苹果全局快门图像传感器专利详解：革新手机摄影的关键技术

早前，我们报道了苹果公司一项堆叠像素图像传感器专利，专注于高动态范围和低噪点性能。最新消息显示，苹果正为手机摄像头研发全局快门技术，旨在实现瞬间定格整个场景的能力，从而带来更清晰的运动画面、减少闪烁条纹，并提升视频专业效果。一项新专利证实了这一点，以下是通俗易懂的解读。

想象裁判喊“停”时，所有人同时静止，摄像机记录下完整画面。全局快门正是如此：它同时捕获每个像素的光线，保持直线物体笔直，改善LED墙和舞台灯光效果，并让闪光灯拍摄比赛更轻松。以下为核心原理：

1、卷帘快门逐行读取图像，导致快速运动中的物体弯曲和抖动。

2、全局快门在同一时刻抓取所有像素，然后有序读取数据。

3、苹果专利在每个像素内集成微型“等候室”，使手机能一次性定格整个画面，创意卓越。基于此，可探索以下应用方案：

接下来，用简单语言解释苹果专利。首先，将每个像素视为三层堆栈：一楼为采光层（光电二极管）、二楼为小型候诊室（电荷存储区）、三楼为信号转换层（将光转换为数字信号）。

工作原理如下：曝光时，第一层充满光线；在冻结瞬间，每个像素同时将光线从第一层移至第二层，从而锁定整个画面；随后，手机逐行将保存的光线从第二层移到第三层，生成照片。中间层是关键，它为每个像素提供专属“停驻点”以存放冻结图像。

苹果方案的独特之处在于垂直集成设计。不同于市面常见方案将“候诊室”置于像素旁边（占用空间和光线），苹果将通道垂直堆叠，节省采光空间，使像素更紧凑。中间层兼具存储和转移电荷功能，减少杂散光，提升图像质量。专利还包括防护罩和沟槽，在快门关闭时保护存储区，并结合背照式照明和分割像素实现自动对焦，适用于智能手机传感器而非笨重实验室零件。

苹果专利技术自述

苹果描述，图像传感器包含多个像素，每个像素具有光电二极管（带电荷积累区“PD”）、浮动扩散区（“FD”）及垂直位于PD和FD间的电荷传输区。传输区包括第一、第二、第三电荷调制区（P1、P2、P3）。在全局快门模式下，P2作为像素内电荷存储区，临时存储从PD经P1、P2、P3传输到FD的电荷。

专利总体涉及图像传感器，特别是采用垂直集成多相电荷转移技术以实现全局快门捕获的像素。苹果指出，图像捕获设备（如相机）广泛应用于手机、平板、机器人及安全监控设备。设备包含图像传感器，其像素阵列由光电二极管积累电荷，读出时通过晶体管生成模拟图像信号，再转换为数字信号处理成图像。

图像传感器可为CMOS或CCD类型，集成于电子设备中。每个像素的PD在曝光时积累电荷；读出时，电荷传输到FD生成模拟电压，通过输出线访问，并由模数转换器和图像信号处理器（ISP）处理为图像。

苹果进一步说明，图像捕获设备通常以卷帘快门或全局快门模式运行。卷帘快门逐行曝光和读取，导致不同行像素记录时间不同，易引起图像色调变化和运动失真。全局快门则让所有像素同时开始和结束曝光，一次记录整个图像，适合高速摄影。但即使全局曝光，信号仍可能逐行读取，因此需要临时“存储器”存储电荷或信号。

为此，苹果专利在每个像素内集成电荷存储区。曝光结束时，电荷从PD转移到存储区暂存，直至读出时移至FD，再通过输出线访问。这消除了外置存储组件，减少传感器尺寸，提高像素密度。

苹果强调，该设计优势显著：实现全局快门功能，简化结构，并提升图像质量。技术可通过软件、硬件或组合实现，方法顺序可调，组件可合并或变化。专利为移动设备摄影带来革新，未来可能应用于更轻薄的智能手机摄像头。