- 原文：Imaging + Sensing End-of-Year Highlights，作者Ray Fontaine。由热心网友[咕咕]提供翻译，本文约2500字，结算稿酬300元。
华为引领成像芯片军备竞赛，索尼凭借i-ToF取得胜利，事件驱动型视觉传感器出现：三星、华为和苹果正以比以前更强的势头，将成像相关的芯片推向其旗舰智能手机的相机中。年底了，我们分享一些观察意见，以补充不断提高的DXOMARK的智能手机相机测试成绩，也说明智能手机相机系统的持续进化。
旗舰智能手机后置摄像头
图1显示了近三年来，三星的Galaxy S和Note系列，华为的P和Mate系列以及苹果的iPhone的后置摄像头分辨率和像素间距趋势。华为继续积极推动更高分辨率的传感器，包括Mate 30 Pro中的双4000万像素级传感器。从产品计划的角度来看，鉴于其年度产品发布的窗口很小，（更换图像传感器）对苹果而言这是一项冒险的业务，尤其是与华为和三星每年两次的旗舰版本形成了鲜明对比。我们看到了更多、更频繁的新成像器和传感器发布。华为，依其产品定位不同，在P和Mate系列产品中提供最多的相机组合选择。
值得注意的是，在过去三年中，三个手机市场领导者的后置摄像头中没有一个使用亚微米级像素传感器。小米的最新的1亿800万像素摄像头采用了0.8 μm的单个像素，在DXOMARK的排名中与华为并列第一（小米数据未包含在图1中）。那么，什么是最好的？这三家市场领导品牌倾向于在其高端产品中使用较大的像素，但除了基准测试之外，它的确取决于艺术和偏好。
高分辨率图像传感器的使用和多摄像头趋势的结合，导致前后智能手机摄像头图像传感器晶圆尺寸和整体堆叠传感器含量大大增加。图2总结了三星，华为和Apple旗舰机中后置摄像头的相对芯片面积趋势。每个数据点代表不同手机后置摄像头中CMOS图像传感器（CIS）的组合区域。这些都是堆叠式图像传感器，因此配套的图像信号处理器（ISP）芯片面积与图像传感器（CIS）芯片面积趋势相同。请注意，三星数据三重堆叠成像器中使用的DRAM IC对芯片面积的贡献未包含在此数据中。每个厂商的策略都是显而易见的：华为在图像传感器硅含量军备竞赛中处于领先地位；苹果公司采取了更为保守的方式，但仍取得了具有竞争力的基准分数。
三星最新旗舰产品中的后置主摄，继续采用其成功的三叠式快速读出传感器（FRS），并对CIS芯片结构进行了适度改进。苹果的新款后置摄像头的图像传感器，与上代产品结构类似，尽管主摄集成了全像素双核相位检测自动对焦（PDAF），以补充现有的掩蔽PDAF解决方案，这代表了在同一像素阵列上的双核对焦和掩蔽像素对焦的首次已知使用。由此可见，在小像素传感器中，增加专用双核对焦像素将成为来来趋势。我们已经看到了遮掩，双核对焦和2x1片上透镜（OCL）方式的出现，但是采用像素相位对焦仍然是一个相对较新的像素选项，我们预计还会有更多方式（例如，索尼刚刚在IEDM 2019上展示了2x2 OCL的论文）。
华为与索尼合作的Mate 30 Pro的双4000万像素级摄像头系统令人印象深刻。图3显示了首次在P30 Pro中亮相的IMX650，它具有1.0 μm像素和RYYB“ Quad Bayer”滤色镜阵列（CFA）。现在，与之配对的是全新的IMX608，IMX608首次使用了4x4像素滤色镜阵列，间距为4.48 μm。这种4x4 RGB Quad Bayer配置是我们从Sony看到的第三个Quad Bayer变体（另外两个分别是传统的2x2 RGB Quad Bayer和2x2 RYYB Quad Bayer）。IMX608的1.12 μm像素集成了带遮掩的对焦像素。半掩蔽的像素以蓝绿色行布置，绿色替换滤镜用于蓝色通道中的掩蔽像素。
