手機廠商億級像素之爭

日前，小米在京舉行的未來影像技術(shù)溝通會上，介紹了三星首款6400萬像素傳感器GW1，而這款傳感器將在Redmi手機上首發(fā)搭載（據(jù)稱Realme也將發(fā)布搭載此傳感器的新手機）。此外，小米也將聯(lián)合三星首發(fā)高達(dá)1億像素的超清移動圖像傳感器，屆時它將成為全球最高拍照像素、最高解析力和分辨率的手機相機。對此，有評論分析認(rèn)為，小米將有望借助高像素的賣點挑戰(zhàn)目前智能手機市場拍照第一的華為。

像素基礎(chǔ)之爭 索尼與三星的較量

眾所周知，現(xiàn)在智能手機拍照功能的基礎(chǔ)硬件——CMOS基本被索尼和三星壟斷，其中又以索尼占據(jù)市場中的大部。而所謂的像素數(shù)就是CMOS的一個指標(biāo)，手機廠商們宣傳其拍照中的xxx千萬的前后攝像頭指的就是索尼或者三星COMS的像素數(shù)，這個指標(biāo)基本上與手機廠商無關(guān)，決定權(quán)在索尼和三星身上，即它們在COMS的基本實力才是根本。那么索尼和三星在CMOS領(lǐng)域各自實力如何？

以當(dāng)下最高的4800萬像素為例，去年索尼向市場推出IMX586圖像傳感器（目前為國內(nèi)多數(shù)手機廠商采用），讓手機攝像頭分辨率躍升至4800萬像素，隨后位處市場第二的三星也發(fā)布了標(biāo)稱4800萬像素的GM1圖像傳感器。

同是4800萬像素圖像傳感器，卻在今年年初的國內(nèi)市場引發(fā)了“真假4800萬像素”的討論。起源是索尼IMX586支持輸出4800萬全尺寸照片，而三星GM1（S5KGM1）默認(rèn)輸出1200萬，只能插值計算出4800萬像素的照片，解析力也有差距。實際上，兩者的光電二極管的確都是4800萬，且都采用Quad Bayer陣列像素排列（也就是俗稱的四合一像素技術(shù)）。

二者的區(qū)別在于索尼IMX586在圖像傳感器Stack Sensor部分的圖像處理硬件首先會進(jìn)行Remosaic操作，隨后再將拍攝的RAW格式數(shù)據(jù)傳輸給手機SoC的ISP部分進(jìn)行常規(guī)圖像處理操作。這背后反映出的是三星在ISP處理算法以及高速模擬讀出電路設(shè)計上與索尼是存有差距的。當(dāng)然這只是索尼技術(shù)相較競爭對手領(lǐng)先的一例。

此外，在CMOS的工藝上，三星也與索尼存在差距。索尼采用的是絕緣體上硅工藝，需要將CMOS的硅底襯精密研磨，再在其上進(jìn)行電路機械加工，而三星對于BSI工藝中復(fù)雜度沒有之一的精密研磨工序則是刻意回避，而是直接采用普通硅進(jìn)行封裝。因此，早先其底襯厚度相當(dāng)于索尼的50倍。惟一的好處是成本僅僅相當(dāng)于索尼的25%。但寬容度、靈敏度等都會受到影響。據(jù)業(yè)內(nèi)人士稱，在COMS的工藝上，三星至少要落后索尼二代以上。

另據(jù)TechInsights今年3月公布的數(shù)據(jù)顯示，在圖像傳感器領(lǐng)域，索尼擁有的專利數(shù)量最多，其中在模擬和數(shù)字領(lǐng)域的專利積累尤其豐富，這也從一個側(cè)面證明了索尼在此領(lǐng)域領(lǐng)先三星的優(yōu)勢。

當(dāng)然我們在此并非貶低三星，畢竟三星是目前除了索尼之外，排名第二的圖像傳感器廠商，且大有后來居上的勢頭。最典型的表現(xiàn)就是前述首發(fā)的6400萬像素傳感器GW1和即將到來的1.08億像素數(shù)的圖像傳感器。

