相同像素，“底大一级压死人” 高像素背后的威廉希尔官方网站 、芯片升级

在市场竞争如火如荼同时，智能手机厂商的“像素大战”不断升级。2019年初，华为、小米抢发4800 万像素摄像头手机；年中，vivo、OPPO、三星、红米等争先恐后发布6400 万像素手机；如今，继联想之后，小米在三星的加持下，一亿像素手机也实现了量产上市。

有趣的是，手机摄像头在像素数量上已经赶超中画幅相机，而前两年飞思发布的1亿像素中画幅相机价格近32万，但拥有一亿像素的小米CC9 pro售价仅为2799元。在“像素即正义”的伪概念时代，高像素智能手机不断收割着友商乃至相机行业的市场。

目前，手机厂商正利用AI算法将夜拍、防抖、虚化、变焦等一些在相机上的功能逐一攻克并应用在智能手机上，潜望式、TOF、超广角、长焦镜头也随之在手机上出现。由此，围绕手机和相机拍照孰优孰劣的争逐渐成为焦点。那么，手机拍照真的能取代相机乃至单反吗？

相同像素，“底大一级压死人”

小米在北京发布了1亿像素手机小米CC9 Pro。这款手机的相机是小米手机的巅峰之作，总计1亿像素，拥有10倍混合光学变焦、50倍数码变焦、1200万人像、2000万超广角和1.5CM超微距镜头，最终与华为Mate 30 Pro并驾齐驱，拿下了DxOMark相机排名的第一名。

有趣的是，小米在发布会上以“像素之名”用小米手机和一系列相机做了比较。显然，1亿像素成为小米手机的营销卖点。然而，2019年初，小米手机相机的另一种逻辑似乎更为真实。雷军彼时发微博强调：相机最核心的是感光元器件的面积，俗称“底”，就是分辨度*每个点大小。底大画质就会好。

那么，且来看看到底是“底大一级压死人”还是“高像素即正义”。众所周知，像素数量与最终成像的解析力密切相关，在理想情况下，我们可以认为像素数量越多，照片解析力就会越好。然而，像素越高就一定越好吗？并非如此，因为在相同数量的像素下，它们的像素面积可能不一样。

如果每个像素面积够大，捕捉到的光线足够多，就可以记录下更多的信息，照片的画质也会更好，反之亦然。一个CMOS图像传感器(CIS)上有多少个像素，可以简单理解为将这颗传感器切分成多少份。在同一块传感器上可以分割出6400万个小方块作为感光点，也可以分割出 1亿个小方块作为感光点。

虽然感光点从数量上增多了，对应的像素也从6400万上升到了1亿，但每个像素的感光面积却在变小。雷军说的“底大一级压死人”，就是这个道理：当它们的像素一样，单位像素的感光面积越大，进光量越高，宽容度、暗光等表现会更好。由此，单位像素的感光面积，才是真正决定照片画质的关键。

图源：富士数码官方微博

在同是1亿像素的手机和相机情况下，由于相机的传感器更大，感光元件接收到的光线更多，拍出来的照片细节更多、噪点更少、画质更好。值得一提，小米宣布发布1亿徐像素镜头之后，富士数码的官方微博发了一张图片，把小米CC9 Pro的传感器 P 到了相机上，一时间迎来了不少网友调侃。

不过，将像素做小或者将CMOS图像传感器做大，也是近十多年来的总体威廉希尔官方网站 趋势。研究机构TechInsights统计了近20年手机图像传感器、像素尺寸趋势。很容易发现，像素正变得越来越小。但无论是索尼的4800万像素，还是三星的6400万/1亿像素传感器，其像素尺寸都在0.8μm这个节点上。

可以说，基于0.8μm尺寸的1亿像素CMOS图像传感器，在博取眼球同时，也是对下一代威廉希尔官方网站 的一个扩张。为了容纳这么多的像素，CIS的总尺寸在逐渐变大。索尼IMX586 4800万像素CIS尺寸为1/2英寸，三星GW1 6400万像素CIS尺寸为1/1.72英寸，而三星的1亿像素CIS尺寸是1/1.33英寸。

