超大底照旧高像素？细数手机影像的“品级制度”

手机厂商是从什么时间开始“卷”照相功能的？这个标题的答案，现在大概已经无法精确的考据了。但回溯汗青不难发现，手机上的照相功能在最底子的筹划思绪上，可以说是很明确的履历了几个差别阶段。

好比在最早的时间，各厂商比拼的都是像素数目，从200万像素到320万像素，再到500万、800万、1200万、1300万，1600万，以致厥后的2000万、4000万、4800万和6400万。在差不多长达7、8年的时间里，整个行业以惊人的速率实现了手机影像CMOS的“高像素化”，但也因此吹了不少牛、闹了不少笑话。

紧接着“变焦倍率”开始成为各家的焦点，从30倍到50倍，从60倍到100倍，再到120倍、200倍……乃至其时一些诸如“变焦手机拍摄到xx非法分子”的消息在吸引眼球的同时，也变相帮相干厂商打了广告。然而很快实际掏了钱的斲丧者就发现，手机的极限望远根本没啥实用代价，于是各人也都不再吹这个牛了。

之后“多摄”成为了市场竞争的紧张方向，于是从双摄到三摄、从四摄到五摄，再到双主摄、三主摄。幸亏机身的内部空间就那么大，于是盲目堆摄像头数目的风气很快就刹车了，只留下了斲丧者对于“凑数摄像头”的切齿腐心。

然而正由于有了前面这几个阶段的“铺垫”，导致现在在整个手机行业中，照相筹划的根本思绪也变得非常复杂。很多斲丧者也很难再通过外貌上的参数，去对比和辨认手机的CMOS设置好欠好、技能规格到底有多高。

幸亏，这内里着实也并不是毫无规律可循。在分析了当前市场里的大量产物和已知的技能信息后，我们照旧将手机照相筹划的思绪按照它们的“内部级别”以及在差别档位产物上的分布环境，分出了“三六九等”。

“人上人”的筹划：架构进化胜于齐备

在半导体范畴，架构的进化压倒单纯的“堆料”可以说是一个最根本的知识。它既实用于CPU、显卡，也同样实用于手机里的CMOS影像传感器。

好比一个典范的例子就是三星的HP2，以及厥后继型号HP25X，这两款CMOS在行业首创了“双垂直传输门（D-VTG）”布局。

众所周知，CMOS的根本工作原理是靠光电二极管（PD）将光子转换为电子，然后传输门就负责开释光电二极管里的电子，并将电信号传输给浮动扩散层（FD），而FD里积聚的电子就会被终极辨以为代表像素点图像信息的电势差。

云云一来，当三星将CMOS里每一个像素的传输门从一个增长到两个后，就带来了两重长处。其一，它使得光电二极管“放电”的速率更快、放电更彻底，这就变相增长了每个像素（光电二极管）的电子容量，也就是俗称的满阱容。其次，它还意味着CMOS中每个像素每次感光天生的信号电势差更显着、信噪比更高。

有多高呢？在IEEE的一份论文中体现，当HP2工作在2亿像素模式下的时间，它的单像素满阱容为10000个电子，假如是“四合一”之后的5000万像素模式，满阱容将高达40000个电子。要知道索尼引以为傲的全画幅相机A7R4的CMOS，满阱容也才36000个电子。也就是说在光线富足的条件下，三星这款旗舰级、仅有1/1.3英寸的手机CMOS，乃至用不到“16合1”像素模式，信噪比就已经逾越了全画幅单电，因此对比平常的1英寸CMOS自然也是碾压。

固然，搞架构创新的不但是三星，也有索尼。只不外索尼走了别的一条没那么微观的创新蹊径，也就是所谓的“双层晶体管传感器”IMX888。

那么什么叫做双层晶体管传感器呢？起首，各人还记得前文中在讲到三星CMOS时，提到的传输门（TG）吗。没错，在传统的单层CMOS上，包罗传输门、行选择器、源跟随器等一系列不负责感光的信号传输和处置惩罚元件，与负责感光的光电二极管着实是“平铺”在一起部署的。

很显然，这就造成了这些非感光元器件，实际上会挤占光电二极管真正的有效面积。也就是说在传统CMOS上，所谓的“传感器面积”里着实有一部门是并不感光的，它的真正感光元件尺寸也会比直接盘算出的“像素尺寸”要实际略小一点点。

