。

比如當我們在拍攝光線在水滴中折射產生彩虹顏色這類具有混合色彩和色調的複雜場景時，高透光率抗反射塗層就可以減少鏡頭表面對光線的反射，讓拍出的畫面更加通透清晰、色彩還原更真實。

接下來，三星ISOCELL進一步透過前深溝隔離技術（FDTI）和高敏感度DTI技術最佳化臨近畫素之間的光線影響。

其中FDTI技術就像在畫素之間築起“隔離牆”，防止光線“串擾”，這樣最終成像畫面就會更乾淨純粹、色彩更精準。

高敏感度DTI技術則會減少隔離結構對光線的吸收，減少對感光率降低的影響。

可以說，FDTI與高敏感度DTI結合，既能夠防止光線串擾，又能夠減少隔離結構帶來的負面影響，提升畫素感光靈敏度，可以說是實現了“魚和熊掌兼得”。

在這兩項技術的加持下，我們在暗光環境下就可以拍出更明亮、清晰的畫面，噪點被有效抑制，同時畫面還可以保留更多細節。

比如在明亮場景中色彩豐富的動植物，其色彩紋理不會相互影響，畫面更真實自然。

僅僅捕捉更多光線還不夠，三星ISOCELL繼續擴大畫素“胃口”，讓畫素可以儲存更多光資訊。

三星ISOCELL在每個畫素中整合兩個VTG，進而擴大畫素儲存空間，這就是三星獨創的雙垂直傳輸門（Dual VTG）技術，更大的畫素儲存空間可以容納更多電子，從而避免畫素訊號飽和。

在一些高亮高光場景中，感測器既能捕捉更廣的動態範圍，還能原更加豐富的畫面細節。比如在日落場景中，感測器可以同時捕捉到天空和地面的細節，高光和陰影部分都能呈現出豐富的色彩層次和細節。

可以看到，在既有的技術基礎上，三星透過材料、工藝、設計等方面的技術升級，讓體驗進一步最佳化，補齊傳統技術的短板，實現在行業同類技術中的領先。而在一些行業此前難以攻克的痛點上，三星則直接獨創了FDTI、Dual VTG等技術，實現行業首發，填補了行業“空白”。

可以說是做到了“人無我有、人有我優”。

2、單個畫素黑科技滿滿，多畫素處理大有乾坤

在多畫素處理方面，三星ISOCELL進一步迭代畫素重塑技術（Remosaic），突破畫素極限，實現高畫質和高效率的兼顧。

從原理上來看，畫素重塑技術可以將多個畫素合併成一個更大的畫素，這樣在不同光線條件下，影象感測器就可以透過不同合併方式實現更好的影象質量。

光線充足時，影象感測器就可以開足馬力，全解析度輸出，進而獲得更極致的影象細節。光線不足時，多個畫素合併在一起，提升感光能力，從而拍出更純淨明亮的畫面。

具體來看，三星ISOCELL提供了多種畫素合併方式，從四合一、九合一到最高十六合一，這些合併方式可以覆蓋更多不同畫素數的感測器，提供更多解決方案、覆蓋更多拍照需求和場景。

比如5000萬畫素可以透過四合一實現1250萬畫素成像；1億畫素可以透過畫素九合一實現1250萬畫素成像；2億畫素則能夠透過十六合一實現1250萬畫素拍照。

▲畫素四合一

▲畫素九合一

▲畫素十六合一

不論是想要超高畫素帶來的極致細節，還是想要更出色的感光能力，拍出更好的暗光照片，亦或是單純希望提升拍照效率，減少畫素處理壓力，三星ISOCELL的Remosaic技術都有對應處理方式來滿足這些需求。

值得一提的是，三星ISOCELL還引入了E2E AI Remosaic技術，利用AI最佳化畫素合併過程，進一步提高影象感測器處理效率、降低功耗、提升影象質量。

這對於拍攝高速運動物體是十分有價值的，E2E AI Remosaic可以讓感測器更快完成影象處理，捕捉更清晰銳利的畫面。

三星ISOCELL的畫素重塑技術，既保證高畫素，又最佳化了資料處理效率，給專業影像創作提供更多發揮空間和技術支援，打破了此前行業只能“二選一”的難題。

3、HDR、變焦、對焦多項技術升級，拉進手機影像與真實世界的距離

在提升單畫素效能、解決高畫素資料處理瓶頸後，三星進一步在HDR、變焦、對焦技術方面實現了不少硬核技術創新。

HDR技術決定了影象感測器能夠捕捉的光線資訊的豐富程度，而對焦技術則決定了影象感測器捕捉畫面的速度和精度。

在一張照片中同時記錄下更亮和更暗的細節，對傳統影象感測器來說挑戰很大，傳統採用多次曝光的方式容易在拍攝運動物體時出現偽影。

在HDR技術領域，三星ISOCELL研發了單幀逐行高動態範圍影象（staggered-HDR）技術，該技術在同一畫素矩陣中使用捲簾快門，在短、中、長曝光時捕獲多個幀，然後將每行畫素分別傳送到移動處理器，相比傳統多次曝光合成，可以快速、省電地生成HDR影象。

更進一步，三星還研發了透過一次曝光就實現HDR效果的成像技術。

在三星ISOCELL的單次曝光HDR技術中，包含了Smart-ISO Pro和DSG（Dual Slope Gain，雙斜率增益）兩項關鍵子技術。

Smart-ISO Pro可以智慧地調整畫素的感光度（ISO），實現感測器動態範圍的調整。

在一次成像過程中，低ISO模式可以讓感測器在高光部分避免訊號飽和，高ISO模式可以減少感測器在暗光部分成像的噪點，保證畫面純淨，最終，兩種ISO模式下拍攝的影象進行合併處理，從而獲得高光和陰影細節都更豐富的HDR照片。