图/电子工程专辑

由此，小米CC9 Pro的1亿像素意义尽管不小，但它 1/1.33 的大底CMOS才是这款手机比其它手机厉害的地方。1/1.33英寸和单反/微单还存在量级差距，但在手机领域，可以认为几乎是绝无仅有的，而且正靠拢1英寸小DC。当然，将CIS做大也意味着光学结构成本、威廉希尔官方网站 难度大幅增加。

镜头、快门、处理器等硬件天然重要

按照相机成像的逻辑顺序，依次是镜头——测光/快门——传感器——处理器（ISP）——操控。虽然大小悬殊，但无论是单反上的巨型镜头还是手机上的镜头组，其“基本结构”都一样：靠着多片透镜的前后组合，实现对镜头外光线的捕捉，并且经过多次折射，确保其垂直射入到快门/传感器表面。

另一个镜头的重要光学参数就是光圈，也叫做光圈系数。光圈系数= 镜头焦距/光圈孔径。光圈系数越小，进光量就越大，而光圈系数每一级之间，实际的进光量就有一倍的差异。另外，为了保证一张图片曝光完美，光圈越大，快门就可以更快；反之，光圈越小，快门也就越慢，从而保障照片的进光量充足。

可以看出，在摄像中，手机和相机镜头、光圈等方面通常有着几个数量等级的天然硬件构造差距。而且，这些核心器件的差距在空间狭小的手机局限中几乎无法弥补。另外，如果说镜头的光圈、焦距参数不直接影响成像画质。那么，镜头部分的什么因素才会直接影响到画质？这便是镜头的结构（模组），或者说用料。

据了解，几乎所有的高级卡片机，或者单反、微单镜头，都具有复杂的光学结构、超多片的玻璃光学镜片、价格不菲的特殊材质镜片以及成本高昂的镀膜。这些重磅材料的使用，保证了光线在镜头内部反复折射时，最大程度地减小损失。

然而，没有高级镜片材质、没有精密的多片非球面镜片、没有优质的光学镀膜，甚至就连一向被认为“优质优价”的iPhone也可以被曝出镜头外层的蓝宝石玻璃含有杂质而导致强度下降。可以得知，其他厂商也多数在手机镜头不算用心。一款手机的镜头模组成本通常在区区几十元。

不过，手机用户们也不必过分悲观。在如今的智能机阵营中，也有华为和莱卡合作改善手机镜头模组、Moto联合哈苏研发相机模块、华硕直接和华硕与日本著名的镜片品牌---HOYA光学合作等等，他们已将10枚包含非球面、低色散等元件的精密HOYA镜片装备于手机，实现10倍光学变焦和50倍总变焦等。

在单反相机上，当物理快门钮被按下开启时，光线才能从镜头真正射入到感光元件上。而快门关闭感光也就因此终止。但对于整个手机照相组件来说，因为不存在能够遮挡光路的物理快门，拍摄过程传感器其实是一直在工作——把光信号转换成电信号。而电子快门的本质，是传感器的一次“自我截图”，这和物理快门产生的作用也有着差异。

另外，为什么手机ISP（图形信号处理）和相机图像主控的性能上也存在差距？一方面是因为手机主控寸土寸金，ISP在其中只是“相对不太重要”的组件，手机厂商为了功耗和成本因素做出妥协；而相机的主要功用就是拍照，整个主控绝大多数的面积和能耗都可以使用在ISP部分，自然性能更强，更为实际真实。

但手机有一个相对相机很大的优势——制程工艺。主流手机主控的制程目前已经进化到了7nm，已经超越了现有的PC处理器标准。反观相机主控呢？以好几个大牌相机厂都青睐的富士通Milbeaut芯片为例：最新的一代刚刚升级了低电压制程，但仅仅是45nm，差不多就是2010年前后PC处理器的水平。

高像素背后的威廉希尔官方网站 、芯片升级

在CMOS图像传感器上，相机相对手机是“底大一级压死人”，但手机厂商也在不断改善这种状况。据电子工程网的介绍，在拍摄过程中，像素收集光子的过程，类似于在某片空地上放满盆子，下雨时雨点落进盆里。可以将一个像素集满光子的能力定义为“满阱容量”，也就是盆子能盛多少雨水。

