国产之光豪威有多牛？华为正测试OV50K，单曝光HDR技术超三星索尼

真义科技 2024-04-28 11:56:12

导语：

据产业消息，华为下半年的旗舰即Mate70系列，正在测试豪威的OV50H和OV50K。

其中OV50H已经历多轮市场检验了，其优秀动态范围的特点早已被用户所熟知；而刚上市不久且动态范围更牛的OV50K，现在只有荣耀的Magic6至臻版和保时捷版搭载。

下面就从纯技术角度去分析这两款传感器，看看国产豪威在单曝光HDR技术上有多努力。

1，DCG HDR

首先，要搞清楚的就是最基础之 DCG 技术。如上图所示由于DCG电容的加入，像素电路得以根据实际场景选择与DCG电容的连通与否，但最终只有一个输出端可以读出对应的增益。

也就是说，在单个原生像素内，到底是接通DCG电容以获得低转换增益，还是断开DCG电容从而获得高转换增益，是一种“二选一”无法兼得的状态。

但由于现在的手机传感器，普遍都是默认“四合一”的 Quad Bayer 阵列设计，所以就可以将同色相邻像素分别设置为高、低转换增益模式，并通过像素合并实现片上DCG HDR合成。

拓展阅读：首图所示像素电路图为经典的4T-APS设计，其中Reset代表复位晶体管，Transfer代表传输晶体管，Amplifier Transistor代表放大晶体管，Select Switch代表选择晶体管。

工作原理简单来说就是，在一个新的工作周期中复位晶体管将浮置扩散区电容复位，然后选择晶体管导通将经过放大晶体管增强的电压复位值读出，此为像素电路底噪的复位读出。

复位读出完成后，传输晶体管导通将光电二极管积累的信号电荷转移至浮置扩散区电容，然后重复上面一段的过程从而完成信号读出，而信号读出与复位读出的差值便是有效信号值。

2，双原生ISO Fusion Max

但CIS厂家们非常任性，很多时候各家就同一个技术名词也能整出不同的技术路线来，例如近年来备受赞誉的国产之光豪威，就整出了另外两种DCG HDR技术。

最早的尝试是选在了2020年，当时OV48C业界首发了双原生ISO Fusion技术：通过两套模拟增益通路同时读出转换增益值，并施以不同倍率的模拟增益，最后再合成一张HDR图片。

后面三星跟进了这一技术，并将其命名为智能ISO Pro技术。但豪威并没有停止前进的脚步，接着其又将DCG技术融合进去，从而在2023年初推出了OV50H。

这个技术在遇到大光比场景时，像素电路就会接上DCG电容从而提高阱容，然后双模拟增益通路同时读取低增益电压，但两个通路的模拟增益是不一样的。

其中一路以16倍模拟增益读出，然后选择暗部细节（即抛弃过曝部分），结合另一路以1倍模拟增益读出之亮部细节（即抛弃过暗部分），便能合成一张高动态范围的图片。

如果遇到的是暗光场景，那么DCG电容会被断开，然后双模拟增益通路同时读取的将会是高增益信号，然后无需放大电压直接全都保持1倍增益，这样就不会放大前端噪声了。

也就是说如此这般之后，DCG技术的高感优势和双原生ISO Fusion技术的低感优势，可以完美结合在一起，从而带来能适应更多复杂场景的高质量成像输出。

有趣的是，豪威推出OV50H半个月后，三星携HP2也发布了原理类似的 DSG（双斜率增益）技术；但由于两者子像素数量的巨大差异，所以HP2在像素四合一模式动态范围更高。

毕竟豪威OV50H原生像素为5000万，这时仅能应用一个转换增益值；而三星HP2则可以将高、低转换增益，分别应用于所有2亿子像素中，然后四合一为5000万像素。

3，TheiaCel & LOFIC 技术

被三星后来居上豪威自然不服气，于是在2024年三月份便首发了基于LOFIC功能之移动端TheiaCel技术，从此豪威在5000万像素传感器上也能实现高、低转换增益的同时应用了！

说来也是有趣，这豪威的OV50K和三星的HP2底都是一样大的1/1.3英寸，HP2四合一后的像素量也同样是5000万像素，更巧的是两者皆采用了全像素全向对焦设计，可谓殊途同归了。

但这个TheiaCel技术却是基于全新像素电路设计的产物，其电路细节如下图所示，相较于普通的DCG电路其复杂指数可谓直线上升！所以其硬件成本非常高，仅顶级旗舰才会采用。

