图像传感器的型号：IMX363／IMX400／IMX378／IMX586等索尼主流图像传感器型号对比分析

手机相机系统由镜头、传感器、光圈和 ISP（图像信号处理器，一般集成在 SoC 中）等部件构成，结合软件算法，这几点的优劣基本决定一部手机的拍照性能。硬件方面，由于体积和成本限制，手机的镜头和光圈并玩不出什么花样，所以传感器的重要性就更加突出。出于成本、产品定位和外形设计（摄像头突起）的考虑，手机厂商会在不同机型上使用不同的图像传感器。本文将会给大家介绍一下主流传感器的参数，参数对成像的影响，以及都被哪些手机采用。

传感器参数的意义
有效像素、传感器尺寸和（等效）单位像素尺寸是手机相机传感器的核心参数。

传感器尺寸影响什么？
忽略软件算法和其它因素，传感器尺寸越大越好。因为传感器大小决定了有多少光被捕捉。拍照时，传感器上每一个像素都纪录“光信息”，传感器尺寸大意味着更丰富的信息。这也就意味着“大底”传感器能带来更高的动态范围、更广的 ISO 范围和更少的噪点。直接表现就是明暗条件复杂场景下更好的曝光和细节还原，以及暗光环境下更好的曝光和噪点控制。能在暗光和明暗条件复杂场景下表现优秀的话，手机在其它场景下的表现也不会差。

相机传感器（图源：网络）

此外，在其它参数和拍摄条件（距离）一致的情况下，传感器尺寸越大，越能实现物理背景虚化。不管算法抠出的虚化照片有多好，都不如物理虚化来的自然。大多数手机传感器尺寸都不大，所以只能在很近的距离拍出物理背景虚化照片。松下 DMC－CM1 是传感器尺寸最大的手机，1 英寸的传感器能在不是很近的距离拍出漂亮的物理背景虚化照片。

非虚化模式下的物理背景虚化，效果自然

然后，在其它参数（镜头焦距）和拍摄条件（距离）一致的情况下，传感器尺寸越大，成像的视角就越大。对于小尺寸传感器设备来说，需要视角更广（焦距更短）的镜头，才能实现合适的视角。

Lumia 1020 摄像头突起显著，1／1．5 英寸传感器大于 99％的手机

大尺寸传感器的缺点是占用空间大。因为不仅传感器本身大，大尺寸传感器也需要大尺寸镜头来覆盖。镜头和传感器都大的话，手机的厚度和摄像头突起的体积就会不可避免地变高，也会占用手机其它部件的空间。选用什么尺寸的传感器一直是手机厂商需要权衡的。

单位像素尺寸影响什么？
单位像素尺大小决定了传感器的感光能力，越大意味着更好的暗光拍摄能力，最直观的表现是噪点水平。

单位像素尺寸＝传感器宽度／照片分辨率宽度
从公式可看出，有效像素、传感器尺寸和单位像素尺寸是互相影响的。如果一个传感器的单位像素尺寸大，那一般情况下它的传感器尺寸就不会小。但有些传感器像素太高，这时传感器体积再大也避免不了单位像素尺寸的渺小。这时就会用到素四合一，用四个小像素合成一个大像素，把像素数量降到原来的四分之一。尽量用够大的等效单位像素尺寸来弥补小像素感光能力不足的劣势。

有效像素影响什么？
有效像素越大，解析度越高，照片细节更清晰。

IMX586 4800 万像素放大更清晰（图源：SONY）

但由于大像素会造成单位像素尺寸低下，所以在非光线充足的场景下，高像素拍出的照片噪点会相对明显。目前解决高像素传感器暗光噪点的方法是刚刚提到的像素四合一，下文也会介绍到采用该技术的传感器。
主流型号参数一览
索尼和三星统治了智能手机的图像传感器市场，其中索尼市场份额最大，几乎所有主流手机都搭载了索尼的传感器。下图就是 2015 年之后（不包括 2015 年）发布的主流手机搭载过的相机传感器主要参数。

采用各型号传感器的手机都有哪些？
根据产品定位、主打功能、产品设计和供应链情况，手机厂商会决定产品所选用的传感器型号，并与之匹配相应的软件算法。看完主要参数后，我们来看一看有哪些机型采用了参数表中的相机传感器，以及传感器们的大致表现。