图/电子工程专辑，下同

目前，在像素尺寸已经如此小并在进一步趋小的情况下，增加满阱容量的方案就是增加“阱深”。据了解，针对像素阱的设计都是需要厂商花重金去试错，更早1.0μm像素时代的active Si厚度为2.5-2.7μm，现在则加深到了3.9μm。

实际上，即便是一些不喜欢采用高像素摄像头的手机制造商，像素阱加深也是趋势。不过一旦像素阱变深了，那么临近像素之间就更容易产生串扰。目前手机CIS解决串扰问题的威廉希尔官方网站 焦点就在深槽隔离威廉希尔官方网站 （DTI）上，即在每个像素阱之间加入隔断、避免串扰。今年的MWC 2019上海展会上，三星着力展示的就是这种DTI威廉希尔官方网站 ，并市场宣传中称其为ISOCELL。

上图的索尼和三星最新的0.8μm像素，可以看到两者的像素隔断差别还比较大。索尼采用的是B-DTI，三星所用的F-DTI方案要求必须采用VTG，所以其隔断会比较完整。这似乎也是目前三星着力的宣传点。另外，索尼所用的氧化物填充B-DTI隔断为150nm宽度，三星则为110nm。

随着像素变小、active Si厚度变大，DTI结构本身也在持续进化中。DTI以及相应的钝化威廉希尔官方网站 是目前像素越做越小的关键所在。如果说高像素真的只是噱头并且会让画质变差的话，那么三星、索尼、OmniVision这些厂商又为何要非要投入大量成本研发此类威廉希尔官方网站 呢？

除了DTI之外，近1-2年手机CMOS图像传感器领域的另一个热门威廉希尔官方网站 就是芯片堆栈——威廉希尔官方网站 核心是chip-to-chip的互连。这和索尼更早应用了“Stacked”堆栈式威廉希尔官方网站 的Exmor RS图像传感器产品不一样。当年的stacked威廉希尔官方网站 是把像素周围的电路移到下层去，电路不需要占用像素表面的位置，让像素感光开口更大。

现在的芯片堆栈是指将CIS、ISP和DRAM三层堆叠在一起。从结构上说，堆栈式CMOS是背照式CMOS的一个全新升级版本，具有高像素化、高性能化及小型化的特点。无论是背照式CMOS还是堆栈式CMOS都是两层的，在iPhone XS和华为P30 Pro的摄像头中，索尼用的是6.0μm间距的Cu-Cu混合连接，用以替代TSV（硅穿孔）互联方案。

目前，索尼的MotionEye™相机堆叠记忆芯片传感器已采用三层堆叠式，这种传感器的核心威廉希尔官方网站 是在像素层和信号处理电路层之间加入了一层DRAM缓存，形成了三明治结构，是真正的三层互联。不过三星的“三层”堆叠，是把DRAM die以倒装芯片的方式置于ISP与CIS双die堆叠后方，DRAM融合了两层RDL层以及一个高厚径比的TSV贯穿到ISP，实现连接。

在CMOS图像传感器领域，目前索尼和三星堪称双雄。实际三星在今年5月推出4800万像素输出的GM2 CIS，索尼却在更早就IMX586中就实现了支持，在市场上拥有更广泛的地位。这是索尼威廉希尔官方网站 领先的一个例证。但在CIS和像素的细节制造上，三星在某些环节还是掌握了工艺优势。这大概也是它能够抢发6400万像素甚至1亿像素产品的原因所在。

图源：counterpointresearch

手机拍照整体升级，追赶相机

在拥有数百个零件的智能手机内部空间上，可谓“寸土寸金”。这也意味着手机相机镜头的传感器天然受到尺寸限制，无法和相机、单反相比。然而，在激烈的市场竞争下，手机拍照的改善和升级显然比预想中快。

