그 중 ‘Imaging’ 부문에서 ‘혁신상’을 수상한 아이소셀 HP5는 현재 업계에서 가장 작은 0.5㎛ 픽셀을 적용한 최초의 2억화소 이미지센서이다. 픽셀은 더 작게, 그러나 더 많은 빛을 받아 선명한 이미지를 구현하는 아이소셀 HP5에서의 픽셀 혁신을 이끌어낸 개발의 주역들, Sensor설계팀 홍석용  TL, Sensor PA팀 김찬형 TL, Pixel개발팀 김준오 님, 그리고 Sensor Solution팀 변상우 님에게 자세한 이야기를 들어보았다.

Q. CES 혁신상을 수상한 아이소셀 HP5에 대해 소개해주세요.

홍석용 TL: 아이소셀 HP5는 업계 최초로 가장 작은 0.5㎛ 픽셀을 적용해 2억 화소 센서를 구현한 제품으로, 프리미엄 스마트폰에서 요구되는 다양한 카메라 기능을 지원합니다. 이 모바일 이미지 센서는 고해상도 촬영, 향상된 줌, 단일 프레임 HDR (High Dynamic Range) 등 고품질 이미지를 제공하는 데 최적화되어 있죠. 

Q. 픽셀의 크기가 작아질수록 빛을 받는 능력은 자연스럽게 떨어지는 것으로 알고 있는데요, 아이소셀 HP5는 이 한계를 어떻게 극복했나요?

김찬형 TL: 픽셀 크기가 0.5μm로 작아지면서 발생하는 감도 하락 문제를 해결하기 위해, 아이소셀 HP5는 초기 개발 단계부터 여러 혁신 기술을 적용했습니다. DCC (Deep Trench Isolation Center Cut) 구조, High Sensitivity DTI (High-S),  TiO₂¹⁾, HRI²⁾ 렌즈 등 최적화된 공정을 통해 작은 픽셀에서도 빛을 효율적으로 흡수하고, 전하저장용량 (FWC, Full Well Capacity) 를 확보할 수 있도록 설계했습니다. 특히 High-S 기술을 통해 기존 DTI 구조를 개선하여 반사 효율을 더 높였으며, 이 외에도 다양한 기술적 아이디어를 통해 작은 픽셀에서 감도가 하락한다는 한계를 극복했죠.

Q. 정말 다양한 기술이 아이소셀 HP5에 적용되어 있네요. 이 중 DCC구조가 실제 사진 품질에는 어떤 영향을 미쳤는지, 또 실사용자들이 잘 느낄만한 개선점이 무엇인지 설명해주세요. 

김준오 님: 아이소셀 HP5에서는 DCC 구조를 활용해 포토다이오드 (PD, Photodiode)가 빛을 받을 수 있는 면적을 확보하고, FDTI (Front Deep Trench Isolation)로 PD의 수직 부피를 확장했습니다. 이렇게 모은 전자를 FD (Floating Diffusion)로 안정적으로 전달하기 위해 D-VTG (Dual Vertical Transfer Gate) 구조를 적용하여 작은 크기의 픽셀에서도 안정적인 전자저장용량을 확보할 수 있었습니다.

이러한 구조적 개선은 CG (Conversion Gain)을 높여 빛이 적은 저조도 환경에서 선명하고 디테일한 이미지를 얻게 해줍니다. 어두운 곳에서 사진을 찍으면 이미지에 막 점이 보이고 거칠게 나올 때가 있잖아요? 이를 노이즈라고 하는데, 노이즈를 줄이는 것뿐만 아니라 픽셀 자체의 감도를 높여 이미지센서가 더 많은 빛을 받아들일 수 있도록 하죠.

변상우 님: HDR은 사용자들이 실제로 체감할 수 있는 중요한 개선 포인트인데요. 아이소셀 HP5는 13비트 색 심도로 출력해 더 풍부하고 세밀한 색 표현이 가능하며, 1:8 변환이 가능한 CG 구조를 통해 매우 넓은 다이내믹 레인지를 확보했습니다. 즉 밝은 영역과 어두운 영역 모두 잘 촬영할 수 있다는 뜻이죠. 또한 긴 노출과 짧은 노출을 동시에 캡처할 수 있어, 움직이는 피사체도 왜곡 없이 선명한 사진을 촬영할 수 있습니다.

홍석용 TL: 그리고 이런 우수한 HDR 성능을 ‘저전력’으로 구현한 것이 또다른 강점입니다. 상대적으로 전력소모가 클 수밖에 없는 초고화소 센서에서도 효율적인 전력 활용이 가능하도록 설계된 것입니다. 14비트 단일 프레임 HDR과 스태거드 (Staggered) HDR 등 다양한 HDR 모드를 저전력으로 지원하며, 그 결과 프리뷰 모드 기준 이전 세대 대비 약 20%의 소비전력을 절감할 수 있었습니다.³⁾

Q. FDTI, DCC부터 우수한 HDR성능까지 정말 많은 기술이 집약된 아이소셀 HP5, 제품을 개발하면서 어떤 어려움이 있었는지, 어떻게 극복하셨는지 궁금합니다.

김준오 님: 픽셀 사이즈가 작아진 만큼, 그 안에 들어가야 하는 소자와 배선 등의 배치도 자연스럽게 작아지기 때문에, 그 안에서 최적의 조합과 배치를 찾는 것이 정말 어려웠습니다. 그리고 최대한 이전과 유사한 공정을 사용하며 픽셀 구조를 만들어내는 것도 큰 난관이었죠.

김찬형 TL: 이미지센서에서 픽셀이 작아진다는 것은 곧 빛을 받아들이는 면적이 작아지고, 이는 성능 저하로 이어집니다. 저희는 가장 작은 픽셀을 구현하면서도 성능 저하를 최소화하기 위해 새로운 소재와 구조 변경을 포함한 다양한 기술을 시도해야 했죠. 예상치 못한 문제도 있었고, 때로는 초기 공정 단계부터 다시 점검하고 보완해야 했습니다. 한 사람만의 노력이 아닌, 여러 팀의 관계자들이 모두 힘을 합쳤기에 0.5㎛ 픽셀을 담은 아이소셀 HP5를 개발할 수 있었고, 또 CES 혁신상이라는 좋은 결실을 맺은게 아닐까 생각됩니다.

Q. 픽셀크기가 작아지면서 이미지센서 크기도 작아졌을텐데요, 이러한 이미지센서 크기 축소가 스마트폰 디자인에 어떤 영향을 주었나요?

변상우 님: 아이소셀 HP5는 0.5㎛ 초미세 픽셀을 구현해 1/1.56” 광학 포맷에 최적화되었습니다. 참고로 이 크기는 기존에 5천만 화소 센서에 사용되던 크기인데, 아이소셀 HP5는 2억 화소라는 초고화소를 구현하면서도 모듈을 슬림하게 설계할 수 있었죠. 덕분에 스마트폰의 망원 카메라에도 초고화소 센서를 탑재할 수 있게 되었습니다.

홍석용 TL: 프리미엄 스마트폰에서 줌 기능이 강화될수록 카메라 모듈의 크기가 문제가 되는데, 아이소셀 HP5는 모듈을 슬림화할 수 있었기 때문에, 휴대폰 디자인은 얇고 세련되게 유지되면서 고배율 줌 촬영에도 최적화된 성능을 제공합니다.

Q. 초소형 픽셀, 초고화소 트렌드는 앞으로도 이어질 것 같은데요, 아이소셀 HP5 이후, 이미지 센서 기술은 어떤 방향으로 발전할 것이라고 보시나요?

홍석용 TL: 소형 고화소 센서에 대한 요구는 앞으로도 지속될 것으로 예상됩니다. 동시에 앞서 말씀드린 HDR에 대한 요구가 강해지고 있어, 다양한 HDR 기술 개발과 성능 향상이 계속 이루어질 것으로 보입니다. 사용자들이 실제 촬영할 때 느끼는 불편함을 최소화하는 방향이 되겠죠.

김준오 님: 사용자들이 가장 많이 접하는 모바일 환경에서 사용자 경험을 개선하는 데 초점을 맞추게 될 것입니다. 어두운 환경에서는 노이즈를 줄이고, 밝은 환경에서는 다이내믹 레인지를 더욱 넓히는 방향인 것이죠. 이를 위해서는 픽셀 미세화와 고해상도 구현이 지속적으로 이루어져야 하며, 이러한 노력이 차세대 모바일 이미징을 만들어갈 것이라고 생각합니다.

김찬형 TL: 궁극적인 목표는 사람의 눈을 뛰어넘는 센서를 구현하는 것이 아닐까요? 앞으로 기술적으로 더 작고 더 많은 픽셀로 더 많은 빛을 담을 수 있는 이미지센서를 개발하는데 지속적인 노력을 기울일 것입니다. 이를 통해 어두운 환경과 밝은 환경이 섞여 있는 상황에서도 항상 선명한 이미지를 제공하는 센서를 만드는 것이 목표입니다. 이는 앞으로도 한계를 뛰어넘는 끝없는 도전의 시작점이 될 것입니다. 

아이소셀 HP5는 단순한 초고화소 이미지를 넘어, 슬림한 카메라 모듈과 뛰어난 HDR 성능으로 우리 일상 속 스마트폰 촬영 경험을 한층 선명하고 편리하게 만들어줄 것이다.

아이소셀 HP5 딥다이브: 0.5㎛ 픽셀 심층 탐구

* 표시된 이미지는 예시용으로만 제공되며, 제품 자체 또는 해당 제품과 함께 촬영된 이미지를 정확하게 재현하지 않을 수 있습니다. 모든 이미지는 디지털 방식으로 편집, 수정 또는 보정되었습니다.
* 모든 제품 사양은 내부 테스트 결과를 반영하며 사용자의 시스템 구성에 따라 변동이 있을 수 있습니다. 실제 성능은 사용 조건과 환경에 따라 다를 수 있습니다.

_{¹⁾ 산화티타늄(Titanium Dioxide) 소재로, 반사 및 흡수 효율을 개선해 빛 손실을 줄이는 역할을 하는 재료.
²⁾ High Refractive Index Lens, 높은 굴절률을 가진 렌즈로, 빛을 집중시켜 픽셀 내 광 흡수 효율을 높임.
³⁾ 아이소셀 HP2, 아이소셀 HP3, 아이소셀 HP9와의 비교 기준이며, 제품별로 절감 수준은 다를 수 있음.}

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해가 어둑어둑 지기 시작하고, 하나둘씩 가로등에 불이 켜지는 저녁 시간에도 선명하게 사진을 찍을 수 있는 시대가 왔다. 바로 저조도와 고조도 환경 모두에서 밝고 선명한 이미지를 구현할 수 있는 이미지센서, ‘아이소셀 GNJ’가 있기 때문! 아이소셀 GNJ가 이처럼 뛰어난 고감도 기술을 선보일 수 있는 비법은 무엇일까?

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MAP 1. 변화하는 이미지센서 시장

최근 모바일 이미지센서는 다양한 환경에서 고품질 이미지를 제공하기 위해 우수한 저조도 성능과 높은 다이내믹 레인지(Dynamic Range/명암비)를 동시에 만족하는 기술 구현을 요구받고 있다.

일반적으로는 이미지센서의 픽셀 크기가 클수록 빛을 받아들이는 면적이 넓어진다. 즉 감도가 높아지고 넓은 다이내믹 레인지를 제공하여 화질 향상에 유리하다. 그러나 갈수록 작아지는 모바일 기기의 특성으로, 제한된 공간에 픽셀 크기를 작게 만들어야 하는 어려움이 있었다. 픽셀 수가 많아지면 해상도는 높아지지만, 개별 픽셀의 크기가 작기 때문에 감도가 낮아지는 문제도 발생했다.  

이에 따라 이미지센서는 초미세 픽셀로 고화소를 구현하면서도 작은 픽셀 크기의 물리적 한계점인 감도 저하를 극복하는 방향으로 발전해 왔다.

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MAP 2. 초미세 픽셀의 한계를 해결할 새로운 돌파구

삼성전자 반도체는 기존과는 차원이 다른 고감도 기술을 구현하고자 다양한 픽셀 기술을 개발해 왔으며, 이를 집약한 이미지센서 제품도 선보였다. 바로 ‘아이소셀 GNJ’다.

아이소셀 GNJ는 1/1.57인치 옵티컬 포맷에 1.0μm(마이크로미터) 픽셀 5천만 개를 구현한 듀얼 픽셀 이미지센서다. 최첨단 아이소셀* 기술이 탑재된 제품으로, 색 재현성 개선과 감도 향상으로 어두운 환경에서도 피사체 본연의 색상을 선명하게 구현할 수 있는 점이 특징이다. 

쉽게 말해, 감도, 오토포커스, 화질에 이르기까지 이미지센서의 여러 성능을 대폭 향상한 제품이라고 할 수 있다.

*아이소셀: 픽셀마다 미세한 장벽을 세워서 빛이 인접 픽셀로 넘어가지 않게 함으로써 빛을 정확하게 구분하는 기술

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MAP 3. 아이소셀 GNJ의 남다른 포착력

선명한 사진과 영상을 얻기 위해서는 정확한 초점이 필수다. 아이소셀 GNJ는 이를 위해 ‘듀얼 픽셀(Dual Pixel)’을 활용한다. 듀얼 픽셀은 센서를 이루는 모든 픽셀이 각각 하나가 아닌 두 개의 포토다이오드로 구성되어 있다. 왼쪽과 오른쪽으로 나뉜 포토다이오드가 각각 빛 신호를 받아 좌우의 위상차를 비교하고 초점을 맞추는 방식이다.

듀얼 픽셀은 이렇듯 피사체의 색 정보를 받아들이는 본래의 픽셀 역할, 사람의 눈처럼 피사체와의 위상을 정확히 측정해 초점을 맞추는 PDAF(Phase Detection Auto Focus, 위상차 검출 자동 초점)* 픽셀 역할을 동시에 한다. 센서의 모든 픽셀이 초점을 맞추고 동시에 색 정보를 받아들일 수 있기에 화질 손상 없이 빠르고 정확한 자동 초점 기능을 구현할 수 있다.