IMX362 是一款高端传感器，主要被应用于 2017 年的旗舰机上，比如谷歌 Pixel 2 系列、努比亚 Z17S、vivo Xplay6 和 HTC U11 等。但由于竞争的激烈，不少中端机也搭载了 IMX362，比如魅族 M15、魅蓝 E3、华硕 Zenfone 3 Zoom 和 Moto Z2 Play 等。

努比亚 Z17S
谷歌 Pixel 2 系列称雄了 2018 前三个季度手机的拍照。虽然谷歌的算法功不可没，但这也从侧面证明了 IMX362 过硬的素质和大量的潜力。

IMX363
IMX363 是 IMX362 的升级版，主要参数一样。同时 IMX363 也是 2018 年最被人熟知的传感器，因为目前大部分旗舰机或以拍照见长的手机都搭载了 IMX363，比如谷歌 Pixel 3 系列、小米 8、vivo NEX、坚果 Pro 2S 和诺基亚 X7 等。其中最后两款机型都是主打拍照的中端机，这进一步体现了厂商对于高端传感器下放中端机策略的肯定。

坚果 Pro 2S

刚提到的这几款机型都在相应的价位提供了最顶级的拍照能力，IMX363 的素质值得肯定。

IMX333
三星一直都有找索尼为自家旗舰定制相机传感器的传统，IMX333 就是为三星 Galaxy S8 系列定制的传感器，之后也被 Galaxy Note8 所采用。在三星算法的加持下，IMX333 也是表现出了极强的实力，尤其是夜视仪般的夜拍。

三星 Galaxy Note8

从主要参数上看，IMX333 和 IMX362、IMX363 一样。索尼给三星 Galaxy S7 系列定制的 IMX260 就和 IMX362、IMX363 有着千丝万缕的联系。虽然一般情况下新的传感器都有更好的表现，但是这几款不同时间面世的传感器还是共享了很多基因。

IMX345
IMX345 是三星找索尼为 Galaxy S9 系列定制的三层堆栈式传感器，之后也照例给了下半年旗舰 Galaxy Note9。IMX345 这个传感器本身素质就很优秀，但它最大的亮点是内置了 DRAM。DRAM 是动态随机存储器，和电脑上的内存、显卡的显存类似。在相机传感器上，加入 DRAM 的目的是实现帧数更高的视频录制。

三星 W2019 采用了和 Galaxy Note9 同样的相机

在 DRAM 的帮助下，IMX345 能让三星 Galaxy S9 系列和 Galaxy Note9 实现 720P 分辨率的 960fps 超级慢动作视频。

IMX400
在三星 Galaxy S9 系列和 Galaxy Note9 之前，索尼就已经有两代手机具备 960fps 超级慢动作视频的拍摄能力。索尼 Xperia XZ2 系列和 XZ3 更是可以实现 1080P 分辨率的 960fps 超级慢动作视频录制。这都要归功于世界首款内置 DRAM 的手机三层堆栈式传感器 IMX400。

传统背照式传感器有两层：照射像素和信号回路处理，IMX400 在这两层之中加入了 DRAM 层。

从 2017 年 2 月开始，索尼发布了 Xperia XZs、Xperia XZ Premium、Xperia XZ1、Xperia XZ1 Compact、Xperia XZ2、Xperia XZ2 Compact、Xperia XZ2 Premium 和 Xperia XZ3 八款手机，它们都使用了 IMX400 作为主摄像头传感器。

索尼 Xperia XZ2

从参数上看，IMX400 的传感器尺寸比上文提到的一众高端传感器都大，但由于像素较高，IMX400 的单位像素尺寸并不占优。可综合来看 IMX400 性能依然强悍，算是索尼给自家机型开的小灶。

IMX378
IMX378 是 2016 年规格最好的传感器，采用它的手机有在当年称雄 DxOMark 排行榜的谷歌 Pixel 系列和性价比旗舰小米 5S。和 2015 年的 IMX377 一样，IMX378 也被应用到了手机外的其它设备，比如卡片机。

IMX380
IIMX380 可以被看成是 IMX378 的升级版，两者参数一致。和索尼特供 IMX400 比的话，IMX380 有着和 IMX400 一样的大底，有着比 IMX400 还高的单位像素尺寸，性能非常给力。从搭载 IMX380 手机的成像能力来看，IMX380 确实是目前综合性能最强的、开放使用的高端传感器。