现在很多高像素手机，拍照时传感器支持将四个相邻的像素排列在一起，形成一个大的像素，也就是通常所说的像素四合一威廉希尔官方网站 。在明亮的照明条件下可以拍摄超高像素的照片；在暗光条件下靠增大单个像素的面积来提升画质。“日夜兼顾”，才是能拍 1 亿像素的手机比相机拍摄强的一个地方。

值得注意，像素四合一威廉希尔官方网站 也存在着威廉希尔官方网站 差异，以4800万像素传感器为例，索尼IMX586能够“硬件直出4800万分辨率”，而三星GM1是“AI超清输出4800万分辨率”。为此，三星摄像头曾被质疑为“伪4800万像素”。

其实，如果说手机能够弥补与单反差距的重要阵地就在于算法，毕竟硬件上再怎么升级，由于天然受限，就目前来说还无法和单反相提并论。但为什么现在的智能手机在夜间也能拍出清晰明亮的照片？这靠的就是利用芯片强大的运算能力和 AI 加持后的相机算法，直接处理好和“补足”了照片。不少人发现华为手机的夜拍功能不错，其实也很大程度上是基于麒麟芯片的AI算法功能。

华为消费者业务CEO余承东在发布会上展示P3O Pro拍摄的月亮的照片

最近几年，HDR功能也越来越强大，对于相机锐度、色彩的调校更为精致，甚至有超级夜景这样的“逆天”技能。显然，软件上的可以提升照片后期水平，也可以弥补硬件上的差距，这也让手机拍照能够满足大部分普通用户的优化需要。而至于手机照片优化应用及APP来说，是可以找出一堆了。

另外，相比高像素，多摄带来的体验提升似乎更大。目前主流的三摄组合是一颗高像素摄像头，一颗长焦摄像头以及一颗超广角摄像头（或ToF镜头），这样的组合则是在日常的使用过程中，能够满足拍清晰、拍远处、拍大场景的各种需要。

随着摄像威廉希尔官方网站 的渐渐成熟，专业摄影对手机镜头的要求越来越高，所以产生了潜望式镜头等。“潜望镜式变焦”镜头俗称“内变焦”镜头，由于光学变焦是在机身内部完成，所以可以很容易安装滤镜，无需额外安装镜头筒。但摄像头并非越多越好，只要能充分发挥主要拍摄职能即可。

华为P30 pro镜头组合，方形为潜望式镜头。

光学变焦已成为手机厂商的一大卖点。未来光学变焦倍数或将进一步发展，5x甚至10x的光学变焦将成为主流。潜望式的设计可以很大程度上缩小镜头模组的高度，实现手机轻薄化的趋势，也将引领新一轮摄像头领域的升级。同时进一步弥补了和单反拍摄的硬件差距。

目前，多家手机厂商的智能手机不仅镜头越来越多、算法越来越先进，而且模组越做越大、像素也越来越高等。另外，包括夜景、虚化、防抖、变焦、像素等要素在内构成的手机拍照能力，在手机厂商的激烈竞争打造下，不断拉近与相机、单反拍摄整体差距甚至部分超越，并逐渐有“倒逼”单反、微单创新进化的现象。

结束语

决定拍照表现的因素非常多，镜头传感器、快门、处理器、ISP等等硬件都对成像有着非常大的影响，而AI算法、软件优化的重要作用同样不容忽视。目前，整体而言，相机、单反拍摄在同等或相近条件下在较多方面优于手机，但在软件提升、AI算法、芯片工艺等方面，手机拍照的表现已经领先相机一大截。当然，手机和相机的拍摄差别也可以就具体使用场景和需求而异。

可以说，拍照是一种全面、平衡的综合体验，摄影威廉希尔官方网站 的发展不应仅是像素的线性提升，而是要考虑多方面“协调”问题。比如，最近发布的小米CC9 Pro，就因为处理器的性能比较弱，在一亿像素模式下拍照需要很长的处理时间而影响体验。由此，可以看出，软硬协同的系统性影像威廉希尔官方网站 框架，将是未来影像领域重大的探索发展方向。显然，“不进则退”，相机或单反制造商需要跟上手机厂商的的科技创新步伐。说不定哪天手机拍摄真能取代相机甚至单反呢？

编辑:hfy