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(kāi)始發(fā)布，但對(duì)于許多爆料人士和發(fā)燒友來(lái)說(shuō)，他們顯然已將目光瞄準(zhǔn)了明年的旗艦產(chǎn)品。

比如說(shuō)，就在日前有消息源曝光了據(jù)稱是來(lái)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。

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(shuō)手機(jī)影像技術(shù)。既然如此，今天我們?nèi)咨罹蛠?lái)聊聊，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(shuō)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(wàn)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(wàn)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(shuō)實(shí)際只輸出 1200 萬(wàn)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(shuō) 4800 萬(wàn)像素的機(jī)型日常只能拍 1200 萬(wàn)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(guò) " 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(lái)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(méi)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(wàn)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(lái)到了 1300 萬(wàn)級(jí)別，只有那些入門(mén)級(jí)產(chǎn)品還在使用著 800 萬(wàn)像素的方案。因此 HTC 選擇給旗艦機(jī)配備 400 萬(wàn)像素后攝，理所當(dāng)然地引起了不小的爭(zhēng)議。

但站在如今的角度來(lái)看，初代 "Ultra Pixel" 相機(jī)的理念顯然是極為超前的。因?yàn)樗?CMOS 尺寸實(shí)際上與其他同類機(jī)型的 1300 萬(wàn)像素后攝 CMOS 是一樣大（1/3 英寸），同時(shí)通過(guò)主動(dòng) " 舍棄 " 像素?cái)?shù)量，HTC 換來(lái)了高達(dá) 2μm 的單像素尺寸，從而為這顆 400 萬(wàn)像素的相機(jī)帶來(lái)了超強(qiáng)的感光和夜拍性能。

而從某種程度上來(lái)說(shuō)，HTC 這款 400 萬(wàn)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(wèn)題在于，對(duì)于當(dāng)時(shí)已深陷 " 唯像素論 " 的消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，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?" 友商 " 的失誤，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(méi)有想到的是，這一舉動(dòng)也深遠(yuǎn)地影響到了后來(lái)的整個(gè)手機(jī)行業(yè)。

華碩做了什么呢？簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(wàn)像素相機(jī)拍出來(lái)就是 800 萬(wàn)像素的照片，1300 萬(wàn)像素相機(jī)拍出來(lái)也確實(shí)是 1300 萬(wàn)像素。一旦用戶開(kāi)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(wàn) /300 萬(wàn)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(guò)久遠(yuǎn)，如今我們已無(wú)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(kāi)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(shuō)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(wú)比近似了。但實(shí)際上，當(dāng) 2018 年那些 4800 萬(wàn)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(kāi)啟 "4 像素合 1" 模式，還有一個(gè)說(shuō)不出口的尷尬原因。

很簡(jiǎn)單，因?yàn)楫?dāng)時(shí)的 ISP 算力其實(shí)根本就不足以處理 4800 萬(wàn)像素的照片，或者說(shuō)得更準(zhǔn)確一點(diǎn)，是不足以處理 4800 萬(wàn)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(wàn)像素 " 機(jī)型，反而只有工作在 "1200 萬(wàn)像素 " 模式時(shí)，拍出來(lái)的畫(huà)質(zhì)才會(huì)更好，而一旦開(kāi)啟 " 高像素 " 后就會(huì)退步。

當(dāng)然，這一問(wèn)題在早期的 6400 萬(wàn)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(wú)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(lái)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(huà)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(kāi)始，大底高像素 CMOS 的 " 像素合成 " 功能，也開(kāi)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(lái)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(shuō)，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(huà)質(zhì)與不錯(cuò)的對(duì)焦性能。

最后，我們?cè)賮?lái)聊聊前文中所提及的 "Hexa² 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(lái)看有兩種可能性。一種是 "6 像素合 1"，然后每?jī)蓚€(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?500 多萬(wàn)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(méi)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。

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