魅族 15

搭载 IMX380 的代表性手机有魅族 15 系列、魅族 16th 系列、魅族 16X 和华为 P20。这几款手机都在相应价位提供了顶级的拍照体验。

IMX600
IMX600 是华为为了奠定手机拍照领军地位和索尼联合打造的。1／1．7 英寸的传感器尺寸只比“上古时代”的诺基亚 808 PureView、Lumia 1020 和松下 DMC－CM1 小，是当代主流手机之最。

P20 Pro 和 Mate 20 Pro 能够直出 4000 万像素的照片（分辨率 7296 x 6472），但由于此时的单位像素尺寸只有 1 微米，所以 4000 万模式只适合光线充足的拍摄环境。

好在这两款手机还有 1000 万像素模式（默认开启），拍摄 1000 万像素（分辨率 3648 x 2736）照片时，像素四合一技术会带来 2 微米等效单位像素尺寸，在光线条件不理想时带来了顶级表现。

华为 P20 Pro

实际表现来看，华为 P20 Pro 和 Mate 20 Pro 都是毫无疑问的顶级。可惜 IMX600 被华为独占，否则我们也许能看到其它厂家的算法给 IMX600 带来的不同效果。

IMX586
IMX586 是现在最火的传感器，延续了被华为独占的 IMX600 的思路，给其它厂商开放了大底、高像素、具备像素四合一技术。

荣耀 V20

IMX586 的 1／2 英寸传感器尺寸只比 IMX600 小，像素四合一带来的 1．6 微米等效单位像素尺寸也很给力。如果调教得当，手机端有史以来最高的 4800 万像素能带来很高的解析度（光线充足条件下）。

目前搭载 IMX586 的手机有华为 nova 4、荣耀 V20。小米在不久前的发布会上也曾表示年后发布的红米 Note 7 Pro 将会用上这颗 CMOS。

IMX519
IMX519 是 OPPO 和索尼定制的传感器，首发在 OPPO R15 上，之后也出现在了 OPPO Find X、OPPO R17、一加 6 和一加 6T 上。传感器参数平平，但经过不错的优化，IMX519 还是在这些机型上呈现了符合产品定位的成像素质。

一加 6
IMX350
IMX350 是一款被许多机型采用的传感器，由于性能较差，被不少机型当成了后置相机的副摄，比如魅族 15 系列和魅族 16 系列。

IMX350 也被当成过主摄，但这不意味着就 IMX350 主摄的手机拍不出好照片。从市场表现来看，在两、三年前刚被采用时，结合优秀的算法，IMX350 可以拍出符合当时旗舰拍照手机水准的照片。

IMX386
IMX386 是魅族找索尼定制的，首发在了 2016 年的魅族 MX6 上，后期也开放给了其它厂家。搭载 IMX386 的机型有魅族 Pro 7 系列、魅族 MX6、小米 MIX 2、小米 6、小米 Note 3 和坚果 Pro 2 等，多为中、高端机型。和不起眼的参数一样，IMX386 的表现不是很出彩，但也不算差。

魅族 MX6

IMX486
IMX486 和 IMX386 是近亲，性能基本差不多。搭载 IMX486 机型有小米 6X 和华硕 Zenfone Max Pro M2 等，这两款机型都是 2018 年优质千元机。

小米 6X

IMX376
虽然参数平庸，但是 IMX3767 是文中三款采用像素四合一技术的传感器之一，但合完之后像素就变成了 500 万。所以 IMX376 基本都被作为后置相机的第二摄像头或前置摄像头，比如小米 6X（后置第二摄像头）和魅族 15 系列（前置）。

IMX351
IMX351 是文中参数最差的传感器，但也是最有意思的。因为最著名的采用 IMX351 传感器的手机是旗舰机——和三星 Galaxy S／Galaxy Note 系列对标的 LG V30 和 LG G7 ThinQ。但出乎意料的是，LG G7 ThinQ 的拍照能力竟然还相当不错，可见算法有多么重要。

