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世界視訊!從400萬到2億,智能手機(jī)的“多像素合一”發(fā)展史 2022-07-25 19:29:47  來源:36氪

雖然最近這段時(shí)間,基于驍龍8+、天璣9000+等“半代升級(jí)平臺(tái)”的旗艦機(jī)型才剛剛開始發(fā)布,但對(duì)于許多爆料人士和發(fā)燒友來說,他們顯然已將目光瞄準(zhǔn)了明年的旗艦產(chǎn)品。

比如說,就在日前有消息源曝光了據(jù)稱是來自三星的一個(gè)新商標(biāo)“Hexa2 pixel”,并且結(jié)合此前的爆料信息聲稱,其很可能就是為下代旗艦Galaxy S23Ultra準(zhǔn)備、高達(dá)2億像素的專屬CMOS,所具備的關(guān)鍵技術(shù)特性。


(資料圖片)

可能有的朋友已經(jīng)猜到,“Hexa2 pixel”大概率會(huì)是一種基于“多像素合一”的CMOS工作模式、或者說手機(jī)影像技術(shù)。既然如此,今天我們?nèi)咨罹蛠砹牧?,關(guān)于手機(jī)上的“多像素合一”技術(shù)那些不太為人所知的早期階段,以及其背后的技術(shù)和商業(yè)邏輯。

追求大像素的原初理念,其實(shí)很早就已有了

如今說到手機(jī)CMOS上的“多像素合一”技術(shù),很多朋友可能首先想到的會(huì)是自2018年底出現(xiàn),以三星GM1與索尼IMX586為代表的早期1/2英寸、4800萬像素“普及型大底”CMOS方案。

的確,回顧當(dāng)時(shí)的相關(guān)新品發(fā)布會(huì)不難發(fā)現(xiàn),配備這些4800萬像素CMOS的jixing ,它們?cè)诮^大多數(shù)情況下都會(huì)默認(rèn)以“四像素合一”的方式工作,也就是說實(shí)際只輸出1200萬像素的照片。

正因如此,這些CMOS名義上的“高像素”與實(shí)際使用中的“低像素”表現(xiàn),給用戶留下了深刻的印象,從此也令“多像素合一”技術(shù)被廣為知曉。

當(dāng)然,并不能說4800萬像素的機(jī)型日常只能拍1200萬像素照片,就是一種“欺詐”。畢竟,一方面這些機(jī)型還是會(huì)提供獨(dú)立的“高像素模式”;另一方面,通過“多像素合成”技術(shù)也確實(shí)有效彌補(bǔ)了CMOS尺寸不夠大、像素又太高所帶來的單像素尺寸不夠、感光性能差的硬件缺憾,從而很大程度上增強(qiáng)了弱光環(huán)境成像效果。

順著這條思路去追溯就會(huì)發(fā)現(xiàn),“犧牲傳感器像素?cái)?shù)量,換取更大單像素面積”的做法,在手機(jī)行業(yè)其實(shí)很早就已出現(xiàn)。沒錯(cuò),至少可以追溯到2013年的HTC One。

2013年2月,HTC方面正式發(fā)布了旗艦機(jī)型One M7。在這款產(chǎn)品上HTC也首次嘗試了一種極為大膽的設(shè)計(jì),那就是僅有400萬像素的“Ultra Pixel”后置主攝。

要知道即便是在2013年,主流機(jī)型的主攝像素也早已來到了1300萬級(jí)別,只有那些入門級(jí)產(chǎn)品還在使用著800萬像素的方案。因此HTC選擇給旗艦機(jī)配備400萬像素后攝,理所當(dāng)然地引起了不小的爭議。

但站在如今的角度來看,初代“Ultra Pixel”相機(jī)的理念顯然是極為超前的。因?yàn)樗腃MOS尺寸實(shí)際上與其他同類機(jī)型的1300萬像素后攝CMOS是一樣大(1/3英寸),同時(shí)通過主動(dòng)“舍棄”像素?cái)?shù)量,HTC換來了高達(dá)2μm的單像素尺寸,從而為這顆400萬像素的相機(jī)帶來了超強(qiáng)的感光和夜拍性能。

而從某種程度上來說,HTC這款400萬像素的“Ultra Pixel”相機(jī),其實(shí)也正是如今智能手機(jī)行業(yè)“以像素?fù)Q感光”的“多像素合一”技術(shù)的鼻祖。

2014年,最初的“多像素合一”技術(shù)出現(xiàn)在手機(jī)上

很顯然HTC的想法雖然很好,但問題在于,對(duì)于當(dāng)時(shí)已深陷“唯像素論”的消費(fèi)者來說,顯然不是每個(gè)人都能理解這份苦心。因此HTC初代Ultra Pixel技術(shù)以及其搭載機(jī)型,也就此陷入了口碑相當(dāng)兩極分化、且市場(chǎng)表現(xiàn)并不算驚艷的尷尬境地。

或許正是因?yàn)榭吹搅恕坝焉獭钡氖д`,2014年當(dāng)華碩聯(lián)合Intel推出首款Zenfone系列機(jī)型時(shí),選擇了“部分借鑒”HTC的產(chǎn)品思路。但他們自己可能都沒有想到的是,這一舉動(dòng)也深遠(yuǎn)地影響到了后來的整個(gè)手機(jī)行業(yè)。

華碩做了什么呢?簡單來說,在他們當(dāng)時(shí)的“Pixel Master”相機(jī)應(yīng)用中,手機(jī)大多數(shù)情況下都會(huì)以CMOS的“全像素”進(jìn)行輸出,比如800萬像素相機(jī)拍出來就是800萬像素的照片,1300萬像素相機(jī)拍出來也確實(shí)是1300萬像素。一旦用戶開啟“夜景模式”,那么華碩的“感光組件合并技術(shù)”就會(huì)將四個(gè)像素合并為一個(gè)進(jìn)行感光,從而讓手機(jī)拍出僅有200萬/300萬像素,但是亮度卻大為提升的“超級(jí)夜景”照片。

