Сенсор Samsung ISOCELL Bright HMX для камер смартфонов повышает качество изображения до уровня профессиональных камер

Достижения в области совершенствования технологий для мобильных устройств в последние годы позволили не только существенно улучшить и расширить функциональные возможности камер смартфонов, но и  дополнить их элементами искусственного интеллекта. Однако проблема улучшения качества фото/видео изображения, полученного камерой смартфона пока остается наиболее важной и востребованной для пользователя. Специалисты компании Samsung Electronics не только помнят об этом, но и постоянно работают над совершенствованием технологии камер для своих смартфонов и стремятся сохранить лидерство в этой области.

19.12.2019

В подтверждение этому Samsung разработал и наладил производство 108-мегапиксельного (МП) сенсора ISOCELL Bright HMX, первого в отрасли сенсора для мобильных телефонов, включающего более 100 миллионов пикселей. Этот сенсор, обладая разрешением, аналогичным разрешению матриц среднеформатных профессиональных цифровых камер, дает возможность пользователям не только получать исключительно четкие снимки, но и обеспечивать высочайшее качество изображения даже при очень низких уровнях освещенности. Посмотрите видео ниже, чтобы более детально познакомиться с устройством и преимуществами для пользователя сенсора ISOCELL Bright HMX.

Профессиональное качество фото/видео изображения теперь доступно и для камер смартфона

Сенсор ISOCELL Bright HMX является результатом дальнейшего развития технологии предыдущего сенсора с разрешением 108MП и пикселем размером 0,8 мкм, благодаря чему каждый кадр изображения включает 108 миллионов эффективных пикселей. Такое количество пикселей в сенсоре позволяет получать исключительно детальные изображения, высочайшая четкость которых сохраняется даже при большом увеличении или кадрировании снимка. Высокое качество обеспечивается за счет использования пиксела достаточно большого размера (0,8 мкм) и новый сенсор является первым в индустрии сенсором для мобильных устройств такого большого формата – 1/1.33 дюйма (9.6 x 7.2 мм). Известно, что чем больше размер пиксела, тем выше отношение “сигнал/шум”, тем меньше уровень цифрового шума в изображении и тем выше его качество. Все эти особенности инновационного сенсора ISOCELL Bright HMX позволяют ему воспринимать больше света в условиях низкой освещенности, т.е. выявлять больше деталей даже в темных участках сцены. В условиях хорошей освещенности сенсор с высоким разрешением лучше передает детали текстуры объектов и обеспечивает более точную цветопередачу.

Технология Samsung ISOCELL Plus – другой важный компонент, лежащий в основе сенсора ISOCELL Bright HMX. Эта инновационная технология изоляции пикселей позволяет минимизировать оптические потери (потери света) и повышать чистоту цвета от данного пиксела, не допуская “загрязнения” его цветом от соседних пикселей. В этой технологии структура фотодиода каждого пиксела окружается перегородкой из инновационного материала, благодаря которой свет, падающий на данный пиксел не выходит за его пределы. Это является существенным улучшением технологии сенсоров с обратной подсветкой (BSI сенсоров), недостатком которых было ухудшение качества изображения за  счет перекрестных помех от взаимодействия соседних пикселей, возникающих из-за проникновения света из данного пиксела в соседние. Специалисты поначалу пытались формировать физические барьеры между соседними пикселами, изолируя их друг от друга и накрывая их микролинзами, чтобы увеличить количество света, попадающего на фотодиод, но эта также приводило к повышению оптических потерь. Преимущество технологии ISOCELL Plus заключается в замене металлического барьера вокруг пиксела новым инновационным материалом, что позволило минимизировать оптические потери и снизить эффект отражения света. Благодаря технологии ISOCELL Plus на фотодиод попадает больше света, что повышает КПД преобразования света пикселом даже если этот пиксел имеет небольшие размеры.