左：LG V30，右：LG G7ThinQ（图源：andoridpit）

其它搭载 IMX351 传感器的手机有 HTC U Play 和华硕 ZenFone 4 Pro（副摄）。

传感器只是拍照性能的一环
虽然前面说了那么多传感器规格对成像的影响，但大家依然要明白，决定手机成像效果的因素还有很多。比如 ISP、防抖、光圈、镜头和软件算法等，其中软件算法影响很大（算法的力量：如何让 3 年老机胜今年旗舰）。假设一部手机的传感器顶级，但软件算法很差。那么这部手机就不能充分挖掘传感器性能，最终成像效果只能算是不错。反过来，在顶级拍照算法的加持下，传感器性能稍微不错的手机能也拍出顶级的照片。所以传感器只能决定手机拍照性能的上、下限，最终拍照能力具体落在什么高度还要看算法。

图像传感器的型号：图像传感器 ｜ CMOS & CCD选型参考

文章来自团队微信公众号，可以直接搜索“PrecisionEngineering”关注。
【引言】
在电子化、数字化的整体趋势下，现实世界中的物理维度通过各式各样的传感器被转换成了电学量，极大地便利了信息的存储与传播，以及在数字世界中对物理世界的digital twin的重建。在光电图像领域，尤其是在消费电子领域，CMOS和CCD应该算是应用最为广泛的两类图像传感器。光电类产品研发的过程中，往往需要根据产品的设计指标和光学性能等参数，对CMOS/CCD这类图像传感器进行选型。本文从光电传感器的原理出发，针对CMOS和CCD选型过程中需要考虑的关键性能参数进行简单说明。
【光电传感器工作原理】
如图所示[1]，光子（Photon）在光敏面激发出电子（Eletron），激发出的电子数与光子数之间的比值即为量子效率；随后激发出的电子被存储在对应像素的阱中，像素阱的满阱容量和像素面积呈正相关，当像素阱被电子填充满，此时对应的是采集图像中观察到的光照饱和的情形；后续的步骤则是将每个像素中的电子通过ADU单元放大为电压信号。对应的流程也可以从下图中看到[2]。
【性能参数】
整个转换的过程中涉及到的噪声包括光子的散粒噪声（Shot Noise）、电子器件的暗噪声（Dark Noise）以及ADU模块的读出噪声（Readout Noise）等。
其中光子散粒噪声是由于光的粒子性带来的光子数统计涨落，符合泊松分布，散粒噪声等于接收到的光子数的平方根，因此接收到的光子数越多，相应的散粒噪声的信噪比越高；暗噪声指像素内部产生的热噪声，可以理解为电子的散粒噪声，像素的暗噪声随着温度的升高和积分时间的增大而变大，一般相对于读出噪声可以忽略不计，除非进行长时间曝光时，需要对暗噪声进行计算（暗电流和曝光时间的乘积的平方根），例如天文摄像这种极暗情形下的成像，一般采用制冷CCD（cCCD）来进行成像；读出噪声指像素阱内电子转换成输出电压信号过程中所有噪声的统称（RMS），读出噪声随扫描频率的增加而增加，更小的读出噪声意味着能够检测到更小的信号。
与噪声相对应的，图像传感器元器件参数中往往会提到“绝对灵敏度阈值”（Absolute sensitivity threshold），代表平衡噪声级别所需光子的最小数量。
低光照条件时，读出噪声为主要噪声；光照条件增加时，光子散粒噪声增加甚至超过读出噪声变为主要噪声。
参数“动态范围”（Dynamic range）指可接收光信号最大值与最小值之间的比值，表明了相机型号探测最大和最小光强度的能力动态范围越大，对光信号的量化间隔越小，能够探测到更多细节光敏器件的动态范围定义为输出的饱和电压/无光照时的噪声电压，这个噪声电压可以是读出噪声或是暗噪声。与之比较类似的参数“信噪比”（SNR），定义的区别是信噪比考虑所有的噪声影响，包括散粒噪声[3]。
除此之外，常常需要考虑的是图像传感器的像素尺寸，像素尺寸对应了图像中每个单元的尺寸大小，因此像素尺寸越小，图像的空间分辨率也就越高，一般而言，从空间分辨率考虑的像素尺寸，同时要与与之匹配的镜头光学性能进行校验，明确是光电传感器的像素分辨率还是镜头的光学空间分辨率会导致整体系统的分辨率瓶颈；另一方面，随着像素尺寸的减小，接收到的光子数和像素阱容量减小，导致信噪比（SNR）和动态范围（Dynamic Range）变差，因此一味追求小尺寸高分辨率反而会导致图像质量的恶化。所以一般而言，像素数量一样的情况下，像素面积越大的CCD/CMOS成像质量越好，这也是为什么手机厂商一方面会说自家采用的传感器的像素达到了千万级甚至亿级别，另一方面会提到整个感光面积达到了1/1.33英寸的级别。
【CCD/CMOS】
在图像传感器领域，CMOS属于后来者，不过出于其较低的制造成本以及不断提高的成像性能，CMOS逐步吞食了CCD的大部分应用场景。传统意义上来说，CCD的量子效率、动态范围优于CMOS；但是CMOS的扫描行频高于CCD，而且CMOS的价格成本和功耗低于CCD。不过随着CCD和CMOS的不断改进，两者之间的性能区别已经模糊，在商用及便携移动应用领域，CMOS逐渐取代CCD（索尼于2017年宣布停产CCD），CCD优势应用在于高质量和高灵敏度成像上（以及红外成像）。CMOS芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，也正是因为此，CMOS的像素中光敏面积的填充率往往低于CCD，相应地，CMOS在其光敏面前可添加微透镜阵列[4]，用于将光束聚焦到光敏面上，提高受光的效率。
【实例说明】
表中对比了某公司的两款CMOS产品，可以看到A款的灵敏度比B款高出接近两个数量级，相应地它有更小的噪声和更高的信噪比和动态范围；同时如果采用A款CMOS，镜头的孔径可以相应减小，也就降低了光学设计的难度。从表中的备注6可以看到，暗噪声对应的曝光时间为10ms，因此当CMOS工作在高于100Hz及以上的频率时，相对于读出噪声，两款CMOS的暗噪声都可以忽略不计，因此在考虑动态范围的时候，以读出噪声作为基准计算的动态范围更符合实际应用，可以作为电路中ADC选型的参考。
【参考】
FLIR: How to evaluate Camera Sensitivity.EMVA1288-3.0: Standard for Characterization of Image Sensors and Cameras.Jerome, W. Gray (2017): Practical Guide to Choosing a Microscope Camera. In Micros. Today 25 (5), pp. 24–29. DOI: 10.1017/SX.PCO Imaging AG.: pixel size & sensitivity.