* PDAF(Phase Detection Auto Focus): 자동 초점 방식 중 하나. 두 개의 지점에서 인식된 위상 차이를 비교하고, 두 위상이 일치하는 위치로 렌즈를 옮겨 초점을 맞추는 기술

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MAP 4. 초고감도 구현을 이끈 신규 픽셀 기술 3

먼저 이미지센서가 작동하는 방식을 살펴보자. 센서 표면에는 각 픽셀로 신호를 잘 전달하기 위한 마이크로 렌즈가 존재한다. 이 마이크로 렌즈를 통과한 빛은 색을 구현하는 RGB(Red/Blue/Green) 컬러 필터와 ARL(Anti-Reflective Layer)를 거쳐 신호를 담는 포토다이오드에 도달한다. 카메라 렌즈를 통과한 정보가 이러한 과정을 거치며 손실 없이 처리되어야 좋은 센서라고 할 수 있다.

아이소셀 GNJ에는 위 과정에서 신호 손실을 최소화함으로써 고감도를 구현하기 위한, 세 가지 신규 픽셀 기술이 적용되었다. 일명 ‘High P/T/S’라고 칭한다.

첫 번째로, 신소재를 적용해 간섭 현상을 개선한 ‘고정밀 마이크로 렌즈’다. 일반적으로 빛은 굴절률이 높은 물질을 통과할 때 더 큰 각도로 굴절하게 된다. 고정밀 마이크로 렌즈는 기존 마이크로 렌즈 대비 굴절률이 높은 신규 소재를 사용해 이웃하는 픽셀로 가는 신호를 최소화하고, 포토다이오드에 빛을 잘 모아서 전달하는 기술이다.

두 번째로, 두 물질의 굴절률 차이를 최소화하도록 개선한 ‘고투과 ARL(Anti-Reflective Layer)’이다. 고투과 ARL기술은 마이크로 렌즈를 통과한 빛이 RGB 컬러 필터를 지나 포토다이오드 표면에 도달할 때 RGB 컬러 필터와 포토다이오드 사이의 반사를 방지하는 막질로, 신물질을 적용해 투과율을 높인 기술이다.

마지막으로, 내부의 손실을 유발하는 물질을 제거해 신호 손실을 최소화한 ‘고감도 DTI(Deep Trench Isolation)*’ 기술이다. 픽셀과 픽셀 사이 격벽 DTI 물질을 고분자(Poly)에서 산화물(Oxide)로 변경해 암 전류(Dark Current)* 제어 능력은 그대로 유지하면서 광손실을 최소화하는 공정이다.

이렇듯 신소재 적용 및 공정 개선을 진행한 결과, 해당 High P/T/S 기술 적용 시 간섭현상(crosstalk)은 22%, SNR10*은 21% 향상되는 효과가 있다. 해당 기술은 스몰 픽셀 제품뿐만 아니라 픽셀 사이즈에 제한 없이 적용 가능하다. 이러한 특성 덕분에 아이소셀 GNJ뿐만 아니라 기존 이미지센서 공정에도 횡전개 하여 기존 제품의 성능을 높이거나, 이 기술을 활용한 새로운 제품 개발로도 확장할 수 있다.

*고투과 ARL(Anti-Reflective Layer): 컬러 필터를 투과한 입사광을 최대화하기 위해 반사 또는 산란되는 광량을 줄이고 투과율을 높이는 기술
*DTI(Deep Trench Isolation): 픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시켜 픽셀 간 간섭 현상을 줄이는 기술
*암 전류(Dark Current): 빛이 닿지 않았는데도 전류가 흐르는 현상 *SNR10(Signal to Noise Ratio): 신호 대 잡음비(SNR) 10을 달성하는 데 필요한 조도

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MAP 5. 아이소셀 GNJ가 선보이는 생생한 디테일

삼성전자의 신규 픽셀 기술을 집약한 아이소셀 GNJ가 모바일 기기에 적용된다면, 우리가 실제로 체감할 수 있는 변화는 무엇일까? 예쁜 노을이 지는 저녁 풍경을 예로 들어보자. 일반적으로 어두운 환경에서는 센서가 흡수하는 빛의 양이 적어 선명한 사진을 얻기 어렵다. 게다가 해가 지는 상황에서는 강한 조도의 태양과 피사체의 얼굴에 그늘이 지는 상황이 동시에 존재한다.

이런 환경에서 다이내믹 레인지 향상과 고감도 구현 기술을 갖춘 아이소셀 GNJ는 노을이 지는 태양을 잘 표현하면서 동시에 피사체의 얼굴도 선명하게 담아낼 수 있게 한다. 이렇듯 저조도, 고조도 환경 모두에서 맑고 선명한 이미지를 얻을 수 있게 돕는다.

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MAP 6. 기술적 진보로 또 한 번 변화하는 이미지센서

모바일 카메라에 대한 소비자의 기대는 점점 높아지고 있다. 이를 충족하기 위해 모든 화각에서 고도화된 성능과 뛰어난 촬영 경험을 제공해야 하며, 이를 위해서는 메인 카메라와 서브 카메라의 성능 격차를 줄여야 한다. 또한, 가까운 미래에는 AI와 딥러닝 기술을 활용하여 사용자 환경에 최적화된 이미지센서가 필요할 것이다. 따라서 이미지센서의 기본 성능을 높이는 것은 물론, 차세대 기술 개발을 위해 기존 광학 기술을 초월하는 새로운 광학 기술도 필요하다.

삼성전자는 이러한 동향에 맞춰 아이소셀 GNJ를 포함, 최신 기술이 집약된 새로운 모바일 이미지센서 라인업을 선보이고 있으며, 수년간 신기술 개발에 앞장서고 있다.

변화를 거듭하는 모바일 이미지센서 시장. 삼성전자 반도체는 이에 맞춰 기존 기술의 한계점을 지속 돌파하며 뛰어난 사용자 경험을 선보일 예정이다.

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삼성전자가 플래그십 이미지센서 3종을 공개하며 스마트폰 카메라 시장 트렌드 선도에 나선다.

스마트폰 카메라에 대한 소비자들의 눈높이가 높아짐에 따라, 메인 카메라뿐만 아니라 초광각, 망원 등 서브 카메라의 화질, 성능 향상에 대한 요구가 높아지고 있다.

삼성전자는 스마트폰의 메인 카메라와 서브 카메라에 다양하게 적용할 수 있는 첨단 이미지센서 3종을 통해 카메라 화각에 상관없이 일관된 사용자 경험을 제공한다는 계획이다.

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☐ 업계 최초 망원용 2억 화소 모바일 이미지센서 ‘아이소셀 HP9’

‘아이소셀 HP9’은 0.56㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억개를 1/1.4″(1.4분의 1인치) 옵티컬 포맷에 구현한 망원용 이미지센서 제품이다.

* 옵티컬 포맷(Optical Format): 이미지 센서 규격으로 카메라 모듈에서 외부 렌즈가 영상을 맺히게 하는 영역의 지름(Diagonal size)을 인치(Inch)로 변환한 값

‘아이소셀 HP9’은 삼성전자가 신규 소재를 적용해 독자 개발한 고굴절 마이크로 렌즈를 활용해 빛을 모으는 능력을 향상시켜 각 컬러 필터에 해당하는 빛 정보를 더욱 정확하게 전달할 수 있다.

* 고굴절 마이크로 렌즈: 외부로부터 들어온 빛을 모으는 역할을 하는 마이크로 렌즈의 집광 능력을 향상시켜 각 컬러 필터를 통과하는 빛 정보를 적은 손실로 정확히 포토 다이오드에 전달 가능  

이를 통해 전작 대비 약 12% 개선된 감광 능력(SNR 10)과 약 10% 향상된 ‘자동초점 분리비(AF Contrast)’ 성능으로 더욱 선명한 색감 표현이 가능하다.

특히 ‘아이소셀 HP9’은 저조도 환경에서 상대적으로 취약한 망원 카메라의 감도를 개선하였으며, 인접 픽셀 16개(4×4)를 묶은 ‘테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra²pixel)’ 기술을 적용해 12Mp(Megapixel) 빅픽셀(2.24㎛) 인물 모드에서 저조도 감도 향상 뿐만 아니라 드라마틱한 아웃포커싱 효과인 보케(Bokeh)를 경험할 수 있다.

프리미엄 스마트폰의 광각 카메라 옵티컬 포맷이 대형화되면서 1/1.4″ 이미지센서 또한 망원 모듈로 실장될 수 있고, 리모자이크 알고리즘 기반 2배 또는 4배의 센서 자체 줌 (In-Sensor Zoom) 모드를 지원해 3배 망원 모듈에 탑재시 최대 12배 줌까지 선명한 화질 구현이 가능하다.

‘아이소셀 HP9’은 화질, 자동 초점, HDR(High Dynamic Range) 및 FPS(Frames Per Second) 측면에서도 프리미엄 광각 센서에 준하는 성능으로, 망원 카메라로 활용시 모든 배율에서 더욱 선명한 화질 경험을 선사할 것으로 기대된다.

* HDR(High Dynamic Range): 여러 장의 이미지를 다른 노출로 촬영해 합성하는 기술

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☐ 새로운 픽셀 기술의 집약체, 이미지센서 ‘아이소셀 GNJ’

‘아이소셀 GNJ’는 1/1.57″(1.57분의 1인치) 크기의 옵티컬 포맷에 1.0㎛ 픽셀 5천만개를 구현한 ‘듀얼 픽셀’ 제품이다.

‘듀얼 픽셀’은 모든 픽셀이 두 개의 포토다이오드를 탑재해 초점을 맞추는 동시에 색 정보도 받아들일 수 있어 화질 손상 없이 빠르고 정확한 자동 초점 기능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 센서 자체 줌(In-Sensor Zoom) 모드 동작시 비디오 모드에서 한층 선명한 화질 촬영과 함께 이미지 캡쳐 모드에서도 잔상과 모아레(Moire) 현상이 없는 선명한 해상력을 제공한다.

특히 프리뷰 모드에서는 전작 대비 약 29%, 비디오 모드에서는 4K 60fps 기준 약 34%의 소비 전력이 개선됐다.

‘아이소셀 GNJ’는 ‘고굴절 마이크로 렌즈’와 함께 삼성전자가 신규 개발한 ‘고투과 ARL’ 소재를 적용해, 어두운 부분에도 선명한 화질을 제공하도록 개선했다.

* 고투과 ARL(Anti-Reflective Layer): 컬러 필터를 투과한 입사광을 최대화하기 위해 반사 또는 산란되는 광량을 줄이고 투과율을 높이는 기술

또한, ‘아이소셀 GNJ’는 픽셀과 픽셀 사이 격벽 DTI 물질을 폴리 실리콘(Poly Si)에서 산화물(Oxide)로 변경해 투과된 빛의 손실을 줄이고 픽셀 간 간섭 현상을 줄여 더욱 선명한 이미지를 구현했다.

* DTI(Deep Trench Isolation):  픽셀과 픽셀 사이에 절연부를 형성해 인접한 화소들을 서로 격리시켜 픽셀 간 간섭 현상을 줄이는 기술

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☐ 모든 화각에서 일관된 카메라 경험 선사하는 ‘아이소셀 JN5’

‘아이소셀 JN5’는 1/2.76″(2.76분의 1인치) 크기의 옵티컬 포맷에 0.64㎛ 픽셀 5천만개를 구현한 제품이다.

‘아이소셀 JN5’는 ‘Dual VTG(Dual Vertical Transfer Gate)’ 기술을 도입해 픽셀에 들어온 빛이 변환된 전하의 전송 능력을 높이고 극 저조도에서의 노이즈 특성을 대폭 개선하여 어두운 곳에서도 한층 선명한 화질을 선사한다.

* Dual VTG(Dual Vertical Transfer Gate): 포토다이오드에서 회로로 전자를 이동시키는 수직 구조의 게이트를 2개 배치해 전자 신호 전달 효율을 극대화하는 기술

또, 좌/우, 상/하의 위상차를 모두 이용하는 위상차 자동 초점 기술인 ‘슈퍼 QPD(Quad Phase Detection)’기술을 적용해 빠르게 움직이는 피사체의 작은 디테일까지도 흔들림 없이 포착할 수 있다.

‘아이소셀 JN5’는 HDR 기능을 강화한 ‘듀얼 슬로프 게인(Dual Slope Gain)’ 기술도 적용됐다.

‘듀얼 슬로프 게인’ 기술은 픽셀에 들어온 빛의 아날로그 정보를 서로 다른 2개의 신호로 증폭하고 이를 디지털 신호로 변환해 하나의 데이터로 합성하는 기술로, 센서가 표현할 수 있는 색의 범위를 넓혀 준다.

이 밖에도 하드웨어 리모자이크 알고리즘을 적용해 카메라 촬영 속도가 향상됐고, 프리뷰와 캡쳐 모드에서 실시간 줌 동작이 가능하다.

* 하드웨어 리모자이크 알고리즘(Hardware Re-mosaic Algorithm): 컬러 픽셀을 재정렬해 디테일을 살리는 기술로, 픽셀을 기존 RGB 패턴으로 다시 맵핑해 풍부한 디테일을 살려내는 알고리즘

‘아이소셀 JN5’는 1/2.76″의 얇은 옵티컬 포맷으로 범용성이 매우 높아 광각과 초광각 카메라는 물론 전면(Front)과 망원 카메라에도 채용될 수 있어 모든 화각에서도 일관된 카메라 경험을 선사한다.

삼성전자 시스템LSI사업부 Sensor사업팀 이제석 부사장은 “전통적인 이미지센서의 성능을 고도화하는 것은 물론, 메인과 서브 카메라의 격차를 줄여 모든 화각에서 일관된 촬영 경험을 선사하는 것이 업계의 새로운 방향으로 자리잡고 있다”며 “삼성전자는 최신 기술이 집약된 새로운 모바일 이미지센서 라인업을 통해 업계 표준을 리드하고, 센서 혁신 기술 개발을 지속해 한계를 돌파해 나갈 것”이라고 밝혔다.

