每日快讯!从400万到2亿，智能手机的“多像素合一”发展史

虽然最近这段时间，基于骁龙8+、天玑9000+等“半代升级平台”的旗舰机型才刚刚开始发布，但对于许多爆料人士和发烧友来说，他们显然已将目光瞄准了明年的旗舰产品。

比如说，就在日前有消息源曝光了据称是来自三星的一个新商标“Hexa pixel”，并且结合此前的爆料信息声称，其很可能就是为下代旗舰Galaxy S23Ultra准备、高达2亿像素的专属CMOS，所具备的关键技术特性。

可能有的朋友已经猜到，“Hexa pixel”大概率会是一种基于“多像素合一”的CMOS工作模式、或者说手机影像技术。既然如此，今天我们三易生活就来聊聊，关于手机上的“多像素合一”技术那些不太为人所知的早期阶段，以及其背后的技术和商业逻辑。

(资料图)

追求大像素的原初理念，其实很早就已有了

如今说到手机CMOS上的“多像素合一”技术，很多朋友可能首先想到的会是自2018年底出现，以三星GM1与索尼IMX586为代表的早期1/2英寸、4800万像素“普及型大底”CMOS方案。

的确，回顾当时的相关新品发布会不难发现，配备这些4800万像素CMOS的jixing ，它们在绝大多数情况下都会默认以“四像素合一”的方式工作，也就是说实际只输出1200万像素的照片。

正因如此，这些CMOS名义上的“高像素”与实际使用中的“低像素”表现，给用户留下了深刻的印象，从此也令“多像素合一”技术被广为知晓。

当然，并不能说4800万像素的机型日常只能拍1200万像素照片，就是一种“欺诈”。毕竟，一方面这些机型还是会提供独立的“高像素模式”；另一方面，通过“多像素合成”技术也确实有效弥补了CMOS尺寸不够大、像素又太高所带来的单像素尺寸不够、感光性能差的硬件缺憾，从而很大程度上增强了弱光环境成像效果。

顺着这条思路去追溯就会发现，“牺牲传感器像素数量，换取更大单像素面积”的做法，在手机行业其实很早就已出现。没错，至少可以追溯到2013年的HTC One。

2013年2月，HTC方面正式发布了旗舰机型One M7。在这款产品上HTC也首次尝试了一种极为大胆的设计，那就是仅有400万像素的“Ultra Pixel”后置主摄。

要知道即便是在2013年，主流机型的主摄像素也早已来到了1300万级别，只有那些入门级产品还在使用着800万像素的方案。因此HTC选择给旗舰机配备400万像素后摄，理所当然地引起了不小的争议。

但站在如今的角度来看，初代“Ultra Pixel”相机的理念显然是极为超前的。因为它的CMOS尺寸实际上与其他同类机型的1300万像素后摄CMOS是一样大（1/3英寸），同时通过主动“舍弃”像素数量，HTC换来了高达2μm的单像素尺寸，从而为这颗400万像素的相机带来了超强的感光和夜拍性能。

而从某种程度上来说，HTC这款400万像素的“Ultra Pixel”相机，其实也正是如今智能手机行业“以像素换感光”的“多像素合一”技术的鼻祖。

2014年，最初的“多像素合一”技术出现在手机上

很显然HTC的想法虽然很好，但问题在于，对于当时已深陷“唯像素论”的消费者来说，显然不是每个人都能理解这份苦心。因此HTC初代Ultra Pixel技术以及其搭载机型，也就此陷入了口碑相当两极分化、且市场表现并不算惊艳的尴尬境地。

或许正是因为看到了“友商”的失误，2014年当华硕联合Intel推出首款Zenfone系列机型时，选择了“部分借鉴”HTC的产品思路。但他们自己可能都没有想到的是，这一举动也深远地影响到了后来的整个手机行业。

华硕做了什么呢？简单来说，在他们当时的“Pixel Master”相机应用中，手机大多数情况下都会以CMOS的“全像素”进行输出，比如800万像素相机拍出来就是800万像素的照片，1300万像素相机拍出来也确实是1300万像素。一旦用户开启“夜景模式”，那么华硕的“感光组件合并技术”就会将四个像素合并为一个进行感光，从而让手机拍出仅有200万/300万像素，但是亮度却大为提升的“超级夜景”照片。