而索尼的双层晶体管传感器，就是将这些不感光的信号读出元器件用第二块晶圆去制作，然后堆叠在感光元器件的下方。如许一来，真正感光的那一面就可以做到险些“不掺假”的感光面积，二极管的尺寸可以被放大，同时CMOS面积还可以大概不增长（乃至是做得更小）。

根据索尼公布的相干信息体现，在使用双层晶体管布局后，同样是“标称”1微米像素的CMOS，双层晶体管的型号满阱容可达12000个电子，比老式的筹划直接翻倍。固然反过来说也就意味着，在从前的单层晶体管索尼CMOS上，“看似”1微米的像素，实际上大概只有一半的面积是真正用来感光的。

底层筹划不进步？就只能靠堆料了

不知道各人看懂前面这段对于新架构CMOS的先容没？假如没看懂，就么阐明你大概是第二个品级的产物、也就是那些纯靠“堆料”来办理标题的CMOS的埋伏用户。

着实这并不奇怪，由于对于第一等使用架构创新来提升画质的手机CMOS来说，它们的创新发生在单个晶体管层面，这直接导致这些传感器反而不必要做得很大、乃至大概都不必要很高的像素。但如许一来，对于不太懂最“底层”技能的斲丧者来说，这类“人上人”的办理方案反而倒霉于市场宣传。

以是会看到无论三星、照旧索尼，他们现在在高端市场都是“两手预备”。此中架构更创新、但尺寸看起来没那么大的CMOS，会留给本身使用；而架构相对老，但“底”更大、看起来更唬人的CMOS，则作为名义上更高端的型号，对外卖给了第三方厂商。

这里最典范的例子，固然就是现在各种1英寸、1/1.12英寸的超大底方案了。实际上看懂了前面相干分析的朋侪应该明确，这些手机上的“1英寸”由于真实感光元件尺寸、电子传输服从受限，其（电子层面上的）信噪比根本不大概与真正旗舰相机里的CMOS相提并论，间隔真正架构创新的“底好像更小”的CMOS更是差距巨大。

但也不可否认的是，不管1英寸也好、照旧1/1.12英寸也罢，它们的感光本事、画质、宽容度，肯定照旧可以“吊打”那些更主流的1/1.56英寸、1/1.7英寸的中小底CMOS。以是堆料有没有效？固然有，只不外是要看与谁对比罢了。

而且新架构、新技能的CMOS由于尺寸反而更小，以是它们的相机模组外貌每每更“平”、更低调，看起来固然没有使用1英寸CMOS模组那巨大的凸起唬人了。大概这也是“堆料型”超大底CMOS在将来的一段时间里，依然有望恒久在影像旗舰市场盛行的缘故原由。

两三年前的老款旗舰CMOS，现在依然能打

假如说存在底层架构创新的HP25X、IM888，是三星、索尼“留给自家用”、而且大概不会被很多斲丧者明确的“私货”；1英寸左右的GN6、GN2、IMX989是专用于外售，固然重点、厚点，但画质也能到旗舰级的“大众恋人”。那么尺寸落在1/1.56英寸的一大批“5000万像素旗舰级CMOS”，大概就是现在斲丧者见得最多，也最不以为然的谁人产物级别了。

这些1/1.56英寸、5000万的CMOS中，包罗但不限于GN5、IMX890、IMX766，乃至另有着实稍大一点、但每每被裁切使用的IMX800。它们与真正旗舰的上面两个级别传感器方案相比，无论是名义上的尺寸、像素感光本事，照旧微观层面的架构都至少要差一个级别。

而且由于市场竞争因素的影响，这些1/1.56英寸、5000万像素的CMOS比年来出现出快速“下放”的态势。它们从前确实曾经被搭载在一些定位很高的机型上，但现在乃至不少一两千元的产物也都用上了这些CMOS方案，以是更轻易让斲丧者以为是“过气产物”了。

不外这类中等尺寸、5000万像素的手机CMOS传感器，从技能、功能层面上来说，着实没有很多朋侪想象的那么差。它们的单像素尺寸和感光指标固然不敷亮眼，但这些CMOS再怎么差，那也是与2022、2023年最新的新款旗舰CMOS相比才气体现出较大的差距。假如将视线倒退回2020、2021年就会发现，这些“中等尺寸”的5000万像素CMOS，在差不多两三年前照旧只有顶级旗舰机型才用得起的设置。