图像传感器的型号：尼康单反相机图像传感器型号一览

尼康D800上搭载的索尼IMX094图像传感器
Chipworks公布2004年之后尼康10台单反相机所使用的图像传感器型号数据。
这10台相机所使用的传感器大致可以分为两大阵营，其中有6台相机的传感器由尼康自行设计、瑞萨制造，另外4台相机的传感器则来自业界竞争对手索尼。
Chipworks指出，在其目前测试的全画幅相机当中，D800上搭载的索尼IMX094图像传感器拥有最小的单位像素尺寸（4.75μm），而各种评测也表明D800的画质已经接近中画幅相机。有趣的是，索尼并未在其最新的顶级单电相机A99上使用这块传感器。
也许人们会感到奇怪，为什么尼康会使用索尼的传感器，而索尼又何以成全竞争对手呢？联想到三星与苹果公司最近的专利案，再结合苹果手机/平板电脑与三星之间的芯片采购合同，人们可能就不难理解数码产品界这剪不断理还乱的关系了。

图像传感器的型号：索尼IMX图像传感器各型号的命名规则？

太乱了，到底怎么看？260竟然比298都强，298又比286强，378按理说应该比2系列强一个档次，然而也就是比260强不到哪去。到底怎么看？
很遗憾的是，IMX 系列传感器的编号似乎是没有规律的。
有一条接近规律的，就是 IMX*** 同系列产品一般后两位数相同，升级换代的时候百位数依次增加。中画幅有 IMX161/261/361/461，IMX211/311/411，一英寸 IMX183/283/383。
但是这条规律的例外也有很多的……比如 IMX210/310/410，分别用于索尼 a6000（APS-C，Exmor）、a9（全画幅，Exmor RS）、a7M3（全画幅，Exmor R），完全就不是一个技术迭代的关系。
后缀一般是表明某个型号的小变种，比如 IMX309AQJ 就是用于尼康 D850、IMX309BQJ 则是用于尼康的 Z 7。