索尼IMX689感光器2x2 OCL技术解析 「刘延」

索尼IMX689感光器2x2 OCL技术解析 「刘延」Soomal音频影像 2020-03-06 18:08:14

• 今天[3月6日]OPPO发布了新手机Find X2 Pro，这款售价高达6999元的新旗舰主摄像头采用了一颗索尼最新的感光器IMX689，不仅是一颗1/1.4英寸的大底，还采用了新的2x2 OCL[On-Chip Lens]像素排列方式，2x2 OCL技术有什么特点和优点？感谢热心网友[咕咕]提供原创的相关技术分析文章干货，本文约1500字，结算稿酬350元。
  

索尼中国在去年12月10日发布了 2x2 On-Chip Lens解决方案。这篇文章看起来平平无奇，但其背后的技术，可能会将手机图像传感器往前推进一大步，这款新解决方案融合了全像素双核对焦的对焦速度、传统Bayer阵列的解析度、还有QuadBayer阵列的弱光拍摄能力。索尼论文中表示，相较于Bayer阵列、QuadBayer阵列、全像素双核对焦阵列，2x2 OCL在光电效率（QE）、相位对焦速度（PDAF）、HDR、分辨率四个指标上处于全面领先地位。具体是怎么实现的？我们今天就来聊聊。

Bayer阵列、Quad Byer阵列、全像素双核对焦阵列和2x2 OCL阵列的像素排列结构对比

全像素全向对焦

全像素双核对焦，这个词在手机领域已经不新鲜了，从三星S7采用的IMX260开始，这项技术指哪打哪的优秀对焦性能征服了当时几乎所有人。但随着华为P20系列采用Quad Bayer阵列后，高像素成为各路手机厂商追逐的对象，从4000万像素到4800万到6400万再到1.08亿，手机厂商们在追求高像素的路上一去不复返。但目前手机上的Quad Bayer阵列并没有搭载全像素双核对焦，回归到了原来部分像素内嵌相位对焦点的模式，对焦性能自然比不上真·满屏对焦点的全像素双核对焦。在Soomal一系列拍摄体验中，我们也可以看到，这一系列机器的对焦体验弱于上个世代的全像素双核对焦机型们。

全像素双核对焦是怎么实现的？在撞针的[Doc]Link=00004269[/Doc]这篇文章里头，已经解析的很清楚了。

细说佳能 Dual Pixel CMOS AF 技术-配图7

细说佳能 Dual Pixel CMOS AF 技术-配图9

• DP对焦的核心是每个像素集成两个个相互独立的光电二极管，分别接受来自镜头两侧的光信号，完成相差检测，再将两侧信号汇总成一个图像点输出。每个对焦像素都能获完整的光线信号，都能参与成像，数量不再受限制，所有的像素都可以既对焦又成像，70D的2020万有效像素的CMOS集成了4030万光电二极管，所以DP对焦的中文官称是“全像素”双核CMOS AF。
  

后面索尼、三星的全像素双核对焦都继承了类似思路，每个滤镜下有两个独立的光电二极管，完成相位检测，所有的像素都既可以对焦，又可以成像。这种传感器，配合手机的高速数据读取和处理，取得了比佳能更好的效果，采用了全像素双核对焦的机器，都能做到“指哪打哪”。

传统OCL和2x2 OCL的结构对比

而这一次，索尼采取了全像素双核对焦和全像素双核对焦的思路。2x2 On Chip Lens，如上图所示，顾名思义一个微透镜下面是2x2，四个像素，这样，所有的像素都能参与相位检测了。

全像素对焦检测

更有意思的是，在传统的全像素双核对焦里，对焦点相当于都是传统单反上的 “一字对焦点”，而2x2 OCL解决方案里，横着的俩可以检测横向，竖着的俩可以检测纵向，斜着的俩又可以测斜向，换句话说，相当于所有的对焦点都是传统单反上的“米字对焦点”。全像素全米字对焦点，索尼表示各个方向对焦都没问题，也因此国内宣传口径叫做“全像素全向对焦”。

高分辨率输出

如何实现高分辨率输出呢？索尼就说了一句话：使用独自的信号处理功能来变换排列，实现高分辨率拍照。索尼还顺便配了一张图。

Quad Byer像素重新排列

普通的Quad Bayer排列，就是四个像素一组，8个绿色、4个红色、4个蓝色。但如果我们换个角度看看呢？

Quad Byer像素重新排列

如上图所示，如果我们把不同色彩之间相邻的四个单元拉出来，刚好就是传统Bayer阵列的四个格子，RGGB。只要我们上、下各错开一个像素，那么每四个单元格里，都是传统Bayer阵列的RGGB像素排列，只是位置稍有不同。当然了，传感器解马赛克算法远没有这么简单，这里只是一个猜想示例。翻翻论文的话，利用算法将Quadbayer阵列传感器提升分辨率的方式，光是我刚查资料看见的就有五六种了。

索尼半导体强大的性能在这里又一次体现了，从IMX586开始，索尼的Quadbayer阵列是一个原色滤镜对应一个光电二极管和一套电路，换句话说，每个像素都能输出数据，这个才是排列变换的基础。

更高的光电效率

这个可能是这块传感器最不值得一提的技术。索尼工程师在论文中表示，由于高像素传感器的微透镜太小，采用更大的微透镜可以提升光电量子效率（QE, Quantum Efficiency）。但是单个微透镜下头有四个像素，这样会造成不同像素之间的互调失真（Crosstalk），所以索尼又秀了一把半导体技术，把微透镜稍微位移了一下（OCLs Shift），同时又加强了像素间的隔离（DTI）。

透镜带来的失真

DTI使用技术的差别

对焦性能的提升

索尼论文中的结果非常理想，在低于1lux的光线上也能做到优良的对焦效率的同时，QE效率比普通的Quad Bayer高7%以上。

总结：

索尼最新的全像素2x2 OCL解决方案提供了手机领域最强的对焦性能，除此以外，还有更高的解析度、更好的弱光拍摄能力。这些能力的背后，是索尼半导体足够强的性能和工程师们的智慧。

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