是怎樣的改變, 讓手機高畫素從“雞肋”變“真香”?

2019年，當4000萬及4800萬的高畫素手機拍照方案剛剛登場時，我們三易生活可能是當時最“不合群”的科技媒體之一。因為那時候我們曾經多次批評過這類看似強大的影像設計思路，實際上無論在技術上還是使用感受上都表現得相當糟糕。

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比如說我們曾指出，當時絕大多數手機主控整合的ISP，根本不能應對數千萬畫素級別的影像處理，甚至導致很多高畫素機型日常實際上只能以“四畫素合一”（1000萬、1200萬）的模式執行。並且一旦開啟全部畫素就會使得AI最佳化與HDR多幀合成等處理演算法失效，最終清晰度可能還不如不使用高畫素模式。

比如我們還曾經指出，對於一整套影像系統來說，“解析度”不僅僅取決於CMOS上的感光元件數量，實際上也會受到鏡頭透光率和反射率等方面的影響。在單反相機上，太入門的鏡頭尚且會不適合高畫素旗艦機使用，更何況手機鏡頭又小成本又低，光學素質的低下對整個系統所帶來的拖累也會更加明顯。

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像這樣的微距，在2020年初的機型裡僅此一份，但它其實在1200萬畫素時代並不少見

在實際使用的體驗方面，我們更是曾經批評許多4000萬、4800萬、6400萬，甚至1。08億畫素的機型對焦效能又慢又挫，嚴重背離了智慧手機隨時拍、隨手拍的設計初衷。更不要說在微距效能上，以往那些高素質1200萬畫素CMOS瞬間就能在葉片、昆蟲等細小物體上合焦，而“更先進”的4800萬畫素、6400萬畫素機型的主攝，卻幾乎根本無法在這種距離上對焦，所以才不得不配備了獨立的“微距副攝”。但由於“副攝”感測器規格往往很差，所以實際上高畫素機型的微距成像能力相比過去普遍反而是倒退了的。

不知道是因為聽到了我們批評的聲音，還是整個行業已經意識到早期高畫素CMOS實在是不太堪用。自2020年開始，高畫素機型CMOS以及配套的各種方案逐漸迎來了幾次換代，而最初的那些問題也確實得到了有效的解決。

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論ISP效能，如今高通驍龍888和

三星

Exynos 2100都已經為最高2億畫素的CMOS進行了專門最佳化。以驍龍888為例，其ISP處理能力實際上已經高達27億畫素/秒。這意味著對於這些最新的旗艦SoC來說，即便搭配1億畫素的CMOS，也一樣可以實現多幀合成、AI最佳化、夜景模式等實時處理效果，大幅改善了“高畫素全開”時的畫質表現。

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論鏡頭素質，2019年底小米CC9 Pro在首發1。08億畫素的時候，其實就已經意識到了高畫素CMOS必須搭配更高品質的鏡頭，所以他們當時為CC9 Pro還專門推出了一款適配新設計8P鏡頭的“尊享版”。而當時間來到現在，我們不難發現各家在“手機光學鏡頭”這個課題上都有明顯的發力，例如華為與OPPO都研發出了自由曲面鏡片，vivo和

索尼

都用上了蔡司天塞鏡頭與T*鍍膜，一加與哈蘇合作的新旗艦即將釋出，而小米也在前不久曬出了全新的自研伸縮鏡頭設計，據稱能有效提高CMOS進光量，並進一步改善大底高畫素機型的畫質表現。

當然更為重要的是，如今的大底高畫素CMOS也已經和過去完全不同了。

2020年初，三星S5KHM1與索尼IMX689幾乎同時登場。前者作為初代1。08億畫素CMOS HMX的後繼型號，捨棄了傳統的“四合一”畫素架構，憑藉新的“九合一”畫素設計，既降低了ISP的處理壓力，又大幅提升了暗光環境下的感光能力。而後者則是在近似1億畫素感測器的面積裡“只”放進了4800萬畫素，從而實現了更大的原生像素面積，並首次將全畫素全向對焦技術在大底高畫素手機CMOS上進行搭載，一舉解決了“高畫素手機對焦不良”的體驗難題。

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差不多半年後，我們又迎來了三星S5KGN1和索尼的IMX766。5000萬畫素、1/1。3吋的前者，可以看作是“三星版IMX689”，只不過底更大，感光效能更強；而後者則是在IMX689的基礎上強化了影片HDR能力，使其變得更加全能。

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而到了2021年，三星又有了新的想法。首先是搭載在Galaxy S21 Ultra上的S5KHM3，與HM1相比，它一方面改善了對焦演算法，成功解決了此前HM1和HMX上不太好的對焦體驗；另一方面，HM3更實現了手機行業首個12bit、686億色捕捉能力。很顯然，這是一款以超強色彩表現為主打方向的旗艦CMOS。

其次，三星還發布了他們迄今為止最大底的手機CMOS S5KGN2。其基本延續了之前GN1“大底、雙核對焦”的設計思路，所不同的僅僅是將感測器尺寸增大到了驚人的1/1。12英寸，而憑藉著接近1英寸的大底，GN2的單個像素面積就已經高達1。4μm。這使得它儘管沒有HM3上的“九合一畫素”設計，也可以僅憑“四合一”畫素做到高達2。8μm（HM3九合一之後是2。4μm）的史上最大等效像素面積。換而言之，雖然GN2的色彩捕捉能力遜於HM3，但它卻可能是當今感光和對焦最強的超大底高畫素方案，甚至沒有之一。

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然而事情還沒有結束，因為就在最近幾天，三星又開始預熱他們的“ISOCELL 2。0”新架構了。事實上，ISOCELL是三星最早提出的CMOS結構設計，其與索尼最早提出的“背照式”最大的不同點，就在於ISOCELL感測器上每一個感光單元之間都使用鏡面的半導體材料相互隔離，這樣就可以大幅降低畫素點之間的干擾，並提升每一個畫素點的工作效率。

而在ISOCELL 2。0的設計中，三星用新的非金屬材料取代了早期ISOCELL裡會造成部分光訊號丟失的金屬格柵，進一步“隔離”每一個畫素。這樣一來，即便使用更小的單像素面積設計，每一個畫素在單位時間裡接收到的有效光照也能增加，從而使得更高總畫素的CMOS設計成為可能。

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比如說，目前ISOCELL 2。0設計已經可以在畫質不降低的前提下，將單像素面積從傳統的0。8μm縮小到0。7μm。而如果將這一設計套用到現在單畫素高達1。4μm，總畫素數量5000萬的GN2上，就能輕鬆製造出CMOS大小不變（1/1。12吋），但總畫素卻能高達2億畫素的全新CMOS。

當然，我們可以說，無論是在ISP側不斷強化的多幀合成也好，還是在CMOS上持續最佳化結構，強化“多畫素合一”和“全畫素對焦”也罷，這些本質上都是大底高畫素手機拍照方案，為了規避自身不足而不得不進行的“查漏補缺”。但問題在於，當高畫素機型的成像不再遲緩、鏡頭不再拉胯、CMOS對焦變得迅速，夜景感光和色彩捕捉能力也早已反超以往的小底低畫素方案時，我們似乎也的確已經沒有理由再去指責它“缺乏實用性、體感不好”。

也正是在這種不斷以新技術“查漏補缺”的過程中，大底高畫素機型已經逐漸扭轉了包括我們三易生活在內的眾多媒體與使用者的印象，成為了當前以及未來可能是最為主流的智慧手機影像設計方向。

【本文圖片來自網路】