對此，索尼作何反應(yīng)不得而知。有業(yè)內(nèi)稱，索尼應(yīng)該也已經(jīng)有6400萬像素級的產(chǎn)品在路上，只是尚未對外發(fā)布。不過按照前述索尼IMX586和三星GM1同等像素下的對比看，即便是像素數(shù)相同，二者依然存有差距。這也很好地解釋了為何索尼IMX586多用在中高端機，而三星GM1多用在中低端機的主要原因。這頗有點類似手機芯片領(lǐng)域中的高通和聯(lián)發(fā)科，在芯片硬指標(biāo)幾乎相同的情況下，在實際的手機應(yīng)用中，聯(lián)發(fā)科往往會低一個檔次，這背后還是有實質(zhì)性的技術(shù)差距。

另外，從DxOMark手機拍照排名靠前的4800萬像素級的旗艦手機看，幾乎清一色地采用了索尼的IMX586（例如目前排名第四的榮耀20 Pro和一加7Pro、排名第9的小米9）。而在前置攝像頭拍照評測中目前排名第二的華碩 ZenFone 6也是得益于索尼的IMX586（注：ZenFone 6采用的是旋轉(zhuǎn)式攝像頭，后攝旋轉(zhuǎn)即是前攝）。

深度定制與優(yōu)化 手機廠商拍照差異化與領(lǐng)先的關(guān)鍵

既然與手機拍照密切相關(guān)的基礎(chǔ)CMOS掌握在索尼和三星上游供應(yīng)鏈的手里（手機廠商必須采用），那么對于手機廠商來說，是否意味著失去了以己之力提升和形成差異化競爭優(yōu)勢的空間呢？

以上述DxOMark的榜單為例，也許人們會納悶為何沒有提及手機拍照最強的華為（例如P30 Pro）和新近進(jìn)入該榜單第一的三星發(fā)布不久的Samsung Galaxy Note 10+ 5G，以及一直享有拍照最好口碑的蘋果？

別急，因為這三家手機廠商在DxOMark排行榜上都不止一次名列第一，且呈現(xiàn)出交錯更迭的競爭態(tài)勢，更重要的是，它們?nèi)抑匀绱?，是因為它們在手機拍照上，或采用深度定制CMOS，或優(yōu)化，或二者并舉，從而成為手機廠商在拍照方面實現(xiàn)差異化競爭優(yōu)勢的代表。

不知業(yè)內(nèi)是否還記得，華為手機在拍照方面名聲鵲起，源于去年年初發(fā)布的P20系列手機，尤其是P20 Pro，一經(jīng)發(fā)布上市便占據(jù)了DxOMark手機拍照榜單的首位，一直到去年年底Mate20系列接棒，再到今年年初P30系列繼位，歷經(jīng)一代半（從P20到Mate20 Pro再到P30 Pro）華為霸榜接近一年的時間。期間，作為主要對手的蘋果和三星雖然也歷經(jīng)了一代手機的發(fā)布，但始終未能撼動華為在拍照方面第一的位置。原因何在？

需要聲明的是，由于影響手機拍照的硬件因素（例如鏡頭模組、材質(zhì)、ISP的處理能力等）很多，但鑒于CMOS傳感器是決定拍照質(zhì)量最基礎(chǔ)和最重要的硬件之一，同時由于COMS本身代際的差異，也最容易體現(xiàn)出手機廠商深度定制和優(yōu)化的能力，所以我們在分析時，主要圍繞CMOS的參數(shù)比較和最終在手機拍照上的表現(xiàn)來看看深度定制和優(yōu)化方面的重要價值。

如圖所示，我們看到目前手機廠商旗艦機采用的主流CMOS，細(xì)心的讀者會發(fā)現(xiàn)，華為采用的索尼IMX600只有華為的手機在使用。原因很簡單，這是華為向索尼定制的一款CMOS。從影響CMOS性能表現(xiàn)的傳感器尺寸（就是所謂底大一級壓死人的那個底）、像素數(shù)、像素大小三個主要指標(biāo)看，除了像素數(shù)略遜于去年發(fā)布，今年國內(nèi)主流旗艦機采用的IMX586外，在其他兩個相較于像素數(shù)更為重要的指標(biāo)上均大幅領(lǐng)先包括當(dāng)時三星和蘋果（三星去年的GalaxyS9和Note9疑似采用的是三星的ISOCEEL S5K2L4，蘋果去年的iPhoneXS Max疑似采用的是索尼的IMX363，二者CMOS的參數(shù)基本相同，其中像素數(shù)均為1200萬）等對手，而這成為搭載此CMOS的華為P20 Pro和Mate20 Pro一直占據(jù)DxOMark手機拍照排名第一的關(guān)鍵所在，同時也印證了獨家定制CMOS硬件本身的重要性。