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손 떨림과 어두운 환경 때문에 사진을 찍기가 두렵다고? 이제 그런 걱정은 하지 않아도 된다. 언제 어디서나 원하는 순간을 확실하게 담아낼 수 있는 삼성전자 반도체의 초고화소 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL)’이 있기 때문. 전문가가 알려 주는 가장 완벽한 촬영법, 위 영상을 통해 포착해 보자.

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삼성전자가 모바일, 로봇, XR 등 첨단 콘텐츠 플랫폼을 위한 이미지센서 라인업인 ‘아이소셀 비전(ISOCELL Vizion)’의 차세대 제품 2종을 공개했다.

‘아이소셀 비전 63D’는 빛의 파장을 감지해 사물의 3차원 입체 정보를 측정하는 간접 비행시간측정센서(indirect Time of Flight, iToF)로 모바일은 물론 로봇, XR 분야 등 다양한 미래 첨단산업에 활용된다.

* iToF 센서 : 고해상도·높은 정밀도를 요구하는 응용처에 특화된 ToF 센서 종류

‘아이소셀 비전 931’은 사람의 눈처럼 모든 픽셀을 동시에 빛에 노출해 촬영하는 글로벌 셔터(Global Shutter) 센서로 XR, 모션 트래킹 게임, 로봇, 드론 등 움직이는 피사체를 왜곡 없이 촬영해야 하는 분야에 최적화됐다.

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☐ 박쥐의 음파 파악 능력 구현한 ‘아이소셀 비전 63D’ iToF 센서

삼성전자의 ‘아이소셀 비전 63D’는 박쥐가 음파를 활용하여 주변을 탐지하는 것과 유사한 원리로 거리를 측정한다. 음파 대신 발광된 빛 파장과 피사체에 반사되어 돌아온 파장의 위상차로 거리를 빠르고 정확하게 계산해 사물의 3차원 입체 정보를 파악한다.

이를 통해, 서빙/물류 로봇, XR 기기, 안면인증 등 여러 첨단 응용처의 주요 제품으로 활용될 예정이다.

이번 제품은 업계 최초 원칩 iToF 센서로 사물의 심도(Depth) 연산에 최적화된 ISP(Image Signal Processor)가 내장돼 AP 지원 없이 뎁스 맵(Depth Map) 촬영이 가능하다. 또한, 전작인 ‘아이소셀 비전 33D’ 대비 시스템 전력 소모량을 최대 40%까지 줄였다.

* ISP : 이미지센서에서 전송된 가공되지 않은 데이터를 보정해 소비자가 선호하는 형태의 사진이나 영상을 만들어내는 역할
* 뎁스 맵 : 관찰 시점에서 사물과의 거리와 관련된 정보를 담은 이미지로 3차원 입체 정보를 제공

‘아이소셀 비전 63D’는 iToF 센서 기능 구현에 최적화된 QVGA 해상도의 이미지를 초당 60 프레임의 속도로 처리한다.

* QVGA(Quarter Video Graphics Array) : 320×240 픽셀 해상도, iToF 센서의 3차원 입체 이미지 출력에 최적화된 해상도 규격

삼성전자는 픽셀의 광원 흡수율을 높이는 후방산란 기술(Backside Scattering Technology, BST)을 통해 적외선 기준 940nm(나노미터)에서 업계 최고 수준인 38%의 양자효율(Quantum Efficiency)을 구현했다. 이를 통해 모션 블러를 최소화해 선명한 이미지를 제공한다.

* 양자효율 : 물질 중에서 광자 또는 전자가 다른 에너지의 광자 또는 전자로 변환되는 비율. 특히 광자로 변환되는 경우에는 광효율이라고도 한다.

또한, 높은 해상도를 제공하는 면광원 모드는 물론 원거리 측정이 가능한 점광원 모드를 동시에 지원해 최대 측정 가능 거리를 전작의 5미터에서 10미터까지 2배 확장했다. 주변 상황을 빠르고 정확하게 인식해 이동해야 하는 주행/서비스 로봇 등에 필수적이다.

이 외에도, ‘아이소셀 비전 63D’는 업계 최소 크기의 3.5㎛(마이크로미터) 픽셀 적용으로 VGA(640×480) 해상도를 1/6.4″ 옵티컬 포맷 크기에 구현해 휴대 또는 착용이 가능한 소형 기기에 최적화됐다.

* VGA : 640×480 픽셀 해상도, 비교적 고해상도 이미지에 사용되는 해상도 규격

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☐ 사람 눈처럼 사물 인식하는 ‘아이소셀 비전 931’ 글로벌 셔터 센서

삼성전자의 ‘아이소셀 비전 931’은 기존 고해상도 카메라용 이미지센서의 롤링 셔터 방식이 아닌 글로벌 셔터 기술을 적용한 이미지센서다.

일반적인 이미지센서는 픽셀을 순차적으로 빛에 노출시켜 촬영하는 롤링 셔터 방식인데 반해, 글로벌 셔터는 사람의 눈처럼 모든 픽셀을 빛에 동시에 노출시켜 촬영한다.

이를 통해, 빠르게 움직이는 물체도 선명하고 왜곡 없이 촬영할 수 있어 XR, 모션 트래킹 게임, 로봇, 드론 등 신속성과 정확도가 중요한 분야에 활용된다.

특히, ‘아이소셀 비전 931’은 1대1 비율의 해상도(640 x 640)를 지원해 XR 기기와 같은 머리 장착형 디스플레이 기기에서 홍채인식뿐만 아니라 시선추적, 얼굴 표정, 손동작과 같은 미세한 움직임을 인식하는데 최적화됐다.

또한, 후방산란기술과 픽셀 사이에 절연부를 형성하는 FDTI(Front Deep Trench Isolation) 공법을 적용해 850nm적외선에서 업계 최고 수준인 60%의 양자효율을 구현했다.

* FDTI : 픽셀 사이에 절연부를 형성하는 공법으로 혼색(crosstalk)을 최소화하고 전하저장용량(full well capacity)를 극대화하는 기술

이 밖에도, 멀티드롭 기능을 통해 하나의 데이터 선으로 최대 4대의 카메라까지 동시에 연결해 기기 제조사가 보다 쉽게 제품을 설계할 수 있도록 지원한다.

* 멀티드롭 : 촬영된 이미지가 전달되는 데이터 선을 여러 센서가 동시에 공유하는 기술

삼성전자 시스템LSI사업부 차세대Sensor개발팀 이해창 부사장은 “‘아이소셀 비전 63D’와 ‘아이소셀 비전 931’에는 삼성전자의 차별화된 차세대 이미지센서 기술과 노하우가 모두 집약됐다”며 “삼성전자는 iToF 센서, 글로벌 셔터 센서 등 ‘아이소셀 비전(ISOCELL Vizion)’ 라인업을 바탕으로 빠르게 성장하는 차세대 이미지센서 시장을 주도할 계획”이라고 밝혔다.

삼성전자는 현재 두 제품의 샘플을 고객들에게 제공하고 있다.

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반도체는 이미 우리 생활 곳곳에 스며들어 있지만, 반도체와 관련된 용어들은 여전히 낯설고 어렵게만 느껴진다. 어려운 반도체 용어를 쉽고 간단하게 알아보기 위해 시작한 ‘반도Chat’ 시리즈, 두 번째 이야기의 주제는 ‘이미지센서’다.

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MAP 1. 알고 보면 친숙한 반도체

‘이미지센서’는 Image와 Sensing을 합친 말로, ‘피사체를 감지한다’는 뜻이다. 스마트폰과 카메라뿐 아니라 AR(Augmented Reality, 증강현실)·VR(Virtual Reality, 가상현실) 기기, 자동차 전후방 센서 등 카메라 기능이 있는 모든 기기에 이미지센서가 들어있는데, 여기서 이미지센서는 사람의 눈과 비슷한 역할을 한다.

우리가 사진을 찍는 순간 렌즈를 통해 빛이 모이면 이미지센서는 수많은 픽셀에 모인 빛을 전기 신호로 바꿔 이미지를 생성한다. 이때 이미지센서는 다양한 색감을 표현하기 위해 각 픽셀에서 빨강(R), 초록(G), 파랑(B) 중 하나의 색상만을 감지할 수 있는 컬러 필터를 활용한다. 이 RGB 컬러 필터를 통해 색상 정보를 수집하고, 이후 픽셀마다 주변 픽셀의 색상 값을 참고해 보완하는 방식으로 우리가 볼 수 있는 거의 모든 색상을 만들어 내는 것이다.

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MAP 2. 선명한 이미지를 얻기 위한 필수 기술

고품질 이미지를 얻으려면 기본적으로 렌즈를 통과한 빛을 이미지센서가 정확하게 처리해야 한다. 이미지센서가 이 작업을 완벽하게 수행하지 못하면 사진이나 영상의 품질이 낮아질 수 있다.

‘아이소셀(ISOCELL)’은 이러한 문제를 개선하기 위해 개발된 기술 중 하나다. 아이소셀은 기존의 이미지센서 구조와는 다르게 픽셀마다 미세한 장벽을 세워서 빛이 인접 픽셀로 넘어가지 않게 한다. 이를 통해 더 정확하게 빛을 분리해 고해상도 이미지를 생성할 수 있게 돕는 동시에 노이즈도 낮춘다.

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MAP 3. 초미세 픽셀 기술, 왜 중요할까?

이미지센서라는 용어는 생소하더라도 픽셀과 해상도는 자주 들어보았을 것이다. 픽셀(화소)은 디지털 사진이나 영상을 구성하는 최소 단위이다. 그리고 해상도는 이미지의 정밀도를 나타내는 지표로, 픽셀 수와 관련이 있다. 즉 이미지센서를 구현하는 픽셀 수가 많아질수록 사진의 해상도와 선명도가 향상된다.

사람 눈의 최대 유효 화소 수는 대략 5억 7,600만으로 알려져 있다. 고화소 기술의 발전으로 1억 화소, 2억 화소, 더 높은 화소 수의 카메라가 개발될수록, 마치 눈으로 보는 것처럼 생생하고 선명한 이미지와 영상을 얻을 수 있게 되는 것이다.

앞서 이야기한 것처럼, 이미지의 품질을 향상하려면 더 많은 픽셀을 사용해야 한다. 그런데 카메라를 위한 공간은 제한되어 있고, 이 공간에서 고화소를 구현하기 위해서는 개별 픽셀의 크기를 줄여야 한다. 작고 세밀한 픽셀을 만들어서 같은 센서 영역에서 더 많은 정보를 수집하고 표현하게 되면 고품질 이미지를 생성할 수 있기 때문이다. 바로 이 점이 반도체 업계에서 고화소 기술과 함께 ‘초미세 픽셀’ 기술을 개발하는 이유다. 이 두 기술을 효과적으로 결합하는 것 역시 지금의 반도체 업계에 주어진 주요 미션이다.

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MAP 4. Beyond Human Eye! 초미세 픽셀의 한계에 도전하다

픽셀 크기가 작아질수록 개별 픽셀이 받아들이는 빛에 대한 감도가 낮아지게 된다. 그로 인해 어두운 환경에서의 촬영 품질에 영향을 미칠 수 있다. 삼성전자 반도체는 이러한 초미세 픽셀의 한계를 극복하기 위한 이미지센서로, 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억 개를 탑재한 ‘아이소셀(ISOCELL) HP2’를 출시했다. 아이소셀 HP2는 초미세 픽셀을 구현하면서도 각 픽셀의 성능은 높이고 간섭 현상은 최소화한 제품으로, 이를 위해 다양한 이미지센서 기술이 개발되었다.

특히 ‘픽셀 비닝’은 초미세 픽셀의 저조도 문제를 해결하고자 개발되었다. 인접한 여러 개의 픽셀을 하나의 큰 픽셀로 병합해 더 많은 빛을 받아들이게 함으로써, 어두운 곳에서도 노이즈 없이 촬영할 수 있게 한다. 테트라 픽셀은 4개, 노나 픽셀은 9개의 픽셀을 하나로 결합하며, 테트라 스퀘어드 픽셀은 어두운 환경에서는 16개의 픽셀을 하나의 큰 픽셀로 결합해 노이즈를 줄여 깨끗한 사진을, 밝은 환경에서는 픽셀 배열을 재배치하는 리모자익 알고리즘을 활용해 최대 2억 화소로 디테일이 풍부한 사진을 얻을 수 있게 한다. 뿐만 아니라 8K 동영상 촬영 시에도 테트라 스퀘어드 픽셀 기능을 활용하므로 노이즈가 적고 보다 선명한 영상 촬영이 가능하다.

또한, 아이소셀 HP2는 ‘슈퍼 QPD(Quad Phase Detection)’ 기능을 탑재해 2억 개의 픽셀이 모두 Auto Focus 기능에 활용되게 함으로써 초점을 빠르고 정확하게 잡을 수 있게 했다. 마지막으로, 픽셀 당 전자 용량을 높여 HDR 성능도 향상했는데, 이를 위해 개발한 기술이 ‘D-VTG(Dual Vertical Transfer Gate, 듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트)’다. 이는 포토다이오드에 축적한 많은 양의 전하를 두 개의 게이트를 통해 회로에 효율적으로 전달하는 기술로, 잔상을 줄인 이미지와 높은 다이나믹 레인지(Dynamic Range, 밝기의 범위) 구현을 돕는다.

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MAP 5. 이미지센서, 이렇게도 활용된다고?

이러한 이미지센서 기술은 모바일뿐 아니라 오토모티브, AR·VR 등 다양하게 활용된다. 오토모티브에서 ‘코너픽셀’이라는 픽셀 기술을 사용하면 어두운 환경에서도 120dB의 넓은 다이내믹 래인지로 주변 환경을 정교하게 감지하고, 영상에 잔상이 남지 않아 정확한 정보로 도로 주행을 보조할 수 있다. 또한 사물에 쏜 적외선 빛이 반사되어 돌아오는 시간을 측정해 거리를 계산하는 기술인 ToF 센서는 얼굴 인식부터 AR·VR에서 사물의 3차원 입체 정보를 빠르고 정확하게 측정한다.

