Сенсор Samsung ISOCELL Bright HMX приносит качество профессиональных камер в смартфоны

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 остаётся наиболее важной и востребованной для пользователя. Специалисты Samsung Electronics не только помнят об этом, но и постоянно работают над совершенствованием технологии камер для своих смартфонов и стремятся сохранить лидерство в указанной области.
Как очередное подтверждение этому - новый 108-мегапиксельный (МП) сенсор Samsung ISOCELL Bright HMX, первый в отрасли сенсор для мобильных устройств, включающий более 100 миллионов пикселей. Этот новый сенсор, обладая разрешением, аналогичным разрешению матриц среднеформатных профессиональных цифровых камер, даёт возможность не только получать исключительно чёткие снимки, но и обеспечивать высочайшее качество изображения даже при очень низких уровнях освещённости.

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 чёткость которых сохраняется даже при большом увеличении или кадрировании снимка. Высокое качество обеспечивается за счёт 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 (9.6x7.2 мм). Известно, что чем больше размер пикселя, 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 освещённости, т.е. выявлять больше деталей даже в тёмных участках сцены. В условиях хорошей освещённости сенсор с высоким разрешением лучше передаёт 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 каждого отдельного пикселя, не допуская “загрязнения” его цветом от соседних. В этой технологии структура фотодиода каждого пикселя окружается перегородкой из инновационного материала, благодаря которой свет, падающий на пиксел не выходит за его пределы. Это является существенным улучшением технологии сенсоров с обратной подсветкой (BSI сенсоров), недостатком которых было ухудшение качества изображения за счёт перекрёстных помех от взаимодействия соседних пикселей, возникающих из-за проникновения света из конкретного пикселя в соседние.
Поначалу разработчики пытались формировать физические барьеры между соседними пикселями, изолируя их друг от друга и накрывая их микролинзами, чтобы увеличить количество света, попадающего на фотодиод, но одновременно это приводило к повышению оптических потерь. Преимущество технологии ISOCELL Plus заключается в замене металлического барьера вокруг пикселя 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 пикселем, даже если этот пиксель имеет небольшие размеры.

Технология повышения качества изображения от сенсора при любых уровнях освещённости

При освещении пикселей 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 съёмке ярко освещённого объекта сигнал от пикселей может испытать чрезмерное усиление (быстро достичь порога насыщения), а при съёмке сюжета при низкой освещённости это приведет к появлению нежелательного цифрового шума, проявляющегося в искажении цвета.
В новом мобильном сенсоре, созданном по технологии ISOCELL Bright HMX, Samsung реализовал способ, устраняющий эту проблему. Он заключается 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 освещённости сцены, оптимизируя тем самым процесс конвертации светового сигнала в электрический. Это позволяет получать правильно экспонированные кадры изображения в широком диапазоне изменения условий освещённости. Другими словами, технология Smart-ISO – это реализация на практике элементов искусственного интеллекта в системе обработки изображения, полученного сенсором.
Важно заметить, что создание сенсора Samsung ISOCELL Bright HMX даёт возможность решить старую проблему фотографии – получение высококачественных снимков в условиях низкой освещённости. Известно, что чем больше в сенсоре пикселей, тем выше разрешение изображения, но если размеры пикселя большие, то сенсор обладает большей чувствительностью к свету, а это означает, что качество изображения и цветопередача лучше. Специалисты всегда старались найти компромисс между размером пикселя и размерами матрицы сенсора, чтобы обеспечить высокое качество снимков при низкой освещённости. Специалисты Samsung решили эту проблему с помощью технологии Tetracell.
В сенсоре ISOCELL Bright HMX они реализовали инновационный алгоритм, который объединяет 4 соседних пикселя в один (кластер), в результате чего формируется пиксель размером 1,6 мкм из четырёх 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 освещённости.
Кроме технологий повышения качества изображения за счёт интеллектуальной системы учёта уровня освещённости, сенсор ISOCELL Bright HMX обладает также исключительно быстродействующей системой автофокусировки Super-PD, обеспечивающей высочайшую чёткость изображения. Благодаря технологии Super-PD, пользователи могут получать чёткие и яркие фотоснимки с великолепной проработкой деталей как неподвижных, так и динамичных объектов даже в условиях низкой освещённости.
Обычные системы автофокусировки требуют использования процессора, осуществляющего поиск деталей сюжета с высоким контрастом с использованием метода проб и ошибок для получения максимально чёткого 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 чёткого снимка.
Благодаря технологиям повышения качества изображения сюжетов при низкой/высокой освещённости, а также благодаря быстрой системе автофокусировки, улучшающей чёткость изображения динамичных сцен, реализованных в сенсоре ISOCELL Bright HMX, пользователи смогут получать снимки высочайшего качества любых сюжетов при любом освещении.