不過隨著今年索尼IMX586開始進(jìn)入旗艦機市場，華為此前采用IMX600，排名一直領(lǐng)先的華為P20 Pro和Mate20 Pro終于被搭載IMX586的榮耀20 Pro和一加Pro7超越，但因為年初P30系列的發(fā)布，借助P30 Pro在拍照上的出色表現(xiàn)，華為再次在DxOMark手機拍照排名上位列第一，并將這一優(yōu)勢延續(xù)至前不久三星發(fā)布的Samsung Galaxy Note 10+ 5G。

到這里出現(xiàn)一個表面上看比較令人困惑的結(jié)果，就是華為定制的索尼IMX600在主要參數(shù)（例如傳感器尺寸、像素大?。╊I(lǐng)先于IMX586的情況下，為何P20 Pro和Mate20 Pro敗給了搭載IMX586的榮耀20 Pro和一加Pro7，但到了P30 Pro到反超了呢？

其實此處有個小小的誤區(qū)。外界普遍認(rèn)為，華為P30 Pro依然采用的是定制的IMX600，但實際上是IMX650，雖然主要參數(shù)和IMX600相同，比如同樣最高4800萬像素、1/1.73英寸的傳感器和1.0/2.0的像素大小，但卻加入了頗具挑戰(zhàn)性的創(chuàng)新。

最主要的體現(xiàn)就是使用RYYB濾鏡取代了具有40多年傳統(tǒng)的RGGB濾鏡，從而讓進(jìn)光量提升了40%（我們理解就是變相起到了增大傳感器尺寸的作用）、最高感光度更是達(dá)到了ISO409600，在純黑環(huán)境下只要有一絲光亮就能捕捉足夠多的細(xì)節(jié)（注：夜拍是P30 Pro最大的賣點之一）。但隨之而來的問題是，由于采用了RYYB濾鏡，其容易出現(xiàn)偏色（例如偏黃）的負(fù)面效應(yīng)，為此，據(jù)稱華為花費了近3年的時間研究解決此問題的算法，不斷優(yōu)化，最終克服了這一負(fù)面效應(yīng)。

由此看，IMX650更像是IMX600的升級版，而華為在此過程中通過定制、CMOS級別的再創(chuàng)新和算法優(yōu)化大幅提升了IMX650的表現(xiàn)，并借此拉開了與采用開放版的索尼IMX586的距離，重新占據(jù)DxOMark手機拍照排名榜首也自在情理之中，也證明了高效的定制和優(yōu)化實際上具備相當(dāng)?shù)拈T檻。

接下來我們再看下三星和蘋果。與華為等中國主流手機廠商相比，在拍照上，它們是少有在CMOS指標(biāo)上大幅落后的廠商。比如目前蘋果的iPhone XS Max和三星最新的Galaxy Note 10+ 5G依舊采用的是1200萬像素級的CMOS，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于華為目前P30 Pro的4000萬像素級和采用索尼IMX586的4800萬像素級CMOS的國內(nèi)其他手機廠商。不僅是像素數(shù)，在傳感器尺寸、像素大小上，也與華為等中國手機廠商存有較大的差距，也就是說在決定手機拍照的重要硬件CMOS上，三星和蘋果遠(yuǎn)不及華為等國內(nèi)廠商。

那么問題來了，為何在硬件存有如此大的差距，但在最終的成片品質(zhì)上，彼此的差距卻很小，甚至多數(shù)情況下都超越了中國手機廠商呢？

以三星最新發(fā)布和霸榜DxOMark手機拍照排名的Galaxy Note 10+ 5G版為例，其采用的像素數(shù)為1200萬的ISOCEEL S5K2L4還是S7時代的產(chǎn)物，一直沿用至今，甚至借此超越了華為的P30 Pro，其中三星算法優(yōu)化的功力可見一斑。

與三星類似，蘋果的iPhone在1200萬像素數(shù)級別也是堅守多年一直未變，其中疑似采用的索尼IMX383的主要參數(shù)與三星的ISOCEEL S5K2L4幾乎一致，同樣不及華為，但在實際出片的品質(zhì)上卻與華為相差無幾，這同樣得益于蘋果在算法優(yōu)化上的優(yōu)勢。