正因云云，就导致这类CMOS固然在我们的技能榜单上只能排到第三梯队，但它们毕竟广泛拥有全像素对焦筹划、广泛支持堆栈式HDR成像，而且广泛具备高速读出（这意味着很快的连拍速率、有利于多帧合成降噪的效果）筹划。

乃至稍显讽刺的是，由于这类CMOS的尺寸较小、镜头筹划起来比力轻易，以是使得它们在手机上每每反而可以有比1英寸超大底CMOS更好的防抖和微距效果，每每对焦也会更快。因此站在斲丧者的角度来说，这些“前旗舰CMOS”只管现在从技能、设置的角度来说只能排到第三梯队，但应付一样平常的一样寻常照相照旧一点标题也没用的。

小底+超高像素，坑的就是千元机

诚实说，固然我们三易生存是按照客观上的技能优劣来举行排序分类，但直到前面讲过的三个档位的CMOS为止，它们都照旧绝对“堪用”的。乃至假如你不是很专业的用户，大概都未必会感觉出它们之间有什么特殊显着的差别性。

但是接下来要讲到的这第四类产物，就多少有点“坑人”了。而它们就是通常只见于千元机，那些尺寸极其紧凑、像素数目还特殊唬人的“小底高像素”方案。

这些CMOS，就包罗但不限于三星HM2（1.08亿像素、1/1.52英寸）、三星HM6（1.08亿像素、1/1.67英寸）、以及三星HP3（2亿像素、1/1.4英寸）。

与前面讲到的三种CMOS范例相比，这些型号险些可以说是“美满回避”了全部的加分项。它们既没有接纳特殊的底子架构创新（别看HP3的产物名数字更大，但它并不带有HP2里的双传输门黑科技、也不支持双转换增益），本身的面积和单像素尺寸也都很小，而且对焦筹划每每也极为平常。

于是这也就意味着，从“天生”的技能参数上来看，很难指望这类CMOS方案在实际的照相中，能有什么快速、稳固的对焦。它们过小的像素尺寸再加上“平常”的架构筹划，也就意味着糟糕的原生感光本事。

有的朋侪大概会说，这些CMOS毕竟像素高，那么“多合一”之后假如能共同高性能ISP去做合成降噪处置惩罚，末了不也能有理论上不错的画质吗？

诸如HM6如许的“超迷你高像素”筹划，可以说从一开始就有些“不怀盛意”

简直云云。可标题就在于，从这类CMOS的市场定位来看，它们从一开始就从没想过要服务于什么很高端的机型，这些底又小、像素又高、根本架构还不太亮眼的CMOS，注定了就是专门给千元机“增长卖点”用的。那么又怎么大概指望用上了这些CMOS的机型，还会配备什么规格很高、ISP算力很强的移动平台呢？

结语：当技能和市场分道扬镳，很多斲丧者就注定会亏损

请留意，固然我们本日给各人比力具体的先容了四个级别的智能手机CMOS方案，而且按照技能先历水平、实际画质优劣对它们举行了排序。但实际上，我们还远没有触及诸如用JN1做主摄、老旧库存1300万像素传感器再使用这类，现在智能手机影像筹划的“下限”。

而这一方面是由于我们以为，真到了谁人级别的产物所处的细分市场，它们的目的斲丧群体着实也真未必会在乎设置、在乎手机的照相本事了。

另一方面，各人纵观上面列出的四个级别CMOS就会发现，我们之以是要大费周章地对它们举行分析、排序，是由于这些CMOS现在在外貌参数（面积、尺寸、像素巨细、像素数目）上，险些已经找不出什么很明确的规律性。无论是“底大一级压死人”、照旧“像素越高越牛”，这些传统的、大多数斲丧者都能把握的挑选诀窍，实际上都相当于已经失效。

而之以是会发生如许的环境，不得不说确实与已往很多年间，整个手机行业在影像筹划上无序发展、疯狂“创造卖点”的行径有着很大的关系。当终端厂商的宣传已经背离了技能发展蹊径，乃至反过来在肯定水平上“绑架”了上游供应商的技能和产物蹊径时，终极产物规格的杂乱自然也就成为了肯定。

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