仔细观察上图可以发现，像素层中心电路与文章开头的那个DCG电路设计非常像，明显差异之处便是其拥有两组结构非常复杂的读出电路（S1与S2），同时图右还有对应的时序图。

时序图太抽象看不懂没关系，豪威论文中还给出了辅助理解示意图，将两种工作模式的抽象时序图通过具象过程图解表达了出来。

如下图所示，LOFIC工作模式中先是读出了S2电路的复位值，然后LOFIC电容接到了FD电容溢出的电荷，接着S1电路开始读出FD电容增益值，最后S2电路读出LOFIC电容增益值。

到了右边的双VR模式，则是将FD和LOFIC视为一个大电容并整体复位，然后PD处光生电子开始涌入，接着便将这个“大电容”的增益值读出，最后再将PD复位值减去便是信号值。

这个技术简单总结就是，既能同时将FD电容和LOFIC电容的转换增益单独读出（业界独一档），还能在整体读出过程中消除PD残留电荷的影响从而避免过曝。

也正是因为豪威能做到大小电容单独读出转换增益，所以其FD电容能够尽量做小以提高转换增益（业界DCG技术大小电容比值普遍为3:1），从而输出更高信噪比的暗光场景图像。

总结：

从索尼最先推出的DCG技术出发，三星跟上节奏并推出了原理一致的智能ISO技术，后面索尼又推出了全新的双原生ISO技术，然后豪威便推出了更进一步的双原生ISO Fusion技术。

不过三星动作很快，其沿着豪威路线又开发出了原理一致的智能ISO Pro技术，反倒是索尼在单曝光HDR技术上躺平了——仅以一个最基础的片上四合一DCG HDR应万变。

于是后面豪威又推出了双原生ISO Fusion Max技术，三星继续跟进并推出了基于自身高像素优势的双斜率增益技术，最后豪威便推出了惊艳世人的基于LOFIC功能之TheiaCel技术！

暗光场景方案——业界DCG技术之FD电容普遍都是大电容的1/3容量，而TheiaCel技术却能让FD电容变得更小从而提高传感器的高感能力，结合多重采样功能还能实现进一步降噪。

大光比场景方案——之所以FD电容能变得更小（暗处细节更多），皆因为LOFIC电容可以被单独读出从而得以将容量设计得更大（亮部细节更多），并以此实现单像素DCG HDR。

高光场景方案——将FD电容和LOFIC电容合为一个整体的操作与普通DCG技术一致，但是双VR模式这种带PD复位和整体电容复位之操作却是独一档的，疗效就是消除过曝影响。

注：若看懂了前面的“拓展阅读”，那么后面TheiaCel技术的“双VR工作模式”便可轻松看懂。

43 阅读：11267

老衲有一个道友

2024-04-28 22:13

技术贴！虽然不能完全理解，但不明觉历，各国产加油！不断攀登技术高峰，努力做到世界第一[点赞]

钓你个花蟹 回复黎江 05-21 20:05
别人说的是各国产[哭笑不得][哭笑不得]你特么神断句啊

黎江回复 05-21 19:59
别各国加油，我就希望只有我们成功。我就这么自私

行运倒霉蛋

2024-04-28 22:17

豪威加油

用户10xxx51

2024-04-29 10:34

有什么技术，供应商技术。基本的车门都打不开

用户17xxx44 回复 07-02 18:20
你有技术？喷子的技术吗[得瑟]

前世今生 回复 07-10 18:47
生喷[点赞]

心灵的港湾

2024-06-11 22:25

不是，大家觉得国产的东西就是这么不堪吗？豪威做到现在的水平，很了不起，iQOO12系列用的就是豪威，拍照效果还是很不错，怎么看了评论区，大部分人都是嗤之以鼻，真搞不懂现在的工作国人是怎么了，当年我们手工铁锤打出来的车子，大家都觉得很自豪，反观现在，对国产的东西有了很大进步，还是遭到嗤之以鼻、冷嘲热讽。

美G别咬我 回复 07-12 21:40
很大一部分是外国资本做的局，但凡中国品牌出点头，就被收购雪藏，（明明可以以这个品牌赚钱，但外资却选择收购后雪藏，仔细品）

2-20个字符 回复 07-03 12:57
我印象里，大家根本就没说过豪威半个不字。甚至说之前搭载豪威感光元件的型号，大家评价都很高。