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MAP 6. 사용자 경험을 확장하는 차세대 기술

삼성전자 반도체는 현재 더 높은 이미지센서 성능을 위한 차세대 기술을 지속 개발하고 있다. 그중에서도 ‘줌 애니플레이스(Zoom Anyplace)’는 동영상에서 화질 저하 없이 전체 화면과 클로즈업 촬영을 동시에 가능하게 하는 초고해상도 특수 줌 기술이다. 기존에는 움직이는 대상을 촬영할 때 사용자가 수동으로 초점을 조절했다면, 줌 애니플레이스는 자동으로 멀리 있는 물체를 추적하기 때문이다. 또한, 테트라 스퀘어드 픽셀을 적용한 2억 화소 카메라 환경에서는 화질 저하 없이 4배의 클로즈업 촬영이 가능해, 넓은 공간에서 원하는 장면을 4K로 촬영할 수 있게 된다.

삼성전자 반도체는 줌 애니플레이스 외에도 고감도, 저감도 모드에서 각각의 이미지 정보를 만들고 두 정보를 합성해 하나의 HDR 사진을 만드는 기술인 ‘스마트 ISO 프로’ 등 다양한 차세대 기술을 개발함으로써 사용자 경험을 지속 확장하고 있다.

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사람의 눈, 그 이상의 기능을 실현해 가는 이미지센서에 대해 보다 자세하게 알고 싶다면 인생맛칩 ‘이미지센서’편을 참고하길 바란다.

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매우 밝은 환경에서도 각 픽셀의 색상과 디테일을 보다 선명하게 표현할 수 있는 듀얼-VTG(Dual Vertical Transfer Gate), 저조도 환경에서 인접한 픽셀을 묶어 수광 면적을 넓게 함으로써 더 또렷하게 촬영할 수 있는 ‘테트라 스퀘어드 픽셀 (Tetra²pixel)’ 등도 이런 노력의 일환으로 개발된 독자 기술이다.

특히 삼성전자는 초고화소 이미지 센서의 사용자 경험을 더욱 향상시키기 위한 여러 솔루션을 지속적으로 도입하고 있다.

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자유롭게 줌인하고 피사체를 자동 추적하는 솔루션

삼성전자의 최신 모바일 동영상 기능인 ‘아이소셀 줌 애니플레이스(ISOCELL Zoom Anyplace)’는 더욱 자유롭고 창의적인 스마트폰 촬영을 가능하게 하는 혁신적인 솔루션이다.

2억 화소 이미지센서를 활용한 이 기능은 사용자가 선택한 피사체를 카메라가 자동으로 추적하고 촬영할 수 있도록 돕는다.

지금까지는 동영상을 촬영할 때 사용자가 움직이는 피사체에 직접 초점을 맞춰야 했지만 ‘아이소셀 줌 애니플레이스’와 퀄컴 AI 엔진을 사용하면 카메라가 움직이는 피사체를 놓치지 않도록 신속하게 추적할 뿐만 아니라 화면 흔들림을 최소화할 수 있다.

동영상 촬영 중 움직이는 피사체를 추적하는 작업을 ‘아이소셀 줌 애니플레이스’가 맡아주기 때문에 사용자는 눈앞에서 펼쳐지는 장면을 직접 감상할 수 있다는 장점도 있다.

특히 ‘아이소셀 줌 애니플레이스’ 솔루션은 실시간 리모자이크 기능 덕분에 확대된 영역도 고해상도를 유지할 수 있게 한다. 기존에는 동영상을 촬영한 뒤 특정 피사체를 확대하면 이 부분의 화질이 떨어졌지만 이런 문제를 해결한 것이다.

또한 다양한 앵글에서 역동적으로 촬영할 수 있고, 사용자가 원하는대로 촬영 중에 피사체를 확대 또는 축소할 수도 있어 다양한 예술적 선택을 할 수 있고 전반적인 사용자 경험을 향상시킨다.

특히 테트라 스퀘어드 픽셀의 ‘센서 내 줌’ 기능을 활용하면 촬영할 때 선택의 폭이 한층 넓어지는 효과가 있다.

디지털 줌을 사용하던 예전에는 피사체를 확대하면 이미지의 화소가 떨어졌지만 ‘센서 내 줌’을 사용하면 전체 범위에서 확대할 영역을 선택하고 리모자이크하기 때문에 센서가 원래 화소를 유지하면서 훨씬 더 선명한 동영상을 촬영할 수 있다.

또한 기존에는 3배 이상 확대할 때 카메라가 광각에서 망원으로 전환되어 이미지 품질과 앵글이 바뀌었으나 2억 화소 광각 카메라는 화소 손실 없이 2배 또는 4배까지 매끄럽게 확대할 수 있다. 변함없이 유지되는 화질 덕분에 실제처럼 생생한 촬영 경험을 즐길 수 있게 된 것이다.

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이미지 촬영을 위한 E2E AI 리모자이크

삼성전자는 동영상 솔루션인 ‘아이소셀 줌 애니플레이스’ 외에 이미지 촬영을 위한 ‘엔드 투 엔드(E2E) AI 리모자이크’ 솔루션을 도입했다. 

현재 2억 화소 이미지 센서의 촬영 후 이미지 처리 단계는 리모자이크 전에 RAW 데이터 출력이 발생, 이미지 신호 처리(ISP)로 이어진 다음 JPEG 이미지 출력으로 마무리된다. 이 과정의 모든 단계는 순차적으로 이루어진다.

E2E AI 리모자이크는 리모자이크와 이미지 신호 처리(ISP)가 동시에 이루어지도록 해서 프로세스를 향상시키는 방식이다. 

이미지 프로세싱 시간이 전반적으로 빨라지기 때문에 2억 화소 이미지의 촬영 시간이 단축되고 이미지 품질은 향상된다. 더욱 빠르게 사진을 촬영하고 확인할 수 있으며, 지연으로 인한 데이터 손실에 따른 이미지 품질 저하가 줄어든다. 이로 인해 촬영한 사진의 디테일과 컬러가 더욱 풍부해지는 것이다.

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사용자 경험을 개선하기 위한 지속적인 노력

삼성전자는 동영상용 ‘아이소셀 줌 애니플레이스’와 이미지용 ‘E2E AI 리모자이크’의 발전을 바탕으로 동영상 및 사진 경험을 변화시키는 데 있어 주요한 발전을 이루고 있다. 

이와 같은 발전은 장기적인 전략의 일부로, 사용자 경험을 더욱 향상시킬 수 있는 솔루션을 계속해서 연구하고 있다. 앞으로도 삼성전자의 초고해상도 아이소셀 이미지 센서와 함께 다양한 순간을 촬영할 수 있기를 기대해본다. 

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*표시된 모든 이미지는 개발 단계에 있는 기술의 예상 성능을 설명하기 위한 것으로, 아이소셀 줌 애니플레이스나 E2E AI 리모자이크로 촬영되지 않았습니다.

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삼성전자의 최신 플래그십 기기, ‘갤럭시 S23 울트라’에는 세계에서 가장 진보한 제품 중 하나인 2억 화소 이미지센서가 탑재되어 있습니다. 아이소셀 이미지센서의 진정한 성능과 디테일을 보여주기 위해 삼성전자가 런던의 길거리로 나섰습니다. 2억 화소로 촬영한 놀라운 사진을 유럽에서 가장 큰 빌보드 중 하나에 선보인 것입니다. 이벤트 뒷이야기와 생생한 현장의 분위기를 영상으로 담아봤습니다.

삼성전자 영국 법인에서 마케팅 및 옴니채널을 담당하고 있는 Annika Bizon은 런던 피카딜리 전광판에 대해 “런던 피카딜리의 눈부신 대형 전광판보다 더 상징적이고 흥미진진한 장소는 전 세계에 많지 않다”고 말했는데요. 그는 “소비자들에게 즐거움을 주는 동시에 삼성전자의 강력한 기술을 보여주기에 이보다 더 좋은 곳은 없을 것이다”라며, “기술 혁신을 통해 사람들이 어떤 것을 이룰 수 있는지를 쉽고 참신하게 보여주는 것은 굉장히 중요하다”고 언급했습니다.

이를 실현하고자 삼성전자는 오래된 포토부스에 갤럭시 S23 울트라를 설치했습니다. 카메라에 탑재된 2억 화소 아이소셀 HP2 이미지센서를 사용해 놀라운 순간을 포착한 뒤, 그 사진을 대형 전광판에 송출해 더 많은 픽셀이 진정으로 놀라운 디테일을 만든다는 것을 보여준 것이죠. 삼성전자 DS부문 글로벌마컴팀의 채란 프로는 “포토부스에서 촬영한 2억 화소 사진을 세로 길이가 약 700인치에 이를 만큼 거대한 런던 피카딜리 서커스 빌보드 크기에 맞추어 게시한 후, 사진을 약 8.5배 줌인했다”고 말하며, “이렇게 극단적으로 확대해도 사진의 품질이 모든 픽셀에 생생하게 살아있다는 걸 보여주었다”는 설명을 덧붙였습니다.

이번 이벤트는 영국 전역의 다양한 커뮤니티를 대표하는 100명 이상의 콘텐츠 크리에이터를 포함해, 일반 대중과 공모전 수상자도 함께 참여했습니다. 이들은 포토부스에서 최첨단 아이소셀 HP2 이미지센서를 통해 사진을 촬영을 진행했고, 이렇게 찍은 초고화소 사진들은 상징적인 피카딜리의 빌보드 스크린에 모습을 드러냈습니다. 포토부스는 주말 내내 문전성시를 이뤘는데요. 이틀 동안 200명 이상이 방문했고, 800장이 넘는 사진이 촬영되었습니다.       

특히 유명 사진 크리에이터들이 아이소셀 기술로 사진을 촬영한 경험을 즐거워했습니다. 사진작가 Chris Priestley는 이벤트 내내 130만 명의 소셜 미디어 팔로워와 콘텐츠를 공유했으며, “사진작가라는 직업 특성상 주로 카메라 뒤에 서 있는데, 이번에는 카메라의 앞에서 피사체가 되어 기술의 우수성을 직접 확인해볼 수 있다는 게 정말 좋았다”는 후기를 남겼습니다.

초고화소 사진을 제출하면 대형 전광판에 게시되는 삼성전자의 이벤트는 전 세계의 사람들의 열성적인 참여를 이끌어냈습니다. 미국, 인도, 중국, 독일의 콘텐츠 크리에이터들은 자신의 모습이나 풍경을 멋지게 담았고, 그 사진들 역시 2억 화소 기술로 빌보드에 생생하게 게시되었습니다. 독일에서 온 Valentina Pahde는 “포토부스에서 찍은 사진을 피카딜리 서커스의 빌보드에서 XXL 사이즈로 보게 되다니 […] 아직도 믿을 수가 없다”는 이벤트 소감을 전했습니다.

삼성전자는 포토부스 이벤트 외에도 미국과 영국의 갤럭시 S23 울트라 사용자를 대상으로 사진 공모전을 열어 소셜 미디어에서 큰 관심을 불러일으켰습니다. 공모전 참가자들은 전 세계적으로 유명한 피카딜리 빌보드에 송출될 기회를 얻고자 갤럭시 S23 울트라 기기로 촬영한 2억 화소 사진을 인스타그램에 #SharetheEpic이라는 해시태그와 함께 게시했는데요. 참가자들이 제출한 사진은  풍경부터 가족, 친구들의 모습, 사랑하는 반려동물, 셀프 사진까지 다양했습니다. 이벤트 전에 열린 공모전에는 최종적으로 14명의 사진이 선정되었습니다.

우승자들 중 몇몇은 대형 스크린에 직접 찍은 2억 화소 사진 작품이 게시되는 장면을 보기 위해 이벤트 현장을 방문했습니다. 그중 “대형 화면에서 2억 화소 이미지가 어떻게 보일지 정말 기대된다”고 언급한 한 당선자는 자신의 사진이 게시되자, 선명한 디테일에 감탄을 금치 못했습니다.

일반 대중들도 자신의 사진이 빌보드에 게시되는 기회를 얻고자, 삼성전자의 포토부스 이벤트에 참여했는데요. 많은 이들이 “2억 화소라니, 새로 나온 삼성 갤럭시 S23 울트라 카메라 성능이 대단하다”며 놀라움을 표했습니다.

머리카락부터 주근깨까지. 아이소셀로 포착한 이미지가 실물과 같은 디테일을 자랑하며 화면에 나타나자 사람들은 환호했습니다. 특히 라이프스타일 콘텐츠를 공유하는 크리에이터이자 모델로 활동 중인 Josh Ryan의 사진은 사람들에게 가장 큰사랑을 받았습니다. 사람들은 “Josh Ryan을 실물로 볼 수 있다는 게 너무 기대돼 큰 화면에서 보려고 일부러 기다렸다. 정말 크게 확대했는데도 표현되는 디테일이 놀라웠다”는 말을 전했고, Josh 역시 360만 명의 소셜 미디어 팔로워들에게 자신의 이벤트 경험을 공유했습니다.

이외에도 많은 참가자들이 이벤트 참가 순간을 SNS에 기록했습니다. 기술 크리에이터인 Cadea는 2만 5천 명의 인스타그램 팔로워들에게 게시물을 통해 “이렇게 일생일대의 혁신적인 이벤트를 경험하고, 제품을 실제로 사용해 볼 수 있었다는 사실이 정말 감격스럽다”며, “대형 화면에 담긴 삼성전자 카메라의 놀라운 디테일에 고개가 숙여질 정도였다”는 극찬을 아끼지 않았습니다.

인스타그램과 틱톡을 사용하는 소비자들도 거대한 빌보드에 담긴 경이로운 디테일에 놀라움을 금치 못했고, 온라인에서 활발한 반응을 보였습니다. 인스타그램 릴스로 이벤트 경험을 공유한 라이프스타일 크리에이터, Fats Timbs는 수백 개의 긍정적인 댓글을 받았는데요. 댓글을 단 사람들은 대형 화면에서 확대되었던 Fats Timbs의 속눈썹을 비롯한 사진의 디테일을 언급했습니다.

보다 많은 이벤트 이미지와 동영상은 인스타그램과 틱톡에서 확인할 수 있습니다. 갤럭시 S23 울트라 사용자라면 직접 촬영한 2억 화소 사진을 #SharetheEpic 및 #MorePixelsEpicDetails 해시태그와 함께 공유해보는 건 어떨까요?

