苹果新专利曝光：自研图像传感器或重塑成像领域

在科技飞速发展的今天，苹果公司在图像传感器设计领域的新动作引发了广泛关注。苹果公司可能正在悄悄筹备图像传感器设计领域最重大的进步之一，这一举措或许会改变从 iPhone 到专业影院设备的一切。

最近，苹果公司新发布了一项名为 “具有高动态范围和低噪点的堆叠像素图像传感器” 的专利。这项发现可能预示着一项可能重塑移动和专业成像领域的突破。苹果公司声称其堆叠式传感器架构拥有高达 20 档的动态范围，或许正蓄势待发，准备与电影摄影机技术领域的巨头们竞争，甚至超越他们。

苹果新发布的这项 “高动态范围低噪点堆叠像素图像传感器” 专利，揭示了成像技术的重大进步。虽然苹果以其定制芯片和相机软件而闻名，但这项专利暗示着一项更具雄心的目标：一种完全自主设计的图像传感器，其动态范围有望与领先的电影摄影机相媲美，甚至超越它们。而且，这并非仅仅是理论上的 —— 该传感器架构声称其动态范围高达 120 dB，相当于近 20 档的动态范围。这比目前业界的巨头，例如 ARRI ALEXA 35，都要高得多。

按照苹果在专利描述文件中所说：“本文描述的本发明实施例提供了一种包含新颖设计的 3T 像素的图像传感器，该传感器可实现高动态范围、低噪声，并且不会出现传统 4T 像素阵列中可能出现的伪影。该图像传感器包含一个堆叠在逻辑芯片上的传感器芯片。每个 3T 像素在传感器芯片上包含一个传感电路，该电路包括一个光电二极管和一个横向溢流积分电容 (LOFIC: lateral overflow integration capacitor) 电路，以便在从室内到明亮阳光的各种光照条件下进行传感，而无需自动曝光控制。此外，每个像素在逻辑芯片上包含一个像素电路，该电路包含一个电流存储电路。该电流存储电路用于感测探测器元件中的噪声水平。电流存储电路输出的信号能够利用 CDS 抑制热噪声 (kTC)。”

该专利概述了一种由两层组成的堆叠传感器：传感器芯片（带有光电二极管和模拟电路）和逻辑芯片（处理读出、噪声消除和控制）。这种堆叠式方法与索尼的做法类似，使苹果能够将先进的电路封装到更薄的传感器模块中，非常适合智能手机和 Vision Pro 等 AR/VR 设备。但真正的创新在于像素级架构，其特点如下：

一、LOFIC（横向溢流积分电容器）

这种机制使传感器能够处理三个电荷存储层级的光溢出，自动适应极端亮度或黑暗环境 —— 一次性完成。这便是 20 档动态范围得以实现的原因。

二、内置噪声感应电路

每个像素内的电流存储电路可实时检测并消除热噪声，这意味着即使在低光照条件下，最终图像也更加清晰 - 无需后期处理或 AI 技巧。

三、3T 像素设计（非 4T）

令人惊讶的是，苹果采用了 3 晶体管设计，这种设计通常被认为更简单，但噪音也更大。然而，得益于上述创新，该设计比标准的 4T 传感器噪音更低，从而以更少的组件和更高的效率提供更佳的性能。

如果这项技术得以实施（或许在未来的 iPhone 17 Pro 或 Apple Vision Pro 2 中），它可能会带来以下影响：

●移动设备上的电影级 HDR：能够在移动设备上实现电影级别的高动态范围成像，让用户拍摄出更加逼真、细腻的画面。

●实时无噪音视频捕捉：在视频拍摄过程中，实时消除噪音，保证视频的高质量。

●超薄外形，专业品质成像，具有极高的 DR（20 档动态范围）：在保证成像质量的同时，实现更轻薄的设计，满足用户对便携性的需求。

苹果可能正准备摆脱对索尼高端相机传感器的依赖，以竞争对手而非客户的身份进入图像传感器市场。这也表明，苹果在计算摄影领域的下一次飞跃可能植根于以图像传感器为先的创新，而非软件或人工智能。

动态范围和噪点是数字成像的两个主要制约因素。一款能够提供 20 档动态范围和先进片上噪点抑制功能的移动式或紧凑型传感器，不仅是一种改进，更是颠覆性的。这可能会影响移动电影摄影、HDR 流媒体内容、AR/VR 视觉保真度等领域。即使是专业的电影制作套件，紧凑性和质量也必须共存。由于这是苹果公司的产品，因此不难想象该公司会将该传感器与神经引擎处理深度集成，使其在极端条件下更加强大。

在我们看来，这项专利目前可能不太引人注目，但其影响深远。苹果不仅仅是在改进相机软件，而是从芯片层面重新定义图像传感器。如果这项技术投入生产，我们可能会看到数字成像领域的全新黄金标准 —— 不仅在智能手机领域，也在电影领域。