Samsung’s ISOCELL Bright HMX Brings the High Performance of Professional Cameras to the Smartphone

The advances made in recent years to mobile technology have resulted in some amazing user benefits – from enhanced productivity features to intelligent performance. But one feature that users consistently value highly is camera sophistication. Samsung Electronics is not only aware of this, but also works tirelessly to ensure that their camera technology remains cutting-edge.
Accordingly, Samsung has released its 108-megapixel (Mp) ISOCELL Bright HMX, the industry’s first mobile image sensor to exceed 100 million pixels. Boasting a resolution similar to that of a medium format expert-grade camera, this new image sensor not only enables the user to capture extremely sharp photos, but also allows them to do so in a wide range of adverse lighting conditions. Check out the video below to see the ISOCELL Bright HMX’s features and user benefits in-depth.

Bringing Professional-grade Quality to the Smartphone Camera

Following in the footsteps of Samsung’s expansion of its 0.8μm image sensor range, the ISOCELL Bright HMX delivers 108Mp – 108 million effective pixels – in each individual image. This pixel-count allows the camera to deliver extremely well-defined images that remain sharp even when zoomed in or cropped. The image sensor achieves this by utilizing 0.8μm-sized pixels, and is the first mobile image sensor in the industry to feature a larger 1/1.33-inch size. These features enable the ISOCELL Bright HMX to absorb more light in low-lit environments, allowing the sensor to ‘see’ more when formulating a photograph. In better-lit conditions, having a high-quality image sensor allows for sharper textures and better overall color accuracy.
Samsung’s ISOCELL Plus technology is another key component underpinning the ISOCELL Bright HMX. This advanced pixel isolation technology minimizes optical loss and prevents each 0.8μm pixel from being contaminated by the colors of the ones adjacent to it. Placing a barrier around each pixel, this technology represents a vast improvement on the previous backside illuminated (BSI) sensors, which were susceptible to quality degradation due to pixel crosstalk. Engineers also tried introducing a physical barrier between neighboring pixels, isolating them and allowing more light to be gathered by the micro-lens and absorbed by the photodiode, but this also led to optical loss. ISOCELL Plus technology replaces a metal barrier with an innovative new material that minimizes optical loss and light reflection. It also allows the photodiode to absorb more light, resulting in superb pixel performance, even with smaller pixel sizes.

Sensor Technology for Best Performance in All Lighting Conditions

When pixels receive light information, that information is then subjected to analog gain or signal amplification before being converted into a digital signal by the analog digital convertor (ADC). ‘Native ISO’ is the baseline setting that a camera is set to that allows it to get the most detail out of an image, deviation from which can result in unwanted amplification or reduction of the sensor’s sensitivity to light. But with just a single native ISO, over-amplification can occur when conditions are very bright and unwanted noise can appear when an environment is low-light.
With the ISOCELL Bright HMX, Samsung has created a solution to mitigate these issues by incorporating Smart-ISO technology (including one low and one high amplification ISO) into the new mobile image sensor. The inclusion of this technology allows the sensor to intelligently select amplification levels according to how the scene is lit, optimizing light-to-electric signal conversation and making cameras more versatile across a range of lighting environments.
Notably, Samsung’s ISOCELL Bright HMX helps users manage the age-old question in photography of – how best to capture photographs in low-light conditions. While taking pictures with smaller pixels allows for better resolution, utilizing larger pixels is the best way to improve the sensor’s ability to absorb light. Thus, it has been necessary to find some kind of middle ground in which good quality photos can be captured in poorly lit environments. That’s where Samsung’s Tetracell Technology comes in. In the ISOCELL Bright HMX, an advanced algorithm rearranges pixels according to lighting condition, merging clusters of four pixels into single pixels and allowing 0.8μm pixels to be transformed into 1.6μm ones. Even after merging of pixels, by having over 100 million pixels to start with, ISOCELL Bright HMX still ensures incredibly high 27Mp resolutions for great low-light photography.
As well as offering users advanced lighting condition management technology, the ISOCELL Bright HMX also features Super-PD autofocus for fast and accurate autofocus capabilities. Users can capture crisp, clear photos with precise focus of both still and moving objects, even in low-light environments.
Conventional autofocus capabilities require the processor to find the areas of highest contrast and employ a trial and error method to achieve an optimal focus. However, phase detection autofocus enabled by Super-PD technology means that mobile image sensors which feature PD pixels can quickly calculate how far away an object is and automatically optimize focus for the shot.
With the low-light, bright-lit and auto-focused movement photography capabilities offered by the ISOCELL Bright HMX image sensor, users will be able to capture those special moments in outstanding quality, no matter what the conditions may be.