21年之后，手机CMOS终于迎来了“终极答案”

• 前言：拍照手机诞生已经21年，但火起来却并不久

2000年，一款名为J-SH04的夏普手机在日本上市。即便以当时的眼光来看，这款机型的工业设计水平也相当一般，既没有流行的折叠机身，屏幕也着实算不上大，产品本身定位也不属于当时的顶级商务触屏“PDA（个人数字助理）”。

但就是这样一部其貌不扬的手机，却创造了一个意义非凡的历史。因为它是业界第一台搭载了摄像头的手机，也从此使得“拍照”成为手机彩屏多媒体时代的一个重要标志。

当然，早期手机上的相机无论是从硬件规格、还是实际效果上，都没有比玩具强多少。再加上当时的移动网络并不发达，即便是少数“键盘机”时代的顶级拍照手机用户，也不会有现在这种“随手拍”与“影像社交”的习惯。

最早的拍照手机的屏摄和样张

追溯历史不难发现，虽然“带摄像头的手机”诞生已有21年之久，但消费者开始将手机作为主流影像记录设备，真正普遍重视起手机的影像表现，却是在最近这几年才发生的事情。

• 从像素大战到对焦革命，早期手机CMOS没少走弯路

2010年伴随着3G网络的铺开，一批早期安卓系统的智能手机开始进入消费者的视野。在它们当中，有一款机型的“画风”格外特别，这就是摩托罗拉的XT720。

与当时热销的旗舰型号“里程碑（XT702）”相比，摩托罗拉XT720取消了家族式的侧滑盖键盘，同时将XT702上的500万像素摄像头升级到了800万像素，同时更用上了高能耗的氙气补光灯。很显然，这是一款“为拍照而特化”的机型，而这个思路则反映了当时消费者对于“更高像素”的追求。

索尼自家的Xperia系列，没少被它独占的高像素CMOS坑

与“核心数越多越好”类似，“像素越高一定越好”也是当时消费者对于配置的一个常见误区。受此影响，手机厂商也很快就开始了“堆像素”的技术进程。从500万到800万，从1300万到1600万，再到2070万和2300万……在短短4年时间里，早期智能手机的摄像头像素就“膨胀”了超过4倍之多。

但是消费者很快发现，快速增长的像素，却并没有带来与之相应的拍照效果改善。不仅如此，它还存在着低光效果极差、对焦速度太慢的两大缺点。正因如此，伴随着谷歌初代Pixel与三星Galaxy S7系列的发布，“大像素”与“全像素双核对焦”两个新的技术方向，很快就取代了2000万级别的高像素CMOS，成为了新的宠儿。

1200万像素的几台机型在当时DXO榜单上力压2300万与2500万像素的竞争对手

平心而论，无论是谷歌使用的IMX378，还是三星研发的S5K2L1，时至今日都依然算得上是非常出色的顶级CMOS。一方面，它们拥有比IMX220这样早期高像素方案大得多的单像素面积，大幅增强了各种环境下的感光能力，有效地减少了噪点、色块等现象，让1200万像素拍出了比过去2300万像素更清晰的效果。而另一方面来说，三星在手机上引入的“全像素双核对焦”技术，首次实现了几乎不用等待的超高速对焦体验，真正让“随手拍”成为现实。

当然，这个阶段的1200万像素CMOS并不是没有缺点，因为它们的传感器面积客观上来说确实比此前2000万像素时代的CMOS普遍要小的。换而言之，虽然用户体验提升了，但也暴露出了2016~2018年前后，智能手机拍照设计在进一步“大底化”的道路上难以为继的瓶颈。

• 大底高像素时代来临，但毛病也随之浮现

2019年年初，随着曾经的红米手机“转型”Redmi，两款全新的千元机也进入了消费者的视线。它们就是采用了三星GM1的Redmi Note7，以及采用索尼IMX586的Redmi Note7 Pro。

客观而言，Redmi Note7系列并不是最早的大底高像素机型，但它却毫无疑问是第一个真正将“高像素”这个概念普及的产品。而它的出现，也标志着“大底高像素”时代的正式到来。差不多半年后，Redmi Note8系列首发了6400万像素主摄，而仅仅只过了几个月，小米CC9 Pro与小米10系列，就将1亿像素CMOS推向了主流市场。

与1/2.6英寸时代的1200万像素CMOS相比，2019年的大底高像素CMOS最大的优势，就在于它们拥有普遍更大的感光面积（4800万像素1/2英寸，6400万像素1/1.7英寸，1.08亿像素1/1.33英寸）。配合新的“四像素合一”设计，以及结构更复杂的镜头，这些大底高像素CMOS往往能提供相当不错的夜景观感。与此同时，尺寸上更接近于相机的大底，还带来了一个额外的好处，那就是让此类高像素机型的焦外虚化效果变得非常自然，甚至已经完全不再需要算法来“模拟”虚化了。

