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Los teléfonos móviles han avanzado mucho en las últimas décadas. Desde los teléfonos básicos que aparecieron por primera vez a finales de la década de 1990 con el desarrollo de las comunicaciones móviles hasta los teléfonos inteligentes que conocemos hoy, ya no son sólo un medio de comunicación a través de voz y texto. Debido a sus potentes funciones de cámara, los teléfonos inteligentes ahora se consideran una alternativa viable a las pesadas cámaras DSLR. Este artículo presenta las tecnologías que SK hynix ha desarrollado para ofrecer a los usuarios mejores cámaras de teléfonos inteligentes, con especial atención al alto rango dinámico (HDR).1 Tecnología.
1Alto rango dinámico (HDR): en fotografía, el rango dinámico describe el área entre las áreas más claras y más oscuras de la imagen. HDR ofrece un mayor contraste en comparación con el rango dinámico estándar (SDR) y amplía el rango de brillo para acercarse lo más posible a lo que ve el ojo humano.
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Esfuerzos para mejorar el rendimiento del rango dinámico de la fotografía.
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En los últimos años, los sensores de las cámaras de los teléfonos inteligentes han evolucionado en función y configuración y se están acercando al nivel de las cámaras DSLR. Sin embargo, mientras que las cámaras DSLR tienen un tamaño de píxel de 3 a 4 micrómetros (μm) y una tecnología de convertidor analógico a digital (ADC) de 14 bits o superior, las cámaras de los teléfonos inteligentes tienen un tamaño de píxel de 1 μm y un ADC de 10 bits. las limitaciones físicas del tamaño del teléfono inteligente. Como resultado, los teléfonos inteligentes siguen por detrás de las DSLR en términos de calidad de imagen con poca luz y rendimiento del rango dinámico, lo que hace que el desarrollo de tecnologías para mejorarlos sea una tendencia actual en la CEI.2 Industria.
El rango dinámico se puede definir como la relación entre la capacidad de pozo completo (FWC).3 y ruido temporal4 (TENNESSE); Por lo tanto, se puede mejorar el rendimiento del rango dinámico aumentando FWC o reduciendo TN mediante cambios estructurales en los píxeles y mejoras en los circuitos. Sin embargo, debido a las dificultades técnicas para desarrollar píxeles y circuitos avanzados, este enfoque tiene una aplicabilidad limitada a una amplia gama de teléfonos inteligentes con diferentes precios.
2Sensor de imagen CMOS (CIS): sensor que convierte el color y la intensidad de la luz en una señal eléctrica antes de pasarla a una unidad de procesamiento. Básicamente actúa como el «ojo» de dispositivos digitales como teléfonos inteligentes y tabletas.
3Capacidad de pozo completo (FWC): se refiere a la carga máxima que un píxel puede contener sin saturación, más allá de la cual la calidad de la señal se deteriora. Cuando la carga en un píxel excede el nivel de saturación, la carga puede extenderse a los píxeles vecinos, lo que se denomina «floración».
4Ruido temporal (TN): fluctuaciones indeseables en el brillo y el color de la imagen que resultan de variaciones en la producción de un valor digital a partir de un solo píxel al convertir los fotones incidentes en electrones.
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Por este motivo, SK hynix se ha centrado en implementar la tecnología HDR mejorando el rango dinámico mediante la incorporación de ISP.5 Lógica de hardware conservando la estructura de píxeles existente y el ADC de 10 bits. Este avance tecnológico garantiza que una audiencia más amplia pueda experimentar las capacidades HDR en todos los rangos de precios de teléfonos inteligentes.
5Procesador de señal de imagen (ISP): Un ISP es un tipo de procesador de medios principalmente responsable del procesamiento de imágenes en cámaras digitales y teléfonos móviles. Convierte una imagen en su equivalente digital y realiza operaciones como reducción de ruido, exposición automática, enfoque automático, balance de blancos automático, corrección HDR y nitidez de imagen.
Evolución del desarrollo de la tecnología HDR de SK hynix: de QHDR a DAG e iDCG HDR
La tecnología HDR de SK hynix ha logrado avances significativos desde el desarrollo de Quad HDR (QHDR) en 2017.
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QHDR (desarrollado en 2017)
QHDR, también conocido como HDR de cuatro sensores, utiliza tecnología HDR basada en tiempos de exposición múltiple que amplía el rango dinámico a través de imágenes cuadro por cuadro con tiempos de exposición ajustados al Quad Color Filter Array (CFA).6. Con el avance de la tecnología Quad-CFA se han integrado funciones HDR en el sensor para mejorar la competitividad de los sensores de alta resolución, Esto llevó al desarrollo de QHDR.. Este sensor también ofrece soporte de propiedad intelectual (IP)7 como procesos de fusión y mapeo de tonos.
6Matriz de filtros de color (CFA): una matriz de pequeños filtros de color colocados sobre los sensores de píxeles de un sensor de imagen para capturar información de color (R/G/B). Gracias al desarrollo de diversas tecnologías de aplicación como Bayer y Quad, combinadas con la forma básica de CFA, recientemente se ha lanzado una serie de productos CIS de alta calidad y altamente funcionales.