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초연결 시대를 선도할 ‘제30회 대한민국 임팩테크(ImpaCT-ech) 대상’, 그 시상식 현장을 삼성전자 반도체 뉴스룸이 담아왔습니다.

이번 시상식은 과학기술정보통신부 이종호 장관의 개회사로 시작됐습니다. 그는 “오늘 이 자리를 통해 그동안의 노력과 성과를 되돌아보며 새로 도약할 자신감을 확보하는 계기가 되길 바란다”고 격려하며, “디지털 경제 가속화를 위해 향후에도 디지털 산업을 적극 지원할 계획”이라고 말했습니다.

수상의 영예를 차지한 ‘2억 화소 이미지센서’와 ‘신용카드용 지문인식 1-Chip(원칩) 패키지 솔루션’, 그 안에 집약된 삼성전자 반도체의 혁신 기술력에 대해 살펴볼까요?

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미세 픽셀 2억 개로 구현한 초고해상도의 이미지센서

2억 화소 이미지센서를 탄생시킨 주역, System LSI사업부 임직원들의 대통령상 수상 소감을 들어보았습니다.

차세대Sensor개발팀 신승철 님은 “아이소셀 HP3는 세계 최초로 0.56㎛ 픽셀을 적용함으로써 2억 화소의 장점을 더 많은 사용자가 느낄 수 있도록 하는 것이 개발의 중점이었다”며, “완성도 확보와 적기 제품 출시라는 두 가지 목표를 동시에 달성해야 한다는 어려움이 있었지만, 모든 유관 부서가 협력한 덕분에 상품화에 성공할 수 있었다”는 소회를 남겼습니다.

차세대Sensor개발팀 권민호 님 역시 “세상을 이롭게 하는 센서를 만들기 위해 포기하지 않고 여러 사람이 함께 힘을 모아 개발을 했기에 이미지센서 양산에 성공할 수 있었다”는 말로 개발에 참여한 모든 임직원들에게 감사의 인사를 전했습니다.

Sensor설계팀 이승진 님은 “미세 픽셀 기술의 발전으로 1억 화소에 이어, 2억 화소까지 삼성전자가 선도할 수 있게 되어 매우 자랑스럽게 생각한다”는 말과 함께 “초고화소 센서에 필요한 저전력/고속/고품질을 위해 개발자로서의 역할과 한계가 어디까지인지 도전할 계획이다”는 의지를 내비쳤습니다.

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세계 최초 신용카드용 지문인식 원칩(1-Chip) 패키지 솔루션

신용카드에 적용되는 지문인증 기능은 사용자의 지문 정보를 읽고 인증하여, 빠르고 편리하면서도 안전하게 결제할 수 있도록 합니다. 1-Chip(원칩) 패키지 솔루션은 지문을 인식하는 칩을 신용카드에 적용할 수 있도록 센싱 감도를 강화하고 높은 신뢰성을 구현한 솔루션입니다. 더불어 개선된 성능, 원가, 신뢰성을 바탕으로 제품의 경쟁력을 더욱 높였습니다.

특히 이번에 수상한 원칩 패키지 솔루션은 통합 칩 설계와 패키지 기술을 결합해 고객에게 새로운 경험을 제공할 수 있었으며, 새로운 응용 분야를 발굴한 점을 인정받아 ‘제 30회 대한민국(ImpaCT-ech) 대상’에서 장관상을 수상할 수 있었습니다.

AVP사업팀은 첨단 패키지 기술을 강화하고 사업부 간의 시너지를 극대화하고자 2022년 12월에 신설되었는데요. 앞으로 ‘초연결’을 목표로 여러 반도체가 가진 성능과 기능을 더해 큰 시너지를 만들어내고 독자적인 패키지 기술을 개발해 지속적으로 새로운 사업 영역과 기술 응용 분야를 발굴해 나갈 계획입니다.

초미세 픽셀 개발뿐 아니라 각 반도체 성능에 시너지를 더하는 패키지 솔루션 개발로 미래를 선도하는 혁신 기술력을 지속해서 선보일 삼성전자 반도체. 앞으로 더 놀라운 변화를 일으킬 삼성전자 반도체의 끊임없는 도전에 많은 관심 부탁드립니다.

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이미지센서가 사진과 동영상의 품질을 결정하는 스마트폰의 핵심 부품으로 주목받고 있습니다. 올해 2월, 새롭게 선보인 ‘갤럭시 S23 울트라’에 아이소셀 HP2 이미지센서가 탑재되면서, 특별한 순간을 섬세하게 기록해주는 2억 화소 이미지센서의 성능이 특히나 각광받고 있는데요. 이러한 성능을 입증하기 위해 삼성전자가 나섰습니다. 낡고 평범한 포토부스를 2억 화소 이미지센서로 해킹한 것이죠. 런던에 위치한 세계에서 가장 상징적인 옥외 광고판 중 하나를 활용한 이번 이벤트 내용은 무엇이었을까요?

삼성전자가 포토부스 즉석사진 카메라에 2억 화소 이미지센서를 설치해, 런던 피카딜리 서커스 광장에 위치시켰습니다. 포토부스를 방문한 사람들이 초고화소 사진의 디테일을 체험할 수 있도록 하기 위해서였는데요.

사진 출력을 기다리던 사람들이 받아 든 것은 사진이 아닌 “위를 보세요.” 라고 적힌 작은 카드였습니다. 그들이 위를 올려다본 순간, 놀라운 광경이 펼쳐졌습니다.

방금 찍은 사진이 세계에서 가장 상징적인 옥외 광고판 중 하나인 피카딜리 서커스 초대형 스크린에 놀라운 크기로 펼쳐지고 있었던 것이죠. 가로 약 45미터, 세로 약 18미터에 달하는 광고판에는 개성 있는 모습과 포즈들을 담은 사람들의 사진이 이어졌습니다.

특히 2억 화소 사진의 엄청난 디테일을 보여주기 위해 사진을 극단적으로 확대하기도 했는데요. 개성 가득한 표정, 눈, 미소, 장신구 등의 세밀함이 더욱 극적으로 드러났습니다. 이벤트 진행 과정과 현장의 분위기를 아래 영상을 통해 만나보세요!

이벤트에 참여한 영국의 테크 인플루언서이자 크리에이터인 GadgetsBoy는 스크린에 걸린 자신의 사진을 공유하며, “바로 이것이 앞으로의 스마트폰이 가질 수 있는 능력”이라고 말했습니다. 이처럼 참가자들은 초고해상도 이미지센서가 얼마나 더 섬세한 사진을 제공해줄 수 있는지를 직접 체험하고, 그 경험을 공유했는데요.

특히나 세계에서 가장 상징적인 옥외 광고판 중 하나를 이벤트에 활용했던 점이 크리에이터들에게는 더 특별한 경험으로 다가왔습니다. 그들은 이번 이벤트가 평생에 한 번밖에 없는 경험이라고 말하며 그 순간을 공유했고, 소셜미디어에서 뜨거운 반응을 불러일으켰습니다.

삼성전자는 앞으로도 소비자들이 소중하고 특별한 순간을 전례 없는 디테일로 기록할 수 있도록, 아이소셀 이미지센서의 혁신을 계속해나갈 계획입니다.

*표시된 모든 이미지는 제품으로 촬영된 이미지를 정확하게 재현하지 않을 수 있습니다. 일부 이미지는 디지털 방식으로 편집, 수정 또는 보정되었습니다.

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스마트폰을 구매할 때 가장 중요하게 고려하는 요소 중 하나, 바로 카메라 성능입니다. 스마트폰 카메라의 성능은 이미 전문가가 아닌 사람들도 상당 수준의 사진과 영상을 제작할 수 있는 정도로 발전해왔는데요. 이들 카메라의 성능은 이미지센서의 기술력에 달려 있다고 볼 수 있습니다. 이미지센서는 각종 전자 기기에서 사람의 눈과 같은 역할을 하는 반도체로, 렌즈를 통해 들어온 빛을 받아 이를 디지털 신호로 변환해 이미지로 보여줄 수 있도록 합니다.

삼성전자는 지난 2021년에 업계 최초로 픽셀 2억 개를 탑재한 2억 화소 이미지센서를 선보인 이래, 2022년에는 업계 최소 크기의 픽셀로 구성한 2억 화소 이미지센서를 내놓는 등, 초고화소 이미지센서 분야를 선도하는 제품을 꾸준히 출시하며 시장을 이끌고 있는데요. 2023년 1월에는 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억 개를 탑재한 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP2’를 출시했습니다. 아이소셀 HP2는 삼성전자 반도체의 최신 초고화소 센서 기술을 집약한 제품으로, 지난 2월 1일에는 아이소셀 HP2가 탑재된 ‘갤럭시 S23 울트라’가 공개되기도 했습니다. 꾸준한 연구개발의 결과로 탄생한 첨단 기술과 노하우를 모두 모은 아이소셀 HP2, 어떤 특징이 있을까요?

*아이소셀 HP2 보도자료 보러가기 ☞ https://bit.ly/3JCZWDT

개발과 설계, 마케팅 담당자가 직접 들려주는 아이소셀 HP2 이야기

아이소셀 HP2는 어떤 과정을 통해 탄생했을까요? Sensor사업팀 Pixel개발팀 이경호 상무, Sensor설계팀 이승진 PL, Sensor마케팅팀 최소윤 님을 만나 자세한 이야기를 들어봤습니다.

Q. 아이소셀 HP2만의 차별화 포인트는 무엇인가요? 이를 구현하기 위해 어떤 기술이 새롭게 개발됐는지도 궁금합니다.

이경호 상무: 아이소셀 HP2는 기존 갤럭시S 시리즈에 탑재되었던 1억 800만 화소 센서보다 픽셀 크기를 약 56% 정도로 줄이면서도 화질은 유지하고, 전 화소에서 Auto Focus 동작을 구현하기 위해 픽셀 저장 용량을 획기적으로 늘려야 했는데요. 이를 위해 개발된 신기술이 ‘듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트’입니다. 이는 포토다이오드에 축적한 많은 양의 전하를 두 개의 게이트를 통해 회로에 효율적으로 전달하는 기술인데요, 잔상 없는 이미지와 높은 Dynamic Range(밝기의 범위)를 구현할 수 있는 것이 장점입니다. 이 기술 개발로 반도체 분야 최고 학회 중 하나인 VLSI (Very Large Scale Integrated Circuit)에서 발표하는 영예와 함께, 삼성 논문상 수상, DS 논문상까지 수상할 수 있었습니다.

이승진 PL: 설계 관점에서는 아이소셀 HP2의 높은 화소수와 Frame rate(프레임 속도: 연속된 이미지들을 촬영하거나 재현하는 속도의 비율)을 구현하기 위해 매우 빠른 속도로 동작할 수 있는 회로 디자인이 요구되었습니다. 특히 정확한 수치를 밝힐 수는 없지만, ADC(Analog-to-Digital Conversion)의 큰 폭의 증가가 꼭 필요했는데요. 제조 공정이 미세화됨에 따라 기존의 회로 레이아웃으로는 이를 구현하는 것이 불가능했습니다. 저희 설계 담당자들은 이를 극복해낼 수 있는 기술을 고안해 아이소셀 HP2 제품에 최초로 적용함으로써, ADC 간의 불일치가 발생할 수 있는 시나리오들을 사전에 예측하고 해결할 수 있었습니다. 그 결과로 이미지센서의 성능과 신뢰성에 있어 목표한 바를 모두 달성해낼 수 있었고요.

Q. 2억 화소 이상의 초고화소 제품 개발을 위해 픽셀이 점점 미세화되고 있는데요. 높아지는 기술 난이도에도 불구하고 초고화소 제품을 계속 개발하는 이유는 무엇인가요? 초고화소의 한계점을 어느 정도로 보시는지도 궁금합니다.

이경호 상무: ‘More pixels, Epic details’ 그리고 ‘Beyond Human Eye’가 초고화소 제품을 지속해서 개발해가는 이유입니다. 사람 눈의 최대 유효 화소 수가 약 5억 7,600만 화소로 알려져 있는데, 그 이상을 추구하고 있습니다. 픽셀 미세화가 한계에 봉착했다는 말은 오래전부터 있어왔지만 삼성전자는 아이소셀 기술을 계속 발전시켜 왔고, 앞으로도 기술의 한계는 없다고 생각하고 혁신 기술을 개발해가고 있습니다. 이러한 노력을 통해, 궁극적으로 모바일 기기 사용자들이 소중한 순간들을 마치 눈으로 보는 것처럼 생생하고 선명하게 기록하는 카메라 경험을 누릴 수 있을 것으로 기대합니다.

Q. 초고화소 이미지센서 제품을 개발할 때, 화질을 평가하고 개선해 나가는 방식이 궁금합니다.

이승진 PL : 아이소셀 HP2는 2억 화소 사진 촬영은 물론이고, 5천만 화소 모드에서의 사진과 8K 비디오 촬영, 그리고 1,200만 화소 모드를 활용한 촬영과 프리뷰 지원 등 매우 다양한 촬영 모드를 지원합니다. 이를 위해 적용된 기술이 테트라 스퀘어드 픽셀인데요. 이 기술에서는 RGB Bayer Pattern 출력을 위해 픽셀들을 다시 배열하는 리모자이크(Re-mosaic) 변환 시의 화질이 매우 중요합니다. 이에 필요한 화질 평가를 철저히 하기 위해, 개발 초기 알고리즘 단계부터 전문가들과 함께 화질 평가 항목에 대한 객관화된 수치적 결과와 시인성 관점에서의 결과를 개선해 나가고 있습니다.

Q. 2억 화소의 실제 화질을 검증한 당사자로서 아이소셀 HP2의 화질을 어떻게 평가하시는지 궁금합니다.

이경호 상무: 현재까지 우리가 출시한 2억 화소 이미지센서 제품 중 최고라 말할 수 있을 것 같습니다. 미세한 픽셀 하나하나에 담을 수 있는 전자 용량을 획기적으로 늘려 2억 화소에서 가능한 최고 화질을 구현했습니다. 또 5,000만 화소와 1,200만 화소 동작 시에도 노이즈를 줄이는 아키텍쳐로 개발함으로써 밝은 환경은 물론 어두운 환경에서도 우수한 화질을 얻을 수 있습니다.