尽管由于年代太过久远，如今我们已无法考据，华硕这个“感光组件合并技术”到底是CMOS本身就支持“四像素合一”，还是工程师做了一些创新，在软件上实现了这个功能。但能够确定的是，它的确开创了智能手机真正“多像素合一”的用例，实现了名义上的“高像素”和特定场景下“大像素”之间的切换功能。

从4到9、再到16与12，高像素CMOS的进化逻辑

需要说明的是，虽然华硕的“感光组件合并技术”从原理、使用场景上，已经与如今的CMOS“多像素合一”无比近似了。但实际上，当2018年那些4800万像素机型面世时，它们之所以要即使在白天也会默认开启“4像素合1”模式，还有一个说不出口的尴尬原因。

很简单，因为当时的ISP算力其实根本就不足以处理4800万像素的照片，或者说得更准确一点，是不足以处理4800万像素的多帧降噪、AI场景判断等增强算法。因此导致早期的大量“4800万像素”机型，反而只有工作在“1200万像素”模式时，拍出来的画质才会更好，而一旦开启“高像素”后就会退步。

当然，这一问题在早期的6400万像素、乃至1.08亿像素机型也同样存在。所以大家不难发现，无论GW1、GW2，还是HMX，这些高像素大底CMOS实际上都默认工作在“4合1模式”下。特别是到了后来的HM2上，由于其像素很高（1.08亿）、底又不够大（1/1.52英寸），再加上默认面向的是性能不那么强的中端机型，所以更是直接采用了像素“9合1”的设计，从而达到增强拍摄画质、同时降低SoC计算量的目的。

令人欣慰的是，随着时间的推移，SoC的算力提升总算追上了CMOS“像素膨胀”的进度。也就是从这个时候开始，大底高像素CMOS的“像素合成”功能，也开始有了一些更为积极的变化。

比如从2020年到2021年，就接连迎来了包括IMX689、IMX766、S5KGN1、S5KGN2、S5KGN5在内的，一大批专为顶级旗舰产品设计的新款大底高像素CMOS方案。虽然它们在具体的透镜结构、像素分割方式上，相互之间还是有那么一点点区别，但这一批CMOS的共同特征，就是它们都在“4像素合1”的结构基础上大幅增强了对焦与追焦性能。

又比如说，在前段时间三星方面刚刚公布了旗下首款2亿像素CMOS方案HP1。它虽然有着1/1.22的大底，但由于像素数量太高，所以单像素尺寸确实不大（0.64μm）。好在，三星为其设计了新的“16像素合1”结构，可以让CMOS最多将16个像素合并为等效2.56μm的大像素进行感光，此时其感光性能就不输给那些顶级型号了。

与此同时，在“4合1”模式下，这款CMOS还具备“双超级PD”对焦结构，能够以两倍于普通相位对焦的速度检测物体运动，从而兼得高画质与不错的对焦性能。

最后，我们再来聊聊前文中所提及的“Hexa pixel”。其实仅从名称上，这个商标里就有两个值得关注的信息点，其中一是“Hexa”、也就是“6”，另外一个则是平方符号。

这是什么概念呢？其实从表面上来看有两种可能性。一种是“6像素合1”，然后每两个“像素组”之间再进行双核相位对焦；另一种则是“6像素合1”，然后每6个像素组再合1。

然而考虑到目前已经基本确认，三星这款新旗舰CMOS会采用2亿像素的规格，因此“36像素合1”的可能性基本可以被排除（主要是因为合完后只剩下500多万像素，这显然不太现实）。

相比之下，“6像素合1”后再进行全像素组的双核相位对焦设计，似乎可能性就要更高一些。毕竟，此前三星手机用的亿级像素CMOS，还没有一款能够支持双核对焦，如果新机能够在搭载2亿像素CMOS的同时、大幅强化主摄在日常场景下（也就是像素多合一之后）的对焦、追焦性能，确实也够格称得上是极大的体验进步了。