7Propiedad intelectual (IP): en este contexto, IP se refiere a un bloque funcional reutilizable que se puede utilizar como núcleo/biblioteca de hardware o biblioteca de software.
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sHDR (desarrollado en 2018)
QHDR implementa la tecnología HDR únicamente a través del sensor, lo que requiere importantes recursos de hardware dentro del propio sensor. Staggered HDR (sHDR), por otro lado, optimiza la calidad de la imagen y amplía el rango dinámico a través de la colaboración entre el sensor y el procesador de aplicaciones (AP), ambos conectados a la interfaz de la cámara.
Utilizando la tecnología sHDR, el sensor genera imágenes de múltiples fotogramas con diferentes tiempos de exposición y las transmite al AP. Luego, el AP aplica el procesamiento ISP para HDR, que incluye funciones como fusión y mapeo de tonos. En este caso, el sensor requiere una transmisión de alta velocidad de múltiples imágenes con múltiples tiempos de exposición.
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iDCG-HDR (desarrollado en 2021-2022)
Dado que las tecnologías sHDR y QHDR existentes se basan en múltiples tiempos de exposición, esto conduce inevitablemente a artefactos de movimiento.octavo al ajustar el tiempo de exposición. Al reconocer estas limitaciones, SK hynix desarrolló la tecnología HDR de ganancia de conversión dual intraescena (iDCG).
octavoArtefactos de movimiento: también conocidos como “artefactos fantasma”, estas distorsiones de imagen son causadas por el movimiento de la cámara y/o el movimiento de objetos durante la fusión de múltiples imágenes expuestas de manera diferente.
DCG es una tecnología innovadora que puede cambiar el volumen de la señal de salida cambiando la capacidad de DCG en el nodo flotante (FN), incluso cuando se recibe la misma cantidad de luz. Fusionando imágenes de alta ganancia de conversión (HCG) y baja ganancia de conversión (LCG).—Ambas fueron tomadas durante una sola exposición, pero con diferentes niveles de brillo.—iDCG-HDR amplía el rango dinámico para lograr HDR.
El sensor admite Fusion ISP para combinar imágenes de dos imágenes, lo que da como resultado una ganancia DR de aproximadamente 12 decibelios (dB) con una relación DCG de 1:4.
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DAG-HDR (desarrollado en 2023)
Si bien iDCG-HDR minimiza los artefactos de movimiento mejor que QHDR y sHDR, está limitado por el uso de una ganancia de conversión (CG) físicamente fija.9. Esto limita su capacidad para mejorar de manera flexible el rango dinámico en diferentes condiciones de disparo. También tiene la desventaja de mayores costos de fabricación debido a la adición de transistores para controlar el centro de gravedad.
Por el contrario, Dual Analog Gain (DAG)-HDR logra el efecto HDR a partir de dos imágenes capturadas con dos ganancias analógicas (AG) diferentes.10 dentro de un tiempo definido. Aunque su rango dinámico máximo es menor que el de iDCG-HDR, DAG-HDR brinda la flexibilidad de ajustar el rango dinámico según sea necesario y lograr el efecto HDR incluso en teléfonos inteligentes de gama baja.
9Ganancia de conversión (CG): relación entre el nivel de la señal de salida y el nivel de la señal de entrada. Esta es una de las propiedades más fundamentales de los sensores de imagen para garantizar la concordancia cuantitativa entre las imágenes de entrada y salida.
10Ganancia analógica (AG): Aumenta la señal analógica antes de convertirla en señal digital (conversión A/D). Ofrece mayor sensibilidad y menos ruido en comparación con la amplificación digital pura.
DAG e iDCG HDR (desarrollado en 2023)
Esta tecnología HDR basada en tiempo de exposición única combina DAG e iDCG para minimizar los artefactos de movimiento mientras mejora de manera flexible el rango dinámico dentro de las diversas condiciones de disparo del usuario. En otras palabras, integra la capacidad de ajuste del rango dinámico fluido de DAG-HDR con las importantes mejoras del rango dinámico de iDCG-HDR. Con una relación CG de 1:4 y AG de 16x, el rango dinámico del DAG e iDCG HDR combinados puede mejorar hasta 36 dB.
![](https://www.eetimes.com/wp-content/uploads/SK-hynix_CIS-HDR-Technology_image_08.png?resize=640%2C362&is-pending-load=1)
De cara al futuro, SK hynix se centrará en la tecnología DAG e iDCG HDR basada en tiempo de exposición única, que minimiza los artefactos de movimiento al tiempo que mejora de manera flexible el rango dinámico en diversas condiciones de disparo. Este compromiso subraya el compromiso de SK hynix de garantizar que todos los usuarios de teléfonos inteligentes puedan realmente experimentar todo el potencial de HDR con el máximo rango dinámico.
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