盡管由于年代太過久遠(yuǎn),如今我們已無法考據(jù),華碩這個(gè)“感光組件合并技術(shù)”到底是CMOS本身就支持“四像素合一”,還是工程師做了一些創(chuàng)新,在軟件上實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能。但能夠確定的是,它的確開創(chuàng)了智能手機(jī)真正“多像素合一”的用例,實(shí)現(xiàn)了名義上的“高像素”和特定場(chǎng)景下“大像素”之間的切換功能。

從4到9、再到16與12,高像素CMOS的進(jìn)化邏輯

需要說明的是,雖然華碩的“感光組件合并技術(shù)”從原理、使用場(chǎng)景上,已經(jīng)與如今的CMOS“多像素合一”無比近似了。但實(shí)際上,當(dāng)2018年那些4800萬像素機(jī)型面世時(shí),它們之所以要即使在白天也會(huì)默認(rèn)開啟“4像素合1”模式,還有一個(gè)說不出口的尷尬原因。

很簡單,因?yàn)楫?dāng)時(shí)的ISP算力其實(shí)根本就不足以處理4800萬像素的照片,或者說得更準(zhǔn)確一點(diǎn),是不足以處理4800萬像素的多幀降噪、AI場(chǎng)景判斷等增強(qiáng)算法。因此導(dǎo)致早期的大量“4800萬像素”機(jī)型,反而只有工作在“1200萬像素”模式時(shí),拍出來的畫質(zhì)才會(huì)更好,而一旦開啟“高像素”后就會(huì)退步。

當(dāng)然,這一問題在早期的6400萬像素、乃至1.08億像素機(jī)型也同樣存在。所以大家不難發(fā)現(xiàn),無論GW1、GW2,還是HMX,這些高像素大底CMOS實(shí)際上都默認(rèn)工作在“4合1模式”下。特別是到了后來的HM2上,由于其像素很高(1.08億)、底又不夠大(1/1.52英寸),再加上默認(rèn)面向的是性能不那么強(qiáng)的中端機(jī)型,所以更是直接采用了像素“9合1”的設(shè)計(jì),從而達(dá)到增強(qiáng)拍攝畫質(zhì)、同時(shí)降低SoC計(jì)算量的目的。

令人欣慰的是,隨著時(shí)間的推移,SoC的算力提升總算追上了CMOS“像素膨脹”的進(jìn)度。也就是從這個(gè)時(shí)候開始,大底高像素CMOS的“像素合成”功能,也開始有了一些更為積極的變化。

比如從2020年到2021年,就接連迎來了包括IMX689、IMX766、S5KGN1、S5KGN2、S5KGN5在內(nèi)的,一大批專為頂級(jí)旗艦產(chǎn)品設(shè)計(jì)的新款大底高像素CMOS方案。雖然它們?cè)诰唧w的透鏡結(jié)構(gòu)、像素分割方式上,相互之間還是有那么一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別,但這一批CMOS的共同特征,就是它們都在“4像素合1”的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上大幅增強(qiáng)了對(duì)焦與追焦性能。

又比如說,在前段時(shí)間三星方面剛剛公布了旗下首款2億像素CMOS方案HP1。它雖然有著1/1.22的大底,但由于像素?cái)?shù)量太高,所以單像素尺寸確實(shí)不大(0.64μm)。好在,三星為其設(shè)計(jì)了新的“16像素合1”結(jié)構(gòu),可以讓CMOS最多將16個(gè)像素合并為等效2.56μm的大像素進(jìn)行感光,此時(shí)其感光性能就不輸給那些頂級(jí)型號(hào)了。

與此同時(shí),在“4合1”模式下,這款CMOS還具備“雙超級(jí)PD”對(duì)焦結(jié)構(gòu),能夠以兩倍于普通相位對(duì)焦的速度檢測(cè)物體運(yùn)動(dòng),從而兼得高畫質(zhì)與不錯(cuò)的對(duì)焦性能。

最后,我們?cè)賮砹牧那拔闹兴峒暗摹癏exa2 pixel”。其實(shí)僅從名稱上,這個(gè)商標(biāo)里就有兩個(gè)值得關(guān)注的信息點(diǎn),其中一是“Hexa”、也就是“6”,另外一個(gè)則是平方符號(hào)。

這是什么概念呢?其實(shí)從表面上來看有兩種可能性。一種是“6像素合1”,然后每兩個(gè)“像素組”之間再進(jìn)行雙核相位對(duì)焦;另一種則是“6像素合1”,然后每6個(gè)像素組再合1。

然而考慮到目前已經(jīng)基本確認(rèn),三星這款新旗艦CMOS會(huì)采用2億像素的規(guī)格,因此“36像素合1”的可能性基本可以被排除(主要是因?yàn)楹贤旰笾皇O?00多萬像素,這顯然不太現(xiàn)實(shí))。

相比之下,“6像素合1”后再進(jìn)行全像素組的雙核相位對(duì)焦設(shè)計(jì),似乎可能性就要更高一些。畢竟,此前三星手機(jī)用的億級(jí)像素CMOS,還沒有一款能夠支持雙核對(duì)焦,如果新機(jī)能夠在搭載2億像素CMOS的同時(shí)、大幅強(qiáng)化主攝在日常場(chǎng)景下(也就是像素多合一之后)的對(duì)焦、追焦性能,確實(shí)也夠格稱得上是極大的體驗(yàn)進(jìn)步了。

關(guān)鍵詞: 智能手機(jī) 不難發(fā)現(xiàn)

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