Технология повышения качества изображения от сенсора при любых уровнях освещенности

При освещении пикселов светом в них возникает электрический сигнал, который усиливается аналоговым усилителем и далее преобразуется в цифровой сигнал с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Заданное значение ISO светочувствительности (‘Native ISO’) – это установленное по умолчанию значение светочувствительности сенсора камеры, при котором обеспечивается максимальная детализация изображения и отклонения от этого значения могут привести либо к чрезмерному повышению или уменьшению светочувствительности сенсора. Если в камере “зашито” только одно такое значение “native ISO”, то при съемке ярко освещенного сюжета сигнал от пикселов может испытать чрезмерное усиление (быстро достичь порога насыщения), а при съемке сюжета при низкой освещенности это приведет к появлению нежелательного цифрового шума, проявляющегося в искажении цвета.

 В новом мобильном сенсоре, созданном по технологии ISOCELL Bright HMX, Samsung реализовала решение, устраняющее эту проблему, состоящее в использовании технологии Smart-ISO (с одним низким и одним высоким значением усиления ISO светочувствительности). Применение этой технологии позволяет сенсору правильно выбирать значения коэффициента усиления в зависимости от уровня освещенности сцены, оптимизируя тем самым процесс конвертации светового сигнала в электрический. Это позволяет получать правильно экспонированные кадры изображения в широком диапазоне изменения условий освещенности. Другими словами, эта технология Smart-ISO – реализация на практике элементов искусственного интеллекта в системе обработки изображения, полученного сенсором.

Важно заметить, что создание сенсора Samsung ISOCELL Bright HMX дает возможность пользователям решить, наконец, старую проблему фотографии – получение высококачественных снимков в условиях низкой освещенности. Известно, что чем больше в сенсоре пикселей, тем выше разрешение изображения, но если размеры пиксела большие, то сенсор обладает большей чувствительностью к свету, а это означает, что качество изображения и цветопередача лучше. Специалисты всегда старались найти компромисс между размером пиксела и размерами матрицы сенсора, чтобы обеспечить высокое качество снимков при низкой освещенности. Специалисты Samsung решили эту проблему с помощью технологии Tetracell. В сенсоре ISOCELL Bright HMX они реализовали инновационный алгоритм, который объединяет 4 соседних пиксела в один (кластер), в результате чего формируется пиксел размером 1,6 мкм из четырех 0,8-мкм пикселей. Но даже после этого объединения пикселей в ISOCELL Bright HMX сенсоре, включающим более 100 миллионов пикселей, обеспечивается 27-мегапиксельное разрешение, позволяющее получить снимки исключительно высокого качества даже при очень низком уровне освещенности.

Кроме технологий повышения качества изображения за счет интеллектуальной системы учета уровня освещенности, сенсор ISOCELL Bright HMX обладает также исключительно быстродействующей системой автофокусировки Super-PD, обеспечивающей высочайшую четкость изображения. Благодаря технологии Super-PD, пользователи могут получать четкие и яркие фотоснимки с великолепной проработкой деталей как неподвижных, так и динамичных объектов даже в условиях низкой освещенности.

Обычные системы автофокусировки требуют использования процессора, осуществляющего поиск деталей сюжета с высоким контрастом с использованием метода проб и ошибок для получения максимально четкого изображения. Фазовая система фокусировки, реализованная с помощью технологии Super-PD с использованием PD пикселов, позволяет быстро оценить расстояние до объекта и автоматически сфокусировать объектив для получения четкого снимка. Благодаря технологиям повышения качества изображения сюжетов при низкой/высокой освещенности, а также благодаря быстрой системе автофокусировки, улучшающей четкость изображения динамичных сцен, реализованных в сенсоре ISOCELL Bright HMX, пользователи смогут получать снимки высочайшего качества любых сюжетов при любом освещении.

Дополнительную информацию о том, как с сенсоры ISOCELL помогают пользователям снимать интересные сюжеты с помощью смартфона, можно получить, посмотрев видео: