影像+传感年终亮点

华为商机成像芯片领域的军备竞赛,索尼胜大与I-TOF,事件驱动的视觉传感器的出现

发布日期:2019年12月18日
合着者:雷方丹,高级技术分析师

三星,华为和苹果继续推动更多的成像相关的硅到他们的旗舰级智能手机的相机比以往任何时候。在这一年收出,这是值得分享我们的一些意见,以补充DXOMARK的智能手机摄像头基准测试得分,其揭示的智能手机摄像头系统性能的持续逐渐演变。

后置旗舰智能手机摄像头

图1所示为三星Galaxy S的摄像头分辨率和像素间距和注系列,华为的P和伴侣系列后置,以及苹果公司的iPhone手机的三年趋势。华为继续积极推动更高分辨率的传感器,包括伴侣30 Pro的双40个MP级传感器。从产品规划的角度来看,它是苹果冒险的事,给予其每年发布的产品的小窗口。这是由华为和三星的两倍,每一年的旗舰版本中,我们确实看到了新的领域,传感器更频繁推出了对比。华为历来提供最拍照选项在其分层P和伴侣系列变种。

值得注意的是,在过去的三年里,没有这三个领导人后置成像器使用了亚微米像素。小米的新108 MP相机功能为0.8μm产生像素,并且并列与华为第一名DXOMARK的排名(不包括在图1小米数据)。那么,什么是最好的?领导人赞成在他们的高端产品更大的像素,但标杆之外,它归结为艺术和个人喜好的讨论。

前3智能手机原始设备制造商,旗舰级智能手机后置摄像头的分辨率和点距趋势,2017年至2019年

图1.前3智能手机原始设备制造商,旗舰级智能手机后置摄像头的分辨率和点距趋势,2017年至2019年

使用较高分辨率的成像器,与所述多相机趋势相结合,导致了成像器芯片尺寸的大幅增加和整体堆叠成像器内容在两个后和朝前的智能手机相机。图2概括了后面对主打三星,华为和苹果手机堆叠成像器在可用的相对的管芯面积的趋势(全分析/数据图像传感器订阅)。每个数据点代表后置的CMOS图像传感器(CIS)的每个电话的组合面积。这些都是层叠芯片成像器,所以伴随图像信号处理器(ISP)的管芯面积是相同的CIS管芯面积的趋势。请注意,从DRAM IC使用的模具领域的贡献在三星的三重堆叠成像器不包括在此数据。每个OEM的策略是显而易见的:华为是领先的成像硅军备竞赛,而苹果最近采取了更为保守的态度,但仍然实现了有竞争力的标杆成绩。

后视成像芯片、精选2017-2019旗舰智能手机和DXOMARK智能手机后视摄像头基准相对组合模区

图2所示。后视成像芯片、精选2017-2019旗舰智能手机和DXOMARK智能手机后视摄像头基准相对组合模区

三星近期主后置摄像头继续采用其成功的三重堆叠快速读出传感器(FRS)与适度改善独联体模具结构。类似地,苹果的新的后置成像器设有CIS结构媲美2018的iPhone,虽然广角相机传感器现在并入双PD相位检测自动对焦(PDAF)补充现任掩蔽PDAF溶液。这代表了第一已知使用双PD和部署在同一个有源像素阵列上掩蔽PD的。一个容易预测的趋势是小像素成像仪,它能够实现越来越多地使用专业PDAF像素。We have documented the emergence of masked, dual PD and 2x1 on-chip lens (OCL) approaches, but PDAF is still a relatively new pixel option and we expect more to come (e.g., Sony has just presented a 2x2 OCL paper at IEDM 2019).

华为与索尼合作,Mate 30 Pro的4000万像素双摄像头让人印象深刻。图3显示了IMX650,首先在P30 Pro中使用,它拥有1.0的mpixels和RYYB“Quad Bayer”颜色滤镜阵列(CFA)。现在,它与新的配对IMX608,它的特点是第一次使用4x4像素每4.48的工具m pitch CFA。这4x4 RGB四倍的Bayer配置是第三个四倍的Bayer变种,我们已经看到从索尼(其他是传统的2x2 RGB四倍的Bayer和2x2 RYYB四倍的Bayer)。IMX608的1.12版的mgeneration像素融合了蒙面的PDAF。半遮罩像素部署在蓝绿色行与绿色替代过滤器使用的遮罩像素在蓝色通道。

索尼IMX650 RYYB“四拜耳” 1.0微米的像素,蒙面PDAF

索尼IMX650 RYYB“四拜耳” 1.0微米的像素,蒙面PDAF

后视成像芯片、精选2017-2019旗舰智能手机和DXOMARK智能手机后视摄像头基准相对组合模区

索尼IMX608的4x4 RGB四拜耳1.12微米像素,蒙面PDAF

图3华为伴侣30 Pro的后置40万场像素摄像机成像仪

智能手机的摄像头有问题

图4显示了前3个oem的前置成像仪分辨率和像素间距趋势。华为最近在其自拍照中采用了24mp和32mp的亚微米像素高分辨率传感器。三星更喜欢低解像度的1000万像素自拍相机,最近推出了世界上最小的双PD PDAF相机,其像素为1.22×m。苹果公司最近将其700万像素的自拍相机升级为1200万像素(所有的自拍相机最近都使用了1.0的“fire m generation”像素,并配备了拜耳RGB CFA)。

前3智能手机原始设备制造商,旗舰级智能手机前置摄像头分辨率和点距趋势,2017年至2019年

图4所示。前3智能手机原始设备制造商,旗舰级智能手机前置摄像头分辨率和点距趋势,2017年至2019年

主打前置摄像头顺裸片面积的趋势(图5)是向上的,虽然对于苹果它是适度增加。三星最近部署了双摄像头的自拍,推靠近顶部的位置。华为采用高解析度成像索尼有它领先的前置摄像硅比赛,作为后置摄像头的舞台。这就是说,这些亚微米像素不购买华为当与第二相机合作,如在华为新星6 5G除了一个领导位置(未包括在图5中的管芯面积的数据)。三星在其自拍的相机使用最大像素并没有占据榜首跻身前3 OEM的旗舰。

前置成像芯片、2017-2019精选旗舰智能手机和DXOMARK智能手机自拍相机基准相对组合模区

图5所示。前置成像芯片、2017-2019精选旗舰智能手机和DXOMARK智能手机自拍相机基准相对组合模区

索尼i-ToF征服了旗舰智能手机

直接飞行时间(d-ToF)在移动电话上使用的历史相对较长,可以追溯到意法半导体最初的SPAD-based proximity传感器,最近在一种竞争性的解决方案中AMS。索尼的背光间接ToF (i-ToF)解决方案于2018年首次用于智能手机,并于2019年进入华为和三星的旗舰店。ToF阵列的出现可以说是今年智能手机成像/传感的重大事件。

阵列的ToF使新的智能手机功能,包括生物测定学的辅助,自动对焦,3D扫描,测距和测量等在这一刻,索尼公司的成功的解决方案提供了180×240的分辨率与10个微米像素,并用5个微米的像素480 * 640的分辨率。我们预计2020-21要实现广泛采用的飞行时间,既为rear-和前置应用,以及更高的分辨率阵列飞行时间的持续的趋势。索尼的成功吸引了其他开发团队的重视和我们预计的最高分辨率的战斗,飞行时间在未来几年内的传感器最小像素。

IMX316 IMX516
描述 IMX316 IMX516
模具尺寸 4.03毫米X4.70毫米(18.9毫米2 4.85毫米X5.11毫米(24.8毫米2
决议 180×240 480 * 640
点距 10微米 5微米
著名的设计赢得 辰R17临(后置),
华为P30临(后面对),
华为Mate 30 Pro(后置)
三星Galaxy注10 + 5G(后置),
华为Mate 30 Pro(前置)

图6索尼背照我-TOF概述

关注:事件驱动的视觉传感器

我们期待着年终假期的到来,但也有点遗憾的是,我们暂时不得不离开正在进行的三星第三代动态视觉传感器(DVS)分析。三星宣传其家庭监控解决方案,称其提供了安全保障,同时维护了用户隐私。DVS输出显示运动/边缘数据的视频流,而不是传统的图像流。背面照明的S5K231YX的模具尺寸为5.85 mm x8.02 mm (47 mm2),分辨率为640 x 480,分辨率为9.0×m。图7显示了我们正在进行的多晶硅模的照片。

三星S5K231YX动态视觉传感器(DVS)多晶硅模具照片

图7三星S5K231YX动态视觉传感器(DVS)多晶硅模片照片

三星此前提出的DVS工作在ISSCC 2017年和最近在IEDM 2019年我们在ISSCC 2020年,其中索尼和PROPHESEE将共同存在的DVS解决方案上的背照式1280×720分辨率的传感器(工作会期待二月披露)。

2019一直是忙碌的一年TechInsights的成像和传感专家和分析师。在游戏中的游戏有我们专注于进一步深沟槽隔离(DTI)的发展,高级小像素PDAF系统,在堆叠芯片成像器和芯片至芯片互连,先进的互联网服务供应商,优化的CFA和光学堆叠演进,高动态范围(HDR)汽车领域当然飞行时间的和。我们期待着更多的背照式全局快门的产品来分析,继续高分辨率和亚微米像素发展,增强型近红外(NIR)传感器,并推向非硅探测器。当我们开发我们的2020点路线图的分析,我们有几个颠覆性的技术活动的视线,并很高兴能继续加入到我们的技术分析的内容库。

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