또한 2억 개의 픽셀이 모두 Auto Focus 기능에 활용되기 때문에 초점을 빠르고 정확하게 잡을 수 있고, 픽셀 당 전자 용량을 높였기 때문에 HDR 성능도 매우 좋아졌습니다.

Q. 초고화소 이미지센서가 실제 사용자들의 카메라 경험에 주는 베네핏은 무엇인가요?

최소윤 님: 가장 큰 장점은 사용자에게 사진과 영상 촬영을 위한 다양한 선택지와 경험을 제공할 수 있다는 점입니다. 2억 화소 제품은 기본 동작이 1,200만 화소 모드로, 사용자의 기호 또는 조도 환경에 따라 5,000만 화소 또는 2억 화소 이미지까지 다양하게 촬영할 수 있는 옵션을 제공합니다. 아이소셀 HP2는 2억 화소 이미지센서로서 조도 조건에 따라 인접한 4개나 16개의 픽셀을 묶어 사용할 수 있는 ‘테트라 스퀘어드 픽셀’ 기술을 지원하기 때문에 빅 픽셀 제품의 강점인 저조도 환경에서의 밝고 선명한 사진 촬영도 가능한 동시에 섬세한 디테일까지 제공합니다.

또한, 이제 4K(약 800만 화소) 시대를 넘어 8K(약 3,300만 화소) 시대가 본격적으로 열리고 있는데요. 초고화소 이미지센서로 더 밝고 화각 손실이 적은 고퀄리티의 8K 영상을 손안에서 손쉽게 촬영할 수 있습니다.

Q. 향후 초고화소 이미지센서 시장은 얼마나 성장할까요?

최소윤 님: 시장조사기관들의 예측에 따르면 1억 화소 이상의 이미지센서 시장은 올해부터 2026년까지 약 20% 이상의 연평균 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 삼성전자는 아이소셀 HM3(1억 800만 화소), HP1(2억 화소), HP3(2억 화소), HP2(2억 화소) 등의 제품 라인업을 통해 초고화소 이미지센서 시장에서 리더십을 더욱 공고히 다질 예정입니다.

Q. 앞으로 이미지센서 기술은 어떤 방향으로 발전하게 될까요? 시장에서 초고화소 제품군은 어떤 전망을 보이는지, 삼성전자의 개발 방향에 대해서도 궁금합니다.

이경호 상무: 이미지센서는 화질이 가장 중요하며, 앞으로 양자 효율을 높이기 위한 새로운 소재와 구조, 잡음을 줄이는 트랜지스터 기술, 알고리즘 기술이 개발될 것입니다. 또한, High Dynamic Range 표현력 향상, 더욱 빠른 처리 속도 구현, 나아가서 사람의 눈으로 보는 것 이상으로 선명하고 디테일한 해상도를 갖추는 기술 등이 지속 발전할 것입니다.

최소윤 님: 삼성전자 아이소셀은 빅 픽셀과 미세 픽셀의 투 트랙(Two Track) 전략을 유지하면서 시장 트렌드에 맞는 제품을 기획하고 개발하는 노력을 지속할 예정입니다. 스마트폰에 탑재되는 카메라 개수나 화소 개수는 시장 전반적으로 성장해 있는 상태이지만, 앞으로 사용자들에게 차별화된 경험을 제공하기 위해서는 같은 화소나 픽셀 사이즈이더라도 더 뛰어난 저조도 성능 및 HDR 성능이 관건이 될 것으로 예상됩니다. 이대로라면 디테일 표현뿐만 아니라 dynamic range나 색 재현력 등의 관점에서도 곧 실제 사람의 눈으로 보는 것 같은 어마어마한 이미지센서가 개발되지 않을까요?

이승진 PL: 최근 UX 관점에서의 중요한 화두는 HDR(High Dynamic Range)인데요, 이를 위해 여러 방면의 관련 기술이 연구, 개발되고 있습니다. HDR은 이미지센서에서 화소 수와 함께 가장 중요하게 꼽히는 요소이고, 앞으로도 지속적으로 성능이 향상될 것으로 예상됩니다.

Q. 앞으로 이미지센서의 응용처는 어떤 방향으로 다변화될까요? 모바일 기기, 차량 외에도 기대되는 분야가 있는지요?

최소윤 님: 앞으로 이미지센서가 사용될 응용처는 무궁무진합니다. 삼성전자의 아이소셀 라인업은 모바일 기기나 차량용 이미지센서 외에도 AR, VR, 노트북, 태블릿 PC 기기를 위한 신제품을 계속해서 준비하며 시장 확대를 추진하고 있습니다.

한계 속에서 창조해낸 혁신 기술, 그리고 그 너머를 내다보다

세상에 없던 기술을 만들어내고 알리는 데에 쉬운 길은 없습니다. 아이소셀 HP2가 탄생하기까지 각 분야의 담당자들은 어떤 난관을 극복했을까요? 그리고 이들이 꿈꾸는 초고화소 이미지센서의 미래는 어떤 모습일까요?

Q. 제품이 개발되어 출시되기까지 특별히 중점을 둔 포인트는 무엇이었나요? 업무 중 어려웠던 부분이나 고비가 있었다면 어떻게 극복하셨는지도 궁금합니다.

이경호 상무: 플래그십 갤럭시 제품에 아이소셀 HP2를 탑재하게 되었기 때문에, 성능은 물론 모든 측면에서 문제가 없도록 해서 고객이 최고의 제품을 만들 수 있게 지원해야 한다는 책임감이 컸습니다. 쉽지만은 않았지만, 관련된 모든 부서들과 긴밀히 협력하고 소통하면서 문제를 풀어갔습니다.

이승진 PL: 고객이 요구하는 성능 목표에 도달하려면 개발 일정을 준수하는 것이 매우 어려운 상황이었는데요. 개발 목표를 전략적으로 이원화해 수행함으로써 약속한 일정도 준수하고, 성능도 목표 수준으로 달성할 수 있었습니다. 일정에 맞춰 도전적인 개발 과제를 완수하기 위해 팀원 모두가 힘든 부분들도 있었지만, 서로 돕고 의지하며 극복할 수 있었습니다.

최소윤 님: 아이소셀 HP2는 홍보에도 많은 공을 들였는데요. ‘제품에 적용된 어려운 신기술들을 어떻게 하면 쉽게 사용자들에게 설명할 수 있을까’를 깊이 고민했습니다. 새로운 기술이 많은데, 어려운 개념들을 풀어서 설명해야 하는 것이 난관이었죠. 저도 문과생 출신으로서 이해하기 어려운 부분도 많았지만, 그렇기에 오히려 대중이 이해하기 쉬운 단어로 기술과 개념을 표현할 수 있었던 것 같습니다.

Q. 이미지센서 사업과 관련해 기대되는 점은 무엇인가요? 앞으로의 다짐에 대해서도 들려주세요.
이경호 님: 우리의 아이소셀로 이미지센서 시장을 선도해 나가고자 합니다. 열심히 뛰겠습니다. 많이 응원해주십시오.

이승진 PL: 모바일뿐만 아니라 Automotive 등 다양한 제품군으로 사업을 확장해 진정한 이미지센서 리더로 성장하길 기대합니다.

최소윤 님: 누구나 간편하게 전문가처럼 완성도 높은 사진을 찍을 수 있도록, 마치 눈으로 직접 보는 것처럼 생생한 사진과 영상을 촬영할 수 있도록 좋은 품질의 이미지센서를 선보이고 싶습니다.

Q. 이미지센서 사업과 관련된 업무를 하고 싶어 하는 후배나, 삼성전자 입사를 희망하는 학생, 취업 준비생들에게 해주고 싶으신 말씀이 있다면요?

이경호 상무: 최근 이미지센서는 극저조도 화질까지 확보해야 해서 광학뿐만 아니라 잡음을 줄이는 반도체 소자 기술도 매우 중요시되고 있습니다. 따라서 광학 분야 외에도 여러 반도체 소자 분야의 전문가들이 역량을 펼칠 수 있습니다. 가능성이 무궁무진한 이미지센서 개발에 많이 지원해주세요.

최소윤 님: 이미지센서는 우리가 늘 사용하는 스마트폰에 여러 개씩 달려 있는 친숙한 반도체입니다. 너무 어렵게 생각하지 않으셨으면 좋겠고, 미래의 스마트폰 카메라를 기획하고 아이디어를 내고 싶다면 누구나 부담 없이 마케팅 업무에 지원하시면 좋겠습니다. 그리고 삼성전자 아이소셀은 스마트폰을 넘어 응용처를 다양하게 확대해 나갈 계획이기 때문에, 넓은 시야로 시장을 개척할 포부가 있는 분들 모두를 환영합니다.

이승진 PL: Sensor사업팀은 현재 모바일 센서뿐만 아니라 차세대 센서 등 다양한 센서를 개발하고 있습니다. Analog, Digital, Pixel, Optic, 공정 등 다양한 분야의 전문가가 함께 개발하고 있는데요. 본인 전공 분야 외 영역에 대해서도 폭넓은 지식을 동시에 향상시킬 수 있는 부서입니다. 더 높은 목표를 향해 도약의 발판을 마련하고 있는 Sensor사업팀과 함께하고 싶은 분들의 많은 지원을 응원합니다.

어떤 환경에서 촬영해도 전문가의 작품처럼 생생한 이미지, 눈으로 보는 것만큼 선명하고 디테일한 사진은 더 이상 꿈의 기술이 아닙니다. 새로운 기술에 대한 끊임없는 연구와 개발을 바탕으로 삼성전자 반도체의 초고화소 이미지센서는 지금 이 순간에도 진화하고 있습니다. 2억 화소를 넘어 사람 눈이 보는 그대로를 구현해낼 때까지, 삼성전자 반도체 이미지센서 아이소셀 시리즈에 많은 관심 부탁드립니다.

영상으로 만나보는 아이소셀 HP2의 눈부신 기술력

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삼성전자가 0.6㎛(마이크로미터) 크기의 픽셀 2억개를 탑재한 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP2’를 출시했습니다.

이 제품은 최신 초고화소 센서 기술을 집약한 제품으로, 언제 어디서든 밝고 선명한 이미지 촬영을 지원합니다.

‘HP2’는 업계 최초로 ‘듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트(Dual Vertical Transfer Gate)’ 기술을 적용해 전하저장용량(Full Well Capacity)을 이전 2억 화소 제품 대비 최대 33%까지 높여 화질을 개선했습니다. 전하저장용량이 높아지면 각 픽셀이 더 많은 빛을 활용할 수 있어 기존보다 더욱 풍부한 색 표현이 가능합니다.

‘듀얼 버티컬 트랜스퍼 게이트’는 포토다이오드에서 회로로 전자를 이동시키는 수직 구조의 게이트 2개를 배치해 전자 신호 전달 효율을 극대화하는 기술입니다.

‘HP2’는 조도 조건에 따라 4개 또는 16개의 인접 픽셀을 묶어 수광 면적을 확대하는 ‘테트라 스퀘어드 픽셀(Tetra²pixel)’ 기술도 적용했습니다.

이 기술을 통해 어두운 날씨 또는 실내와 같은 저조도 환경에서도 1.2㎛(5천만 화소) 또는 2.4㎛(1천2백50만 화소) 크기의 픽셀과 같은 수광 면적을 확보해 선명한 사진 촬영이 가능합니다.

또 HDR(High Dynamic Range) 기능 강화를 위해 기존 ‘스마트 ISO 프로’ 기술뿐 아니라 ‘듀얼 슬로프 게인(Dual Slope Gain)’ 기술도 새로 적용했습니다.

‘듀얼 슬로프 게인’은 픽셀에 들어온 빛의 아날로그 정보를 서로 다른 2개의 신호로 증폭하고 이를 디지털 신호로 변환해 하나의 데이터로 합성하는 기술로 센서가 표현할 수 있는 색의 범위를 넓혀줍니다.

삼성전자는 이 기술을 통해 업계 최초로 모바일AP의 지원 없이 이미지센서만으로 5천만 화소의 HDR 촬영이 가능하도록 구현해 이미지 처리 속도를 개선했습니다.

‘HP2’에는 2억개 화소를 모두 활용해 위상차 자동 초점 기능을 수행하는  ‘슈퍼 QPD(Quad Phase Detection)’ 기능도 탑재됐습니다. 거실 밝기(약 100룩스)보다 100배가량 낮은 밝기의 달빛 아래(약 1룩스)에서도 좌우뿐만 아니라 상하의 위상차를 이용해 빠르고 정확하게 초점을 맞출 수 있습니다.

이 밖에 딥 러닝(Deep Learning) 기반의 ‘리모자이크 알고리즘’을 적용해 초고화소 환경에서의 촬영 속도와 품질을 향상시켰습니다. ‘HP2’의 2억 화소 촬영 속도는 이전 제품 대비 2배가량 빨라졌으며, 초당 30 프레임의 8K 해상도, 120 프레임의 4K 해상도를 지원합니다. 특히 사진 촬영과 동일한 화각에서 초고해상도인 8K 영상 촬영이 가능한 것이 특징입니다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀장 임준서 부사장은 “‘아이소셀 HP2’에는 삼성전자의 차별화된 초고화소 센서 기술과 노하우가 집약됐다”며 “고객 요구에 기반한 끊임없는 기술 혁신과 딥 러닝 기반의 화질 최적화 기술을 통해 지속 성장하고 있는 초고화소 이미지센서 시장에서 리더십을 더욱 강화할 것”이라고 말했습니다.

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우리는 일상 속에서 특별한 기념일, 중요한 날이면 스마트폰을 꺼내 들고 소중한 추억을 기록하곤 하죠. 맛집에서 음식을 먹고서, 인증샷이 없으면 어쩐지 허전한 기분이 들기도 하는데요. 혹시 어두운 조명, 역광 때문에 마음에 쏙 드는 인생샷을 건지지 못했던 적이 있나요? 경이로운 이미지 센서와 함께라면 그 어떤 환경에서도 최고의 사진을 남길 수 있답니다.