大底高像素的背景虚化很美，但对焦表现确实受影响

然而此前关注过我们三易生活相关内容的朋友或许还记得，这个阶段的大底高像素CMOS，在用户体验上也有着相当明显的缺憾。一方面，此类CMOS为了实现“高像素”，将单像素尺寸从1.4微米大幅缩小到了0.8微米，造成其真正打开“高像素”模式后，拍照的画质缩水反而相当严重，远逊于此前的小底1200万像素方案；另一方面，这个阶段的高像素CMOS更是普遍取消了此前已经在1200万像素时代被充分证明有效的全像素双核对焦功能，更是直接导致了从2019年到2020年，从入门级到旗舰机型在对焦体验上的集体退步。

而能够证明这种集体退步最好的证据，就是所谓“独立微距镜头”的出现。要知道，过去IMX363、IMX333、S5K2L4这些全像素双核对焦CMOS，是完全可以让手机直接用主摄拍微距照片的，那为什么现在许多像素更高的机型要配备“微距镜头”呢？其实，就是因为大部分高像素CMOS丧失了近距离对焦能力的缘故。

• 高端CMOS“技术自救”，GN2或许就是终极答案

正因为早期的大底、高像素CMOS问题颇多，它们的“普及”于是就开始伴随着一种奇怪的现象，即很多千元级机型会积极地采用6400万，甚至是1.08亿像素的CMOS，并以“超高像素”作为产品卖点。但与此同时，旗舰机型却会在“主摄像素”上显得更加谨慎，事实上许多旗舰产品现在使用的都是4800万或5000万像素的主摄规格，乍看之下“像素值”反而会比自家的千元机还要低一些。

小米10至尊纪念版，采用的就是“只有”4800万像素的超大底方案

为什么会这样？原因其实很简单，因为这些旗舰机所使用的4800万、或5000万像素CMOS，与中低端产品配备的6400万甚至1.08亿像素CMOS，是完全不同级别的产品。在它们看似更低的总像素数量下，反映的正是厂商面对“大底高像素”风潮的技术自救。

比如说最近刚刚曝光，小米与三星联合研发的GN2 CMOS，就堪称是体现了对此前整个手机拍照技术发展史的反思，以及对全部先进、有效设计的“大统合”。

GN2有什么特别的？首先它采用了迄今为止已发布的手机用CMOS中最大的传感器面积，1/1.2英寸的尺寸意味着几乎已经接近部分专业相机里的“1英寸”规格。但在这个基础上，GN2仅仅只有5000万像素，而这也就代表着这5000万颗像素点，每一个的尺寸都达到了1.4微米，也恰好与1200万像素时代的那些旗舰CMOS相当，比现有的高像素CMOS主流0.8微米像素整整大了三圈。

并且GN2不仅仅是在单像素尺寸上重新致敬经典，它还采用了一个非常特别的对焦/感光设计……“全像素八核对焦（三星称之为Dual Pixel Pro）”。这是什么意思呢？简单来说，首先GN2本质上其实是一颗全像素双核CMOS，也就是说它的每个像素点其实有两个感光单元组成。这使得它不仅可以在“5000万像素”模式下实现快速、近距离对焦，同时还能进一步通过“四像素合成”，以八颗像素为一组的模式来实现上下、左右、斜向八方向的更强、更快的对焦和追焦效果。

除此之外，GN2还从6400万像素的GW1上，学来了“双原生ISO”技术。通过在CMOS上配备白天与夜晚两套信号转换电路，GN2在增强夜拍的同时，白天也可以避免大底CMOS常见的过曝问题。然而与GW1、GW2这些6400万像素CMOS不同的是，GN2的两套信号转换电路还可以同时使用，输出两张ISO不同的照片，然后再合为一张。这就是此前仅在三星自家旗舰机型Galaxy S21 Ultra上才具备的“iDCG”技术么，而这也意味着GN2将有能力拍摄12bit，也就是688亿色的超高宽容度照片。

你以为这就结束了？并没有。除了回归大像素设计、重新开发全像素对焦机构、引入信号转换结构外，GN2还专门针对视频拍摄进行特殊设计。其完美支持最新的堆栈式HDR曝光方式，而这是一种目前仅有骁龙888、三星Exynos2100，以及联发科天玑1200这些最新旗舰平台才支持的新型视频曝光方式。它带来的最大好处，就是能够同时实现“高分辨率、高帧率、高动态范围（HDR）”三大特性在视频拍摄功能上的共存。换而言之，GN2不仅可能是当前最强的静态拍照CMOS，它的动态视频摄录能力也或将是登峰造极的水准。

当然，我们可以说GN2的这一整套设计，完完全全是将从2016年至今全部最好的、最成功的CMOS功能元素全部堆到了一起，并且摒弃了那些华而不实、对体验不利的设计。从智能手机CMOS技术的发展史来看，它无疑是至今为止手机影像方面的一个“终极答案”，并且在未来很长一段时间里可能都难以被超越。

那么问题就来了，使用了这样一款CMOS的智能手机，它的拍照实力究竟会有多强呢？或许我们并不用等太久，就能知道问题的答案了。