在Smart-ISO Pro基礎上，三星進一步研發了DSG技術，透過1-2 個模數轉換器為相同的畫素輸出提供兩種不同的轉換曲線，分別對應不同的光線強度，從而在單次曝光中捕捉更廣的動態範圍，並減少噪點。

值得一提的是，DSG技術可以應用在5000萬畫素HDR成像中，與畫素Remosaic技術結合，而此前HDR成像的畫素上限為1250萬。

在影片拍攝方面，三星ISOCELL推出了Zoom Anyplace技術，其基於AI演算法，可以自動識別並追蹤畫面中的移動物體，並根據需要進行畫面放大，從而始終保持被攝主體的清晰。

這樣我們就可以在不損失畫質的情況下，實現更流暢變焦體驗，還能同時記錄廣角畫面和特寫畫面。

在我們拍攝各類運動物體，比如舞臺上的表演者、玩耍中的孩子時，都可以獲得更清晰的畫面。基於這種流暢變焦體驗，專業影像創作者也可以實現 “滑動變焦”這樣的電影級拍攝手法，同時記錄更多視角，為後期剪輯提供更多素材，給移動影像提供更廣闊的創作空間。

此外，三星ISOCELL還推出了多種自動對焦技術，包括Dual Pixel（雙畫素）、Super QPD（超級四相位檢測自動對焦）以及Super PD（超級相位檢測自動對焦）。

全畫素雙核對焦可以在所有畫素中捕捉自動對焦資訊，比較每個畫素中左右兩側的相位差，快速準確計算出對焦距離，而超級四相位檢測自動對焦則在每個畫素上整合了四個光電二極體，可以檢測水平和垂直方向的相位差，從而實現更加精準的對焦。超級相位檢測自動對焦採用了橢圓形的微透鏡，能將更多光線匯聚到光電二極體上，提升對焦靈敏度。

在這些技術的加持下，拍攝奔跑的寵物時感測器可以快速準確地對焦到寵物的眼睛上。

微距拍攝花蕊上的昆蟲，感測器能精準地對焦到昆蟲的觸角上；

拍攝夜晚的城市燈光，感測器可以快速準確地對焦到遠處的燈光上。

整體來看，三星ISOCELL對畫素技術的創新十分突出，這些技術實現了高畫質和資料處理能效的兼顧、突破了自動對焦技術邊界以及傳統變焦技術的限制。

三星的技術創新以畫素為核心聚焦點，讓影像一定程度上跳出後期處理的“枷鎖”，真正在原生畫質上實現突破，從“源頭”提升成像質量。

如今不少人認為手機影像攝影已經進入“風格大戰”階段，但真正還原世界，還原我們所見，不應該僅僅依靠風格，風格更多是一種“妥協”，在原生畫質、在技術還未能達到體驗要求的時候的一種妥協。

三星ISOCELL在畫素層面的一系列技術創新，打破了這種妥協，實現了真正的原生影像畫質躍遷。

二、移動影像大戰進入新階段，生成式AI帶來智慧化新機遇

今天，旗艦智慧手機影像大戰已經邁入新的階段，不僅單純依靠硬體，也不能單純依靠軟體，是綜合實力的比拼。

三星半導體這樣的影象感測器廠商，無疑扮演著打好“地基”的角色，三星搭好舞臺，終端廠商融入自己對影像的理解，透過演算法最佳化、不斷調教，最終實現更好的成像效果。

移動影像發展至今，旗艦智慧手機已經具備了非常接近專業相機的拍攝能力，在拍攝體驗上更是顯著超越了傳統相機，但是其拍攝畫面與我們人類用自己的眼睛觀察到的世界還有很大差距，移動影像的提升，至少從目前來看，還遠未達到“天花板”。

更清晰的影象、更真實的色彩還原、更逼真的光影效果、更豐富的明暗細節，對這些影像方向的追逐，不斷給手機CMOS影象感測器的研發迭代提出更多技術挑戰。

為了滿足這些需求，三星一直在畫素技術上持續深耕，並持續迭代高畫素感測器產品線，進一步鞏固自身優勢，從引領1億畫素、2億畫素時代，到畫素層面一系列行業首發技術的亮相。

與此同時，基於AI大模型的生成式AI與智慧手機的深入融合，也給計算攝影帶來了新的動能、新的機遇和挑戰。

從基於AI的ISOCELL Zoom Anyplace技術到E2E AI Remosaic，三星在AI與影象感測器融合方面一直持續深入。

需要注意的是，不論使用何種AI功能，利用畫素技術生成清晰準確的影象都是至關重要的，是一切AI功能實現的基礎，而這正是ISOCELL的優勢所在。面向AI的未來，三星ISOCELL顯然已經打好了基礎。

我們相信三星ISOCELL很快將在移動影像領域給我們帶來更多驚喜。

結語：突破手機影像天花板的背後，是對每一顆畫素的專注聚焦

毫無疑問，三星ISOCELL實現的一系列前沿影像技術創新，從底層突破，革新了手機拍照的原始畫質，給使用者側實現拍照體驗的大幅提升打下了牢固的基礎。

展望手機影像未來迭代的方向趨勢，超高畫素、超大底、超大單畫素依然是廠商們競爭的焦點，AI與影象感測器的融合也勢在必行。三星在這些領域一直在持續佈局。

三星ISOCELL影象感測器用高質量畫素技術激發了人類對世界的體驗想象，進一步加速了專業移動影像的普及化，“每個人都可以隨手拍大片”的時代，已經來了。