智能手机前置摄像头
图4显示了前三大智能手机厂商的前置摄像头分辨率和像素间距趋势。华为最近在其前置摄像头中，采用了亚微米级像素的高分辨率2400万和3200万像素传感器。三星则更喜欢分辨率较低的1000万像素的前置摄像头，并且最近推出了世界上最小的1.22 μm像素的全像素双核对焦传感器。苹果最近将其700万像素的前置摄像头升级到了1200万像素（均采用拜耳RGB阵列的1.0 μm像素）。
旗舰手机的前置摄像头传感器面积趋势（图5）呈上升趋势，尽管对于苹果公司来说，增幅并不大。三星最新的手机装备了前置双摄，并将前置双摄手机定义为最高端机型。华为的高像素索尼传感器使用，使得华为在前置摄像头硅含量竞赛中同样也取得了领先地位。然而，这些亚微米像素并没有让华为相机那样成为领导者，除非采用前置双摄，如华为nova 6 5G版（未在图5传感器芯片面积数据中）。三星在前置摄像头中单个像素尺寸最大，在前三大OEM旗舰中确实位居榜首。
索尼i-ToF征服旗舰智能手机
直接飞行时间（d-ToF）在手机中的使用历史悠久，最早可追溯到意法半导体最初基于SPAD的距离传感器，最近，AMS也采用了同样方案。2018年，索尼的背照式间接ToF（i-ToF）解决方案首次应用于智能手机，并于2019年应用于华为和三星的旗舰机。可以说，阵列ToF的出现是今年智能手机成像/传感的标志性事件。
阵列ToF为智能手机实现了新功能，包括生物识别辅助、自动对焦、3D扫描、测距和测量等。目前，索尼在手机市场上主要的解决方案包括10微米像素的180 x 240分辨率，5微米像素的480 x 640分辨率两种方案。我们预计到2020-21年，ToF将在前置和后置摄像头上被广泛采用，阵列ToF将会走向更高分辨率。索尼的成功吸引了其他开发团队的关注，我们预计在未来几年内高分辨率、小像素尺寸ToF传感器领域将迎来一场激战。
描述 |
IMX316 |
IMX516 |
芯片面积 |
4.03 mm x 4.70 mm (18.9 mm2) |
4.85 mm x 5.11 mm (24.8 mm2) |
分辨率 |
180 x 240 |
480 x 640 |
像素尺寸 |
10 μm |
5 μm |
采用机型 |
Oppo R17 Pro (后置摄像头), |
Samsung Galaxy Note10+ 5G (前置摄像头), |
留心：事件驱动型视觉传感器
我们虽期待着结束一年工作后的假期，但也有些失落，因为要暂别分析三星第三代动态视觉传感器（DVS）。三星正推广其家庭监控解决方案，这种方案既能提供安全性，同时也能维护用户隐私。DVS输出显示运动/边缘数据的视频流，而不是传统的图像流。三星这块传感器为S5K231YX，采用背照式设计，裸片尺寸为5.85 mm x 8.02 mm（47 平方毫米），分辨率为640 x 480，像素间距为9.0 μm。图7显示了我们正在进行的工作的多晶硅管芯照片。
三星此前曾在ISSCC 2017和最近的IEDM 2019上介绍过DVS。我们也期待ISSCC 2020中，索尼和PROPHESEE的DVS解决方案展示（采用背照式1280 x 720分辨率传感器）。
对于TechInsights的成像和传感专家和分析师来说，2019年是繁忙的一年。身在局中让我们专注于进一步的深沟槽隔离（DTI）开发，先进的小像素对焦系统，堆叠式传感器和芯片间互连，先进ISP，优化的滤镜阵列和光学堆栈，高动态范围的（HDR）汽车成像仪，当然还有ToF。我们期待着更多的背照式全局快门产品的分析，高分辨率和亚微米级像素的持续开发，增强型近红外（NIR）传感器以及向非硅检测器的推动。在制定2020年分析路线图时，我们将着重于颠覆性的技术，并将添加到技术分析库中。