오늘의 인생맛칩 목적지는 2억 소리 나는 화소로, 영롱한 색감을 보장하는 이미지 센서 맛집입니다. 이미지 센서는 아이소셀(Isolate Cell)기술을 활용하여 빛을 깔끔하게 분리하며 노이즈 없는 사진, 아름다운 야경 사진을 담는 데 큰 역할을 하고 있죠.

오색찬란한 색감을 위해 ‘컬러 필터 도포 과정’을 거쳐서 탄생한 이미지는 고양이의 수염 한 올까지도 생동감 넘치게 구현한다고 하는데요. 보다 선명하고 특별한 일상으로의 시작, ‘인생 사진’을 위한 삼성전자 반도체의 여정이 궁금하다면, 지금 바로 영상을 통해 만나보세요!

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픽셀 사이즈가 점점 작아지면서 동일한 면적에 더 많은 픽셀을 넣을 수 있게 되었지만, 이는 인접한 픽셀 사이에서 서로 빛이 새어나가 섞이는 간섭 현상으로 이어졌습니다. 삼성전자는 이러한 문제점을 해결하기 위해 아이소셀이라는 픽셀 기술을 선보였고, 날이 갈수록 진화하는 아이소셀 픽셀 기술은 어떠한 환경에서나 고품질 이미지를 촬영할 수 있게 해줍니다.

아이소셀 픽셀 기술의 발전: 적은 양의 빛도 놓치지 않도록

빛은 고품질 이미지를 촬영하기 위한 가장 중요한 요소입니다. 삼성전자는 2013년, 이미지센서가 더 많은 빛을 처리하고 저장할 수 있도록 하는 ‘아이소셀’ 픽셀 기술을 처음으로 선보였습니다. 아이소셀은 기존의 BSI 픽셀 대비 픽셀 간 색 간섭 현상을 30% 줄이고 각 픽셀이 저장할 수 있는 빛의 양인 전하 저장용량을 30% 이상 높였습니다.

삼성전자는 더욱 디테일하고 노이즈가 적은 선명한 이미지를 촬영할 수 있도록 픽셀 기술을 끊임없이 개선해오고 있습니다. 그 첫번째 단계로 컬러 필터 사이에 있는 메탈 그리드를 고반사율 물질로 교체하여 픽셀 내 광손실을 줄이고 빛 감도를 향상시켰습니다. 또한, 더 작은 픽셀에서는 동일 색상 컬러 필터 간 그리드를 제거하여 각 픽셀에서 수광 영역을 증가시키는 새로운 픽셀 구조를 채택했습니다. 뿐만 아니라, 아이소셀은 초미세 픽셀에 맞추어 컬러 필터에 더 얇은 신규 소재를 사용하고, 포토다이오드의 구조를 개선하여 빛 민감도를 한층 끌어올렸습니다. 아이소셀은 적은 양의 빛도 놓치지 않고 잘 활용할 수 있게 되어 더욱 선명하고 색감이 풍부한 이미지를 촬영할 수 있는 방향으로 발전해나가고 있습니다.

픽셀 비닝 기술: 어두운 환경에서도 밝고 선명하게

미세 픽셀은 물리적 크기의 한계로 인해 저장할 수 있는 빛의 양이 제한적이고, 이 때문에 어두운 환경에서의 촬영 품질에 대한 많은 의문이 존재해왔습니다.

삼성전자는 이러한 문제점을 해결하기 위해 인접한 여러 개의 픽셀을 하나의 큰 픽셀로 병합하는 픽셀 비닝 기술을 선보였습니다. 삼성전자가 개발한 테트라픽셀, 노나픽셀, 테트라 스퀘어드 픽셀 기술은 각각 4개, 9개, 16개의 픽셀을 병합하여 스마트폰이 다양한 조도에서 고품질의 이미지를 촬영할 수 있도록 지원합니다.

예를 들어, 어두운 환경에서 사진을 찍을 때 테트라 스퀘어드 픽셀 기술은 최대 16개의 픽셀을 하나의 큰 픽셀로 결합하여 더욱 밝은 이미지를 생성합니다. 반대로, 밝은 환경에서는 초고해상도 이미지를 구현하도록 픽셀 어레이를 재배열하는 리모자익 알고리즘이 적용돼 선명하고 섬세한 이미지를 표현할 수 있게 해줍니다.

초고화소 모바일 이미지센서는 지금까지 경험할 수 없었던 새로운 차원의 디테일을 선사합니다. ‘아이소셀’의 작지만 강력한 픽셀 기술력을 통해 선명하고 디테일이 풍부한 사진을 경험해보세요.

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삼성전자는 업계 최소인 0.56㎛ 크기의 픽셀 2억개를 탑재한 이미지센서 ‘아이소셀(ISOCELL) HP3’를 공개하며, 초고화소 이미지센서 시장 선도에 나섰습니다.

1/1.4 인치 규격의 삼성전자 ‘아이소셀 HP3’는 픽셀 크기를 기존 제품 대비 12% 줄인 0.56㎛로 설계돼, 모바일기기에 탑재할 카메라 모듈 크기를 최대 20%까지 줄일 수 있게 됐습니다.

‘HP3’에는 2억개의 화소 전체를 활용하는 위상차 자동 초점 기술 ‘슈퍼 QPD (Quad Phase Detection)’가 적용됐습니다. 좌/우, 상/하의 위상차를 이용해 보다 빠르고 정확하게 초점을 잡을 수 있습니다.

또한, 이미지센서의 전 화소를 활용해 초점을 잡을 수 있어 이미지 전 영역에서 선명한 화질을 제공합니다.

‘HP3’는 전 화소 자동 초점 기능과 함께 초당 30 프레임 8K 초고해상도, 120 프레임 4K 고해상도 영상을 지원해 영화 촬영 수준의 ‘시네마 카메라’ 성능을 구현했습니다. 특히, 이번 제품은 사진 촬영과 동일한 화각에서 초고해상도 8K 영상 촬영을 지원하는 것이 큰 특징입니다.

밝은 곳과 어두운 곳의 조도 차이가 큰 부분이 혼재된 상황에서는 노출 시간이 다른 프레임 3장을 합성해 깨끗하고 생생한 영상을 제공하는 ‘스태거드 HDR (Staggered High Dynamic Range)’ 기능도 지원합니다.

또한, ‘HP3’에 탑재된 ‘스마트 ISO 프로’ 기능은 저감도(낮은 ISO) 이미지를 중감도(중간 ISO) 또는 고감도(높은 ISO) 이미지와 합성해 어두운 장면을 보다 세밀하게 표현하도록 지원합니다. 이전까지 저감도와 고감도 이미지를 합성했던 것에 비해 중감도 이미지도 활용할 수 있게 돼 상황에 최적화된 이미지를 제공합니다.

‘HP3’는 14비트(bit) 지원을 통해 이전 제품 대비 색표현력이 64배 좋아져 더욱 생동적이고 현실감 있는 화질 구현이 가능합니다.

조도 조건에 따라 4개 또는 16개의 인접 픽셀을 하나로 묶어 촬영하는 독자기술 ‘테트라 스퀘어드 픽셀 (Tetra²pixel)’도 적용됐습니다. ‘테트라 스퀘어드 픽셀’은 저조도 환경에서 인접한 픽셀을 묶어 수광 면적을 4배, 16배로 확대해 보다 선명한 이미지를 제공합니다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀장 임준서 부사장은 “삼성전자는 2019년 업계 최초로 1억화소 이미지센서 시대를 열었고, 지난해 2억화소 이미지센서도 최초로 출시하는 등 초소형 픽셀 기술력을 통해 시장의 트렌드를 선도하고 있다”며 “이번 업계 최소 픽셀 크기의 ‘HP3’ 신제품을 통해 사용자 경험 혁신을 지속해 나가겠다”고 말했습니다.

삼성전자는 이번 제품을 연내 양산할 예정입니다.

[제품 주요 사양]

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초대형 인쇄 프로젝트를 기획한 삼성전자 DS부문 글로벌마컴팀 김창완 프로는 2억 화소 모바일 이미지센서의 한계가 궁금했습니다. 그는 “2억 화소 이미지센서가 표현할 수 있는 디테일의 한계가 어디일까 상상하던 중 이 아이디어가 떠올랐다”고 말했습니다.

촬영 과정을 진행한 시스템 LSI사업부 센서솔루션팀 개발자들에게도 본 프로젝트는 결코 쉬운 도전이 아니었습니다. 아직 개발 단계인 이미지센서로 촬영을 하는 것이 내부적으로도 쉬운 도전은 아니었는데요. 이민혁 프로는 “2억 화소로 어느 정도 사이즈까지 인쇄할 수 있을지에 대한 궁금증을 갖고 있었다”고 말하면서도 “아직 스마트폰에 탑재되지 않은 이미지센서의 화질을 처음으로 선보이는 것이기 때문에 부담이 컸다”고 덧붙였습니다. 카메라 모듈의 최적화가 완벽하지 않은 상태였지만, 센서솔루션팀이 선택한 것은 쉬운 피사체보다 생동감 넘치는 피사체였습니다. “고양이를 피사체로 하기는 쉽지 않은 결정이었다. 개발단계의 모듈로 움직이는 사물을 촬영하는데 어려움이 예상됐지만, 사용자들이 실제로 많이 찍으면서 섬세한 디테일을 보여줄 수 있는 피사체를 골라야만 했다”라고 설명했습니다.

아무리 완벽하게 준비했다고는 하지만, 촬영에 돌입하면 우리가 전혀 예상하지 못한 변수가 생길 때가 있습니다. 센서솔루션팀 이가을 프로 역시 변수가 많은 촬영 환경에 대비하기 위해 많은 방법을 고민했습니다. DSLR용 렌즈를 개발 보드에 부착하기 위한 특수 어댑터를 제작하고 렌즈도 다양하게 준비했지만, 이가을 프로는 스마트폰 모듈 자체로 촬영을 결정했습니다. “최종적으로는 사용자들이 사용하는 환경 그대로 보여주는 것이 중요하다고 판단해, 스마트폰 모듈 그 자체로 촬영했고, 만족할만한 결과물을 얻었다”고 소감을 전했습니다.

개발 보드 특성상 사진작가가 화면을 보고 구도를 잡으면, 개발자들이 노출과 초점 등을 세팅하고 촬영하는 방식으로 진행됐습니다. 고양이의 자연스러운 움직임을 관찰하며 다양한 시도를 한 끝에 촬영팀은 마침내 결정적인 한 장의 사진을 찍을 수 있었습니다. 사진 촬영을 진행한 김현중 작가는 2억 화소는 DSLR에서도 만나보기 어려운 화소였기에 결과물이 궁금했다며 “촬영된 결과물의 원본을 100%로 확대해 봤을 때, 눈을 의심할 정도로 뛰어난 디테일 덕에 내가 가진 스마트폰 카메라에 대한 선입견을 완전히 바꿀 수 있었다”고 밝혔습니다.

촬영은 물론, 인쇄하는 과정도 쉽지 않았습니다. 총 616m2에 달하는 사이즈를 한 번에 출력할 수 없었던 것인데요. 제작진은 출력물을 특수 제작하기로 결심, 가로 폭 약 2.3m 길이의 기다란 천에 분할 인쇄하고 총 12개의 조각을 재봉하는 방식을 택했습니다. 트럭에 실려 설치 현장으로 옮겨진 출력물은 대형 크레인을 이용해 설치됐고, 마침내 그 엄청난 크기를 드러냈습니다. 현장에서 이를 본 김창완 프로는 “출력물의 크기가 숫자 그 이상으로 크게 다가와 정말 놀랐다. 고양이의 눈과 털에서 2억 화소의 경이로운 디테일을 본 순간, 이 제품 개발을 위해 땀을 흘린 임직원들의 노력이 느껴지는 듯했다”고 말했습니다.

이번 프로젝트는 2억 화소 이미지센서의 한계를 테스트하는 작은 실험에 불과했지만, 삼성전자는 앞으로도 초고화소 분야의 리더십 확대를 위해 노력해 나갈 계획입니다. “사용자들이 촬영된 사진을 보고 마음껏 줌인하고 잘라내도 화질 손상이 적은 결과물을 얻을 수 있는 것. 그것이 2억 화소 이미지센서가 주는 큰 이점이다”고 말한 이가을 프로는 “앞으로 2억 화소 이미지센서가 8K 비디오 촬영을 위한 최적의 솔루션으로 자리매김할 것”이라고 덧붙였습니다. 크기는 손톱만큼 작지만, 압도적인 경험을 선사하는 아이소셀 이미지센서. 앞으로의 앞날을 기대해주세요.

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• 삼성전자, 1억 8백만화소 프리미엄 이미지센서 ‘아이소셀 HM3’ 출시
• 삼성전자, 사람 눈과 더욱 가까워진 이미지센서 ‘아이소셀 GN2’ 출시

그런데, 이미지센서 신기술 발표 기사에 눈에 띄는 숫자들이 있습니다. 각 숫자들은 무엇을 뜻하는 걸까요? 쉽게 알아보는 반도체 모임, #반모에서 숫자들의 의미에 대해 함께 알아보겠습니다.

해상도를 나타내는 숫자, 메가픽셀(Mp)

먼저, 메가픽셀(Megapixel, Mp)은 100만(10의 6제곱)에 해당하는 ‘메가(Mega)’와 화소를 의미하는 ‘픽셀(pixel)’이 합쳐진 것으로, ‘100만 화소’를 의미합니다. 108Mp는 1억 8백만 화소, 50Mp는 5천만 화소를 뜻하는 셈이죠. 여기서 픽셀(화소)은 이미지를 구성하는 최소 단위로, 화소 수가 많으면 많을수록 정밀하고 상세한 이미지를 얻을 수 있습니다. ‘해상도가 높다’고 표현하는 것은 여기에서 나온 것으로, 고화소일수록 고해상도의 이미지 촬영이 가능합니다.