其實細(xì)心的讀者只要稍加觀察就會發(fā)現(xiàn)，雖然華為定制的IMX600，包括索尼最新的IMX586與蘋果采用的IMX383（包括同級的三星ISOCEEL S5K2L4）相比，在傳感器尺寸、像素數(shù)上占據(jù)了相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，但在像素大小上卻有著兩種不同的表現(xiàn)。

例如IMX600和IMX586原始的像素大小分別為1.0和0.8 μm，經(jīng)過四像素合一技術(shù)后分別為2.0和1.6μm；而IMX383的像素大小只有一個數(shù)值（無需采用四像素合一技術(shù)），即原始像素尺寸為1.55。由此可以看到，僅就原始像素大小而言，IMX363反而大于IMX600和IMX586。

對此，有業(yè)內(nèi)觀點認(rèn)為，所謂四像素合一并非0.8μm的像素突變成1.6μm大像素那么簡單：四個像素的表面積的確比一個像素大，但它還是無法和一個真正的大像素相比，因為像素合成、ADC設(shè)計，以及像素間隔斷犧牲的表面積，對于成片帶來了不少負(fù)面影響，例如還原真實色彩的難度會更大，解析力達(dá)不到實際標(biāo)稱的像素數(shù)水平等。

還有一點不容忽略的是，無論是4000萬像素的IMX600，還是4800萬像素的IMX586，通過四像素合一技術(shù)默認(rèn)的分別是1000萬和1200萬像素的輸出，所以從實際成片的角度看，IMX600、IMX586以及IMX383遠(yuǎn)沒有參數(shù)標(biāo)稱的差距那么大。由此里看，三星和蘋果多年執(zhí)著于1200萬像素級CMOS的不斷優(yōu)化和打磨，有著自身對于拍照技術(shù)和實用性的深刻理解。這點國內(nèi)廠商與之相比仍現(xiàn)存有一定的差距。

另外，據(jù)金融公司Cowen在一份投資者備忘錄中的分析報告顯示，iPhone XS/XS Max的后置攝像頭元件大約34.5美元，而三星Galaxy S10+則達(dá)到了44美元，華為P30 Pro更是高達(dá)56美元（約合376元）。換言之，僅從一套相機模組來看，三星是蘋果的1.3倍，華為更是蘋果接近1.7倍。由此不難看出，華為P30 Pro在拍照上的出色表現(xiàn)，與拍照相關(guān)硬件上的投入確實起到了不小的作用，也從一個側(cè)面折射出與三星和蘋果相比，在優(yōu)化算法上，華為還有提升的空間。

定制、優(yōu)化繼續(xù) 誰能成為新的拍照王者

繼三星Galaxy Note 10+ 5G超越華為P30 Pro成為DxOMark手機拍照排行榜新的冠軍之后，目前在該榜單的前5排名中，華為（包括榮耀）和三星分別占據(jù)兩席，平分秋色。雙方都是歷經(jīng)半年左右的時間，通過自身的定制和優(yōu)化，讓排名交替更迭，競爭激烈，水平相當(dāng)可見一斑。而到今年年底前，三星的旗艦機已經(jīng)發(fā)布完畢，華為重磅旗艦機Mate30系列和蘋果新一代的iPhone11即將登場。

根據(jù)業(yè)內(nèi)各方透露出的消息看，Mate30系列中的Mate30 Pro在拍照上將迎來重大升級，其中最為引人注目的是三個攝像頭中的兩個將是4000萬像素1/1.73英寸和1/1.55英寸像素傳感器。從這個基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)看，其CMOS依然是IMX600打底和在此基礎(chǔ)上的進(jìn)一步升級，尤其是那顆1/1.55英寸的傳感器，讓業(yè)內(nèi)不得不猜測華為是用何種方式再次實現(xiàn)了比IMX600更大的底，抑或是又重新深度定制了CMOS？總之，更大的底將擴大華為手機在夜拍領(lǐng)先的優(yōu)勢。

