苹果首款自研CIS有望明年搭载于iPhone 18

苹果这款传感器的动态范围目标为20档，远超当前iPhone 12-14档的水准。

据报道，苹果正秘密测试旗下首款自研CMOS图像传感器，预计将搭载LOFIC（横向溢出积分电容）技术，意图打破对SONY供应链的长期依赖，同时实现成本优化与性能跃升。

LOFIC技术是一种横向溢出集成式电容技术。动态范围是当下CMOS图像传感器的一项关键性能参数，随着CIS技术的发展，要提高动态范围有许多方式，如多次曝光或大小像素等。然而，这些方式多会带来诸如运动伪影、色彩串扰和采集LED影像合成时产生闪烁等问题。因此，如何在单次曝光的方式下有效提升DR成为汽车应用CIS的关键技术。而LOFIC技术正是能够解决这一痛点，其核心在于，让每个像素单元具备独立调控光线采集与储存的能力，大幅提升传感器的动态范围与细节还原能力。以往在极端光比环境下（如强烈日照下拍摄昏暗隧道口）拍摄，手机摄像头往往需要在高光与暗部之间二选一。但LOFIC技术将允许iPhone在单张照片中同时保留高光与阴影的丰富层次，画面宽容度将迎来质的飞跃。

据悉，苹果这款传感器的动态范围目标为20档，远超当前iPhone 12-14档的水准。如果测试成功，未来iPhone的HDR拍摄能力将逼近电影级摄影机，依赖算法合成与后期修图的需求将大幅减少，用户即使在复杂光线环境下也能拍出更纯净、细腻、无涂抹感的画面。

消息人士指出，苹果有望在2026年发布的iPhone 18系列上首度搭载这项自研传感器，还可能被拓展至苹果的Vision Pro头显产品。在混合现实环境下，该传感器将显著提升光线捕捉与图像感知能力，为用户带来更加沉浸式的体验。

苹果新专利：实现高达120dB的动态范围

最近苹果取得了一项名为“具有高动态范围和低噪声的堆叠像素图像传感器”的专利，同样是针对高动态范围CMOS。

苹果这份专利的核心架构是立体堆叠，将传统集成于一体的CMOS传感器拆分为上下两层独立的芯片。传感器芯片位于上层，直接面向光线。这一层被极致简化，专注于最纯粹的光电转换任务，主要包含光电二极管和LOFIC电路。逻辑芯片位于下层，负责所有复杂的数字和模拟信号处理，包括创新的电流存储电路、列读出电路以及时序控制逻辑。

这种分离式设计使得两层芯片可以采用各自最优的半导体制程。同时为像素下方腾出了宝贵的物理空间，使得集成复杂的像素级电路成为可能。

根据专利文件描述，苹果设计了一套精巧的多级电荷存储系统：

第一级 (低光): 浮动扩散节点本身，用于捕捉低光环境下的微弱信号。

第二级 (中等光): 一个容量较小（约20fF）的电荷存储电容，通过第一个LOFIC晶体管与FD连接，用于存储中等强度的光信号。

第三级 (高光): 一个容量较大（约500fF）的电荷存储电容，通过第二个LOFIC晶体管与小电容串联，用于容纳高光场景下的大量电荷。

在信号读出时，系统会依次读取这三级存储的电荷量，从而在单次曝光内完整记录下从极暗到极亮的全部光线信息。该设计可实现高达120dB的动态范围，相当于近20档的动态范围，而目前顶级的专业电影摄影机ARRI ALEXA 35仅为17档。

在降噪方面，苹果创新地使用了“电流存储电路”，该电路在每个像素对应的逻辑芯片区域都集成了一个。电流存储电路工作原理可以概括为一个精密的“采样-相减”过程，完全在硬件层面完成：

第一次读出 （信号+噪声）: 在曝光结束后，系统首先进行一次常规读出，获取包含了真实光信号和各类噪声的混合信号。

像素重置与噪声采样: 随后，系统立即对像素进行重置，并立刻进行第二次、专门的“噪声读出”。由于此时没有光信号，读出的便是一个纯粹的噪声样本。这个噪声信号被逻辑层的“电流存储电路”通过内部的采样电容精确地“捕获”并“记忆”下来。

硬件级噪声消除: 最后，逻辑芯片中的相关双采样电路，将第一次读出的（信号+噪声）值，减去被“电流存储电路”记住的纯噪声值。

通过这一系列高速操作，噪声在转换成数字信号之前，就在模拟域被精准地剥离，能最大程度地保留图像的原始细节，使得即便在极低光照条件下，也能获得异常纯净、清晰的图像。应用到手机上，即使是在夜间暗光环境下，也能够得到低噪点、纯净的画面。

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