미세한 픽셀의 크기를 나타낸다? 마이크로미터(µm)

마이크로는 10의 6제곱 분의 1, 즉 100만 분의 1 = 0.000001에 해당하는 수치입니다. 이러한 마이크로 단위는 픽셀의 크기를 표현할 때 주로 사용되는데요. 일례로 삼성전자가 지난 1월 발표한 ‘아이소셀 HM3’ 제품의 픽셀 크기는 0.8 마이크로미터입니다. 0.8마이크로미터는 10만 분의 8 센티미터 또는 1000만 분의 8미터에 해당하며, 눈에 보이지도 않는 엄청나게 작은 크기임을 알 수 있죠. 사람의 머리카락 굵기가 보통 40~70 마이크로미터 정도 된다고 하니, 0.8 마이크로미터 픽셀이 얼마나 작은 지 느껴지시나요?

해상도와 수광면적을 결정 짓는 픽셀의 크기

그럼 이제, 픽셀 크기와 관련된 개념을 이미지센서에 적용해보겠습니다. 같은 크기의 이미지센서라면 픽셀 크기가 작을수록 더 많은 픽셀을 담을 수 있고, 같은 크기의 이미지센서라면 픽셀이 작을수록 더 높은 해상도를 구현할 수 있게 되는데요.

같은 픽셀 숫자를 가진 이미지센서의 경우, 픽셀 크기에 따라 센서 크기가 다양해지는데, 여기서 픽셀이 크다는 것은 빛을 받아들이는 면적(수광 면적)이 넓어짐을 의미합니다. 또한 수광 면적이 커지면 노이즈가 적은 고화질 이미지를 촬영할 수 있죠. 이 때문에, 해상도와 수광 면적을 모두 최적화할 수 있는 픽셀 크기의 결정이 중요합니다.

이미지센서 크기를 가늠할 수 있는 길이, 1/1.XX인치

이미지센서 크기를 언급할 때 보통 1/1.XX와 같이 분수로 표현된 수치를 볼 수 있습니다. 이는 이미지센서의 실제 대각선 길이가 아닌 Optical format이라는 개념에 해당하는데요. 렌즈나 이미지센서의 규격을 언급할 때 자주 등장하는 Optical format를 설명하기 위해서는 카메라 제조 방식에 대한 이해가 필요합니다. 카메라를 만들 때, 이미지센서를 이용해 카메라 모듈을 만들고 거기에 렌즈를 연결하는데, 카메라 외부에 있는 렌즈가 상을 맺히도록 하는 영역의 지름을 Optical format이라고 부르기 때문이죠.

Optical Format이 이미지센서 대각선보다 길어야 하는 이유

왼쪽에서 세 번째에 있는 6.4mmx4.8mm 이미지센서는 대각선 길이가 8mm에 해당함에도, 1/2인치 센서로 불립니다. 실제로 1/2인치는 12.7mm(25.4mm/2)로, 8mm보다 더 큰 숫자인데요. 왜 Optical format은 이미지센서 대각선 길이보다 긴 것일까요?

그 이유는 바로 Vignetting(비네팅) 현상 방지에 있습니다. 렌즈가 이미지센서를 완전히 덮지 않으면, 촬영한 이미지 상에 어두운 모서리가 생기고 주변부가 감광되는 현상이 발생하는 것이죠. 이 현상을 영어로 Vignetting(비네팅)이라고 말합니다. Optical format의 최소 길이를 도출하기 위해서 쓰이는 수식이 있지만, 이 값은 통상 이미지센서 대각선의 길이의 약 1.5배에 해당합니다.

실제로 앞서 봤던 이미지에서 6.4mmx4.8mm 센서가 1/2인치(12.7mm)라고 불리는데, 이는 해당 센서에 맞는 Optical format의 값이 이미지센서 대각선의 약 1.5배인 12mm와 유사한 수치이기 때문입니다.

지금까지 이미지센서와 관련한 숫자들의 의미를 살펴보았는데요. 해당 숫자들의 내용을 기억하여, 이미지센서 관련 뉴스 내용을 더 깊이 파악할 수 있기를 바랍니다. 앞으로 이미지센서 시장에서 선두를 지킬 삼성전자에 많은 관심과 기대 부탁드립니다.

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나날이 발전하는 스마트폰 카메라 기술로 우리는 일상을 화보처럼 찍을 수 있게 됐습니다. 오늘은 사진 퀄리티를 높이는 기술, ‘아이소셀 2.0(ISOCELL 2.0)’에 대해 알아보려고 하는데요. 이미지센서를 이루는 픽셀들의 성능을 한 단계 업그레이드해, 또 하나의 혁신을 이뤄낸 ‘아이소셀 2.0’에는 어떤 비밀이 숨겨져 있을까요?

픽셀 사이 격벽으로 간섭을 줄인다. ‘아이소셀(ISOCELL)’

‘아이소셀’은 픽셀과 픽셀 사이를 격벽으로 분리해 다른 픽셀로 빛이 새어 나가는 간섭 현상을 줄여주는 기술을 말합니다. 기존 컬러 필터 사이의 격벽은 메탈 재질이었는데요. 메탈 격벽은 빛의 일부를 흡수해 정보를 조금 잃어버린다는 단점이 있었습니다.

새어 나가는 빛 없이 철통보안! ‘아이소셀 2.0(ISOCELL 2.0)’

이를 보완하기 위해 개발된 첫 번째 기술은 ‘아이소셀 플러스’입니다. 컬러 필터 사이 격벽 소재를 메탈에서 반사율이 높은 신소재로 교체해 빛 손실을 줄인 것이죠. 그리고 여기서 한 걸음 더 나아가 컬러 필터 격벽 아래에 남아있던 메탈 소재까지 모두 신소재로 교체한 ‘아이소셀 2.0’이 탄생합니다.

아이소셀 2.0’을 통해 우리는 컬러 필터 부근에서 발생하는 빛 손실을 최소로 줄이고 감도를 높여, 더욱 생생하고 깨끗한 사진을 찍을 수 있게 됐습니다. 즉, 하나의 이미지센서 안에 더 많은 픽셀들을 채워 넣어 초고해상도의 사진을 촬영하고, 생생하고 깨끗한 화질까지 볼 수 있게 된 것이죠.

사진은 빛의 예술이라고 합니다. 빛을 잘 담아 내기 위한 삼성전자 이미지센서의 혁신, ‘아이소셀 2.0’과 함께 빛이 그려내는 모든 아름다움을 사진 속에 담아 보기를 바랍니다.

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업계 최초, 픽셀을 대각선 분할하는 ‘듀얼 픽셀 프로’ 적용

‘아이소셀 GN2’는 업계 최초로 픽셀을 대각선으로 분할하는 ‘듀얼 픽셀 프로’ 기술을 적용했습니다.

기존에는 픽셀을 좌우 양쪽으로 나누어 피사체의 초점을 맞추었는데, ‘아이소셀 GN2’는 한 단계 더 나아가 픽셀 중 일부를 대각선으로 분할해 상/하 위상차 정보까지 활용하는 고난이도 기술을 적용해 가로 무늬가 많은 피사체 또는 배경에도 한층 강화된 자동 초점 기능을 제공합니다.

5천만 화소, 1.4㎛ 픽셀 구조… 보다 밝고 선명한 이미지 촬영

‘아이소셀 GN2’는 1.4㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터)의 픽셀을 5천만개 집적한 ‘1/1.12 인치’ 크기의 모바일향 이미지 센서로, 기존 GN1 대비 픽셀 크기가 0.2㎛ 커짐에 따라 빛을 받아들이는 면적이 약 36% 증가해 더욱 밝고 선명한 이미지를 촬영할 수 있습니다.

또한, ‘아이소셀 GN2’는 사용자 환경에 따라 다양한 화소 모드를 지원합니다.

4개의 픽셀을 하나로 묶는 테트라픽셀 기술을 활용할 경우 저조도 환경에서 1200만 화소의 밝고 선명한 사진 촬영이 가능하며, 컬러 픽셀을 재정렬하는 지능형 리모자이크 알고리즘과 해상도를 향상시키는 업스케일링 기술을 적용하여 최대 1억 화소의 정교하면서도 초고해상도의 이미지를 연출할 수 있습니다.

스태거드 HDR, 기존 제품 대비 동작 전력 약 24% 감소

특히, ‘아이소셀 GN2’는 센서를 통해 받아들인 이미지 정보를 즉각 AP로 전달하여 처리하는 ‘스태거드 HDR’ 기술을 적용했습니다. 이 기술은 센서 자체에서 이미지를 처리하여 AP로 전달하는 기존의 ‘실시간 HDR’ 대비 동작 전력을 약 24% 줄일 수 있어 제품 사용에 필요한 에너지를 최소화 했습니다.

그 밖에도, 고화질의 역동적인 FHD 영상을 초당 480프레임 또는 4K 120프레임으로 담을 수 있는 슈퍼 슬로우 모션 기능과, ‘스마트 ISO 프로’ 등 최신 카메라 기술을 탑재해 언제 어디서나 고품질의 이미지를 촬영할 수 있게 했습니다.

삼성전자 시스템LSI사업부 센서사업팀 장덕현 부사장은 “‘아이소셀 GN2’는 아주 정밀한 사진은 물론, 밝고 선명한 사진을 모두 찍을 수 있고 자동초점 기능까지 강화한 신제품”이라며, “점점 다양해져 가는 모바일 사용자들의 개성있는 요구를 만족시킬 수 있는 혁신적 기술을 모두 담았다”고 말했습니다.

[인포그래픽]

[제품 사양]

[참고]

□ 이미지센서(Image Sensor)

• 카메라 렌즈를 통해 들어온 빛(영상 정보)을 전기적 디지털 신호로 변환하는 역할을 하는 반도체

□ 아이소셀(ISOCELL)

• ‘아이소셀(ISOCELL)’은 픽셀 미세화에 따른 픽셀 간 간섭현상을 최소화하고 빛 손실 최소화해 작은 픽셀로도 고품질의 이미지를 구현할 수 있는 삼성전자만의 독자 기술. 삼성전자의 이미지센서를 대표하는 브랜드 명으로도 사용하고 있음

□ HDR (High Dynamic Range)

• 여러 장의 이미지를 다른 노출로 촬영해 합성하는 기술

□ 스태거드 HDR (Staggered HDR)

• 픽셀의 노출 시간을 시차를 두고 세로줄로 다르게 적용하고, 모바일 프로세서로 이미지 처리를 하여 속도 향상과 함께 고품질의 이미지를 얻을 수 있는 기술

□ 스마트 ISO 프로

• iDCG(intra-scene Dual Conversion Gain)라고도 불림

[삼성전자의 ‘읽어주는 보도자료’]

아이소셀 GN2 읽어주는 보도자료(국문)

아이소셀 GN2 읽어주는 보도자료(영문)

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다양한 빛 환경에서 촬영의 어려움

‘스마트 ISO 프로’를 알아보기에 앞서 먼저 이미지센서에 대해 살펴보겠습니다. 이미지센서는 렌즈로 들어온 아날로그 빛 정보를 받아들여, 특정한 비율인 ‘컨버전 게인(Conversion gain)’ 값에 따라 전기 신호로 바꿔주는데요. 기존의 센서들은 컨버전 게인 값이 하나로 정해져 있어 밝거나 어두운 다양한 환경에서 항상 최적의 사진을 만들어 내기 어려웠습니다.

어두운 환경에서 컨버전 게인 값이 낮다면 작은 빛 정보를 충분한 전압으로 바꿀 수 없어 어두운 부분을 생생하고 깨끗하게 표현하기 어렵고, 밝은 환경에서 컨버전 게인 값이 높으면 넘치는 빛 정보를 모두 받아들일 수 없어 지나치게 밝은 부분을 잘 표현하기 힘들었던 것이죠.

밝거나 어두운 환경에서도 생생한 사진을 촬영하는 ‘스마트 ISO’

이런 문제를 해결하기 위해 삼성전자가 내놓은 것이 바로 ‘스마트 ISO’입니다. ‘스마트 ISO’는 하나의 이미지센서에 두 개의 컨버전 게인을 탑재해, 주변 환경에 따라 High ISO와 Low ISO 모드 중 하나를 선택하는 기술인데요.

예를 들어, 어두운 환경에서는 High ISO 모드를 선택해 컨버전 게인 값을 높이고, 어두운 곳의 작은 빛 정보까지 감지해 충분한 전압으로 변환합니다. 따라서 어두운 환경에서도 밝고 생생하면서 노이즈가 적은 사진을 찍을 수 있죠.

반대로 밝은 환경에서는 Low ISO 모드를 선택해 컨버전 게인 값을 낮추고 픽셀이 담을 수 있는 빛의 양을 늘려 풍부한 빛을 잘 소화할 수 있도록 합니다. 이를 통해 밝은 부분이 하얗게 날아가는 현상을 막고, 색 재현성이 높은 사진을 촬영하는 것이죠.

한 번의 촬영에 두 가지 모드를! ‘스마트 ISO 프로’

그렇다면 두 개의 모드를 한 장의 사진에 모두 사용할 수 있다면 어떨까요? 밝은 부분과 어두운 부분을 모두 잘 표현한 사진을 얻을 수 있지 않을까요? 이 같은 생각이 실현된 기술이 바로 ‘스마트 ISO 프로’입니다.

‘스마트 ISO 프로’는 스마트 ISO의 원리를 활용한 새로운 HDR 기술인데요. 한 번의 촬영에 High ISO 모드와 Low ISO 모드로 각각의 이미지 정보를 만들고 두 정보를 합성해 하나의 HDR 사진을 만듭니다. 이를 통해 밝기 차가 큰 환경에서도 넓은 색상 표현 범위를 가져 어느 곳 하나 부족함 없는 HDR 사진을 찍게 해주죠.

이처럼 ‘스마트 ISO 프로’가 더해진 새로운 아이소셀 HM3 이미지센서로 우리는 언제 어디서나 최적의 사진 촬영을 할 수 있게 됐는데요. 삼성전자의 새로운 이미지센서와 함께 밝은 빛과 어둠에 숨겨진 아름다움까지 기록해보는 것은 어떨까요? 이미지센서 시장에 혁신을 일으킬 ‘스마트 ISO 프로’ 기술의 자세한 내용은 아래 영상을 통해 확인해보세요!

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