此外，配有兩顆目前業(yè)內(nèi)最大底的攝像頭，二者的組合會給拍照帶來何種新的功能也令人期待。

至于蘋果新的iPhone11，有一種傳聞稱，其將與三星一樣，繼續(xù)在1200萬像素級打磨優(yōu)化算法，盡可能地榨取這顆攝像頭的潛力和價值。還有一種說法是其將升級到2200萬、2100萬、800萬像素的鏡頭組，如果是這樣，加上蘋果算法優(yōu)化的實力，其拍照的水平勢必會有一個相當(dāng)明顯的提升。

除了上述華為、蘋果和三星在拍照的PK外，近期三星發(fā)布的6400萬像素ISOCELL GW1的手機可能也會加入到PK的陣營，因為小米和Realme都已經(jīng)對外聲稱會發(fā)布搭載GW1的手機。此外，據(jù)韓媒ET News報道，三星A70手機的升級版A70s也將會首先搭載GW1。

不知業(yè)內(nèi)從上述這些零散的信息看到了什么？我們看到的是，這款6400萬像素ISOCELL GW1是一款通用版的CMOS，而非是小米或者Realme的獨家深度定制，至于獨家深度定制和通用版的區(qū)別，我們在上述華為深度定制的IMX600已有分析，此處不再贅述。另外，從三星將其首先應(yīng)用到自家中端手機，而非旗艦機看，這款COMS是否真的成熟？后期相關(guān)廠商優(yōu)化的冗余度究竟有多大都是疑問。

還有重要的一點，就如我們前述，三星和索尼在圖像CMOS上存有不小的技術(shù)差距（例如此前真假4800萬像素之爭），所以僅以像素數(shù)的多少來判定6400萬像素ISOCELL GW1就是當(dāng)下最好的CMOS，就能帶來更好的拍照，肯定有失偏頗。

其實我們從公開的6400萬像素ISOCELL GW1主要CMOS的參數(shù)看，其與IMX600（包括升級后的IMX650）相比也沒有明顯的優(yōu)勢。1/1.7英寸的傳感器與IMX600的1/1.73英寸幾乎相同（這點值得肯定，也很重要）；像素大小GW1為0.8/1.6，不及IMX600的1.0/2.0。只是在像素數(shù)上占據(jù)優(yōu)勢，但從最終經(jīng)過四像素合一技術(shù)最終輸出僅為1600萬像素看，也只是比IMX600的1000萬像素的輸出高出600萬，遠(yuǎn)非標(biāo)稱的6400萬與4000萬間存在著2400萬那么大的差距。

不過就像此前傳聞，如果華為Mate30 Pro真的有一顆1/1.55英寸大底CMOS存在的話，那么GW1剛剛與IMX600的1/1.73英寸大底抹平的態(tài)勢又變成了落后。屆時深度定制優(yōu)化的IMX600或者IMX650依然會領(lǐng)先GW1。再加上華為本身在算法優(yōu)化上的優(yōu)勢，實際拍照表現(xiàn)超越6400萬像素GW1的小米和Realme機型將是大概率事件。

最后我們說下更玄乎的三星與小米合作，未來可能推出的全球首款 1 億像素的傳感器的手機。

這里我們不妨先引用下此前業(yè)內(nèi)對于三星6400萬像素GW1的評論。蔡司公司CEO兼總裁Michael Kaschkel在接受媒體采訪表示，智能手機行業(yè)（高像素發(fā)展）現(xiàn)在已經(jīng)遇到了處理速度、降噪與成本方面的瓶頸，他認(rèn)為憑借現(xiàn)在的智能手機的發(fā)展水平，手機不需要4000萬像素以上的傳感器，目前它們根本沒法充分利用好這些功能。那么這種觀點推演到1億像素上，挑戰(zhàn)將更加嚴(yán)峻。

實際上，從手機拍照三強的華為自去年開始至今一直在最高4000萬像素打磨，以及三星和蘋果圈定在1200萬像素多年的“摩擦”看，在這些大佬眼中，對于過高像素予手機拍照的意義和價值心里都有自己的一桿秤。

綜上所述，從始于去年的4000萬級到今年呼之欲出的6400萬，直至曝光的1億級像素數(shù)的手機拍照大戰(zhàn)看，背后起主要作用的首先是CMOS兩大廠商索尼和三星，而手機廠商在此過程中，PK的還是深度定制和優(yōu)化的實力，也是決定誰能成為手機拍照新的王者的關(guān)鍵。