科技瞭望台：成就安卓之光？三星GN2解析

　　在此前小米举办的新品发布会上，小米隆重推出了冲击高端旗舰的随机产品——小米11 Ultra，小米官方将这一部手机定义为“安卓之光”。在这一款手机上，其在影像方面拥有了大幅的提升，其采用了一颗联合三星耗时18个月研发的GN2主摄，并且在超广角、长焦镜头方面也进行了一系列的升级，小米官方称之为三主摄方案。在其中最引人注目的就是来自于三星的GN2主摄，这一款主摄有什么样的升级？有什么全新的功能点？本期科技瞭望台，就来解析三星的GN2传感器。

　　底大一级压死人：

　　在小米11 Ultra的发布中，雷军提到小米11 Ultra所采用的GN2是目前手机行业中最大的主摄。雷总此言不虚，GN2的尺寸达到了1/1.12''的大小，在现阶段的手机中行业上，确实属于最大尺寸，其大小接近于一些卡片机。

　　在相机领域中就有这样的说法，底大一级压死人，而同样的在手机上也是这样的道理。传感器通过捕捉光信息将光信号转化为数字信号，在这其中，面积越大的传感器就能捕获到更多的光子数量，从而获得更好的成像效果。而且其中光在转化为数字信号的过程中，还要引入到信噪比（SNR SIGNAL-NOISE RATIO）的概念。

　　在传感器的感光单元上，入射的光子会转化为电子，而在其中用量子效率QE来表示的话。拥有更高的转化率，也就拥有了更高的信噪比。所以大底的优势是不言而喻的。

　　而在信噪比的计算中，通过一系列的等比，可以达到一个大概的结论，其传感器的信噪比基本上会正比于传感器的边长比。在这种情况下，暗光环境中越大的传感器面积就能获得越高的信噪比，从而在低ISO的情况下，也能获得比其他面积较小传感器在高ISO环境下所得到的画面亮度，并且成像质量也会更好。

　　所以三星的GN2传感器可以在同样暗光的环境下，获得更纯净的画质，并且由于大底的优势，在拍摄物体时可以获得更进一步的虚化效果。

　　大底的加成下，三星的这颗GN2单像素可以达到1.4μm的大小，而在4像素合1后更可以进一步达到2.8μm。

　　Smart-ISO Pro：

　　在相机领域上，部分的高端机型会原生支持两个ISO，用以满足在不同光照亮度下的感光度表现。其原理是在同一个CMOS上设置不同的感光增益(或不同的放大电路)，根据不同的感光增益，相机可以配套两个不同策略的ISO。

　　而同样的，现阶段部分手机COMS也已经采用到了这一个双ISO技术，通过两套不同的增益实现在高亮度环境和低亮度环境下的拍摄效果。

　　但是在定位于专业领域的相机上，除了双ISO之外，还可以进一步进行双ISO内容的合成，在同一个时间单位内，分别利用两套不同的ISO增益，实现高增益ISO和低增益ISO图像的同步获取。

　　在同步获取到不同的ISO增益图像之后，可以使用高ISO获取到的暗部消息与低ISO获取到高光信息进行融合，同步产生拥有高低两套ISO增益的图像，保留图像的更多细节信息。

　　在这一方面，三星将配备了两套ISO逻辑的传感器技术称之为Smart-ISO，它可以根据不同的环境光感切换不同的ISO逻辑。而在可以同步采用两套ISO逻辑进行合成的技术上，则称之为Smart-ISO Pro。

　　此前在小米10至尊纪念版上，采用了来自豪威科技的OV48C，也同样支持类似的原理，可以实现两套ISO同步调用输出，小米将这一项技术称之为“双原生ISO Fusion”。

　　此次的小米11 Ultra也可以使用三星GN2传感器的Smart-ISO Pro技术，所以在发布会上，小米也同样宣传其支持“双原生ISO Fusion”。

　　Staggered HDR（逐行HDR）：

　　而在小米11 Ultra上所实现的“双原生ISO Fusion”上，其采用的三星GN2还需要配合Staggered HDR（逐行HDR）才有更进一步的效果。

　　三星的GN2传感器上采用的Staggered HDR（逐行HDR），是利用电子滚动快门的特性，将首行的短曝光和次行的长曝光同时进行，通俗来说就是第一行已经完成一次长曝光切入第二行时，在第一行马上进行短曝光，可以在同一单位时间内，将可能的完成HDR拍摄，相比传统的多帧HDR（短曝光完成之后再接长曝光，本质上是拍两张），其拥有更短的曝光间隔、更高的成像速度，可以进一步降低重影、拖像等情况的发生，实现更高质量的HDR内容拍摄。

