当前位置:主页 > U彩生活 >Sony 慢动作摄影晶片 IMX400 解密,每秒 960 格是怎幺达成的? >

Sony 慢动作摄影晶片 IMX400 解密,每秒 960 格是怎幺达成的?

发布时间:2020-06-08作者: 阅读:(984)

Sony 慢动作摄影晶片 IMX400 解密,每秒 960 格是怎幺达成的?

Sony 在 2017 MWC 发表的 Xperia XZ Premium 最近已经开始上市。其特色除了採用最新 Qualcomm 835 晶片组,延续上一代 Z5 Premium 使用的 4K 萤幕,并加入 HDR 功能。最主要的亮点为同时发表的 Xperia XZs 也使用的 Motion Eye 相机技术。Mobile Eye 使用堆叠式(Stacked)记忆体感光元件(CMOS Image Sensor / CIS),能录製每秒 960 格录影功能(960p),拍摄效果有如电影的慢动作特效。此功能成为 Sony 在 2017 旗舰机上的招牌。

Sony 一直都是影像感测器技术市佔率的领先者。在影像感测器发展史上,Sony 从早年 CCD 发展到 CMOS 技术。作为数位摄影不可缺少的基本元件,Sony 的 CIS 除了供给自己相机与手机部门使用,也供应给手机的竞争对手,包括苹果 iPhone 与 Samsung 的 Galaxy 系列手机(目前最新 iPhone 7 与 Galaxy S8 也持续採用),目前市佔率全球第一。

使用在 XZ Premium 与 XZs 上的 CIS 为 IMX400,规格为 1/2.3、1,900 万画素。对 IMX400 如何做到电影慢动作(960p)呈现特殊时刻,Sony 除了在东京发表会透露一些规格,外界很难一窥堂奥,还好今年 IEEE ISSCC(国际固态电路研讨会),Sony 发表了一篇《A 1/2.3-inch 20Mpixel 3-layer Stacked CMOS Image Sensor with DRAM》,外界可以透过了解在电路设计发表的最高殿堂中揭露的内容,进一步了解这颗 IMX400 的运作祕密。

Motion Eye 的运作方法,可以相容于目前的 MIPI 协定,採用 CSI2(CPHY 2.0GPs / Lane)与传统应用处理器(AP)内的影像处理单元(ISP)相连,在慢动作播放时,也就是先用高速摄影(960p)录製,后而使用正常速度(通常为 30p)播放来产生慢动作效果,而 IMX400 最大的优势就是不需要改变现行手机内对 AP 的支援(不需更新更快 MIPI 的传输速度),单靠使用 IMX400 即可让手机支援此慢动作播放的功能。

客製化 DRAM 储存传送资料是关键

IMX400 如其所宣称的採用 3 层堆叠元件组成(见下图),分别是最上层的背照式感光元件,与最下层的逻辑电路元件。中间使用 DRAM 形成类似三明治的组合。由于手机内的相机镜头模组空间相当珍贵,所有组成单位都必须非常轻薄,根据 Sony 公布的资料,除了本身製造的 CIS,内含的 DRAM 包含传统 CIS 内的 Row driver,推测应该是 Sony 为了平衡三层元件的电路面积,与合作伙伴一起客製化开发的 DRAM,此 DRAM 的目的最主要为用来高速摄影(960p)时当储存的功能。

Sony 慢动作摄影晶片 IMX400 解密,每秒 960 格是怎幺达成的?

根据在 ISSCC 发表的论文,上层 CIS 採用 1AL5Cu 90nm 技术,中层 DRAM 为 1W3AL 的 30nm 製造,最下层的逻辑电路则为 1AL6Cu 40nm 技术。拆解机构 TechInsights 的报告也证实论文内晶片面积中间採用硅穿孔技术(TSV)相连 CIS 到 DRAM 的 Row Driver,再继续把讯号传送到最下层逻辑电路内的 ADC,由于高速摄影产生的瞬时大量资料,共有 4 个 ADC 内来产生转换后的数位资料,而为了将此资料能即时储存到 DRAM,Sony 特地设计了高达 512 Bits 来运作在 200 MHz 的传输介面为 DRAM 与逻辑电路沟通,非常类似 Wide IO 的设计理念。

而实际拍摄高速摄影的运作模式,在使用者按下高速摄影触发点后,CIS 即会从传统的 30p 转换为 960p,在塞满 DRAM 后,就会自动回复原来 30p 的录製,CIS 也会在传送当下图片给 AP 时,将之前录影储存在 DRAM 的高速摄影内容,在目前 1/30 秒的拍摄间隔时同时传回给 AP,一旦 DRAM 传回清空,手机即可继续录製下一个慢动作播放的内容。

IMX400 使用的高速摄影功能不只可新增慢动作播放的内容,由于 CIS 本身每次扫描线的储存时间都不相同的特性(CIS 不像 CCD 一样所有扫描线都开始同时储存[全面曝光/Global Exposure],而是一次储存一条(Line Exposure),此为 CMOS 本身运作的特性),在拍摄的物件高速移动时会产生 Rolling Shutter 效应,此状况会让拍摄后的照片扭曲变形。体积较大型的数位单眼相机之所以能够避免这个问题是採机器快门,但在手机上实施机器快门目前有难度,而 IMX400 具备的高速摄影能力(也就是缩短每次扫描线相隔的时间)可以减缓此拍摄问题的效应。

Sony 这次透过 CIS 在手机的创新势必引起竞争对手跟进,最可能藉由採用 Sony 半导体的上述 IMX400 来达成同样功能。而目前在 Mobile CIS 市佔率第二高的 Samsung 由于同时兼具 CIS 与 DRAM 製造技术(故在 IMX400 的 DRAM 合作伙伴可能为 Micron 或 SK Hynix),预计跟进发表类似技术也可预期,但一般读者可能比较在意的是苹果(或是其他手机),何时会跟进採用放入 iPhone 内。

上一篇: 下一篇:

相关阅读