　　而除了静态的图像拍摄外，这一个功能也可以在HDR视频拍摄上被调用，达到更加优秀的拍摄效果。

　　Dual Pixel Pro：

　　在传统的相位对焦（PDAF, Phase Detection Autofocus)上，其原理是通过在COMS上预留不参与成像的对焦像素点，通过像素遮蔽（shield pixel）的方法让不同的光线进入到这一对焦点上，经过相位检测，计算相位差来确定对焦。

　　在这一个原理下，在COMS上增加更多的对焦点，就可以进行更加准

　　确的对焦，但是在这方面上，存在一个问题，因为其进行了遮蔽，所以在实际的使用上，只能用相邻像素点进行补足。在这种情况下，有可能出现色彩的不正确问题，这个时候传统的相位对焦技术就存在着不足。

　　在后续发展中，全像素双核对焦（Dual PD Autofocus）技术应运而生，其采用一个像素点进行切割的方式，通过将一个像素点分为A与B两个光电二极管，从而获得不同的信号差，进行对焦。

　　而在Quad Bayer排列上，索尼采用了一种全新的2x2 COL技术，即在一个Quad Bayer阵列的四合一像素上，采用一整片的片上透镜进行覆盖，在一整片的透镜覆盖下，这一颗四合一的大像素中，就包含四颗小像素，可以利用一整颗完整小像素进行对焦，进行两两一组的对焦操作，在原理上，和原先的全像素双核对焦（Dual PD Autofocus）有所不同，其没有对像素本身进行切割的操作，利用到的是一整颗完整的像素点进行对焦，并且在前文提到过，其可以利用两两一组进行对焦，及可以进行横向、竖向、对角线方向的对焦，类似于相机上的米字对焦，国内一般称这一项技术为全像素全向对焦。在理论上来说，得益于完整的像素点进行对焦，该项技术是目前对焦性能最好的技术。

　　而三星此次的Dual Pixel Pro是一个什么样的技术呢？我们可以大致理解为来自于全像素双核对焦（Dual PD Autofocus）的加强版。其在原先的全像素双核对焦基础上，将绿色像素从原先的纵切改为了对角线反方向切割。通过这一个技术，三星GN2传感器的绿色像素点可以进行上下左右多个角度的相位对焦，使得其相比较于原先纵切的全像素双核对焦（Dual PD Autofocus），增加了对于更多方向的对焦支持，通过对不同角度像素对焦点的调度，能有效改善的对焦性能。

　　总结：

　　三星的GN2传感器可以说是是目前手机行业中一颗处于顶尖水平的影像传感器。其拥有目前手机行业中最大的传感器面积，并且引入了双重ISO的同时合成和逐行HDR技术，在拍摄HDR内容上，可以有效地避免拖影现象并且得到更高的信息量。三星在这颗传感器上也进行了对焦技术的改进。在原先的原理上，其利用对不同像素进行不同方向切割的技术有效的实现了对于其他方向的快速对焦，和竞争对手的产品相比，其也具有一定的优势。

　　但是我们要知道除了硬件参数上的出色之外，优秀的影像质量还需要上下游厂家进行通力的协配。例如三星此次全新引入的对焦技术就需要一个复杂算法的支撑以及高性能ISP的协助，在目前的情况下来看，小米在此次发布会上强调了其联合三星进行了长时间的研发，这足以说明这颗传感器需要进行上下游厂家的高度合作，这也可以说明为何现在的各家手机厂家会在发布会上强调一颗好的传感器需要与上游厂家进行长时间的通力合作。

　　而我们从这里也可以看出小米11ultra号称自己是安卓之光，是具有一定的底气的。而小米11ultra在后续能否通过一系列的OTA逐步将这颗传感器的性能推向最高点？这就让人期待了。