手机相机大战愈演愈烈,谁能定制传感器占据先机?

与非网 2 月 15 日讯,近年来,智能手机的竞争已经逐渐从单纯的比拼性能演变为在拍照方面拼个你死我活。

跟单纯的拼绝对性能(如处理器、运存、闪存等)不同,拍照水平的好坏除了需要厂商自身良好的算法调校,更重要的还取决于传感器的选择,一块素质过硬的传感器就是成功的一半。

众所周知,索尼是最大的移动图像传感器的供应商,不夸张地说目前市面上有 90%的手机都在用来自他家的传感器。在硬件高度同质化的情况下,假如用‘公模’传感器不能在拍照上取得优势,那砸钱给索尼单独定制专属于自己的传感器不就行了?于是,真的就有很多厂商这么做了。这里,就为大家回忆一下近几年那些名声在外的定制传感器。

手机相机大战愈演愈烈,谁能定制传感器占据先机?

IMX400:真·索尼独占

在介绍索尼为友商所定制的传感器之前,先来看看一款非常特别的传感器,它就是 IMX400。为什么说它特别?因为从出生到被弃用,只有索尼的 Xperia 手机搭载过该款传感器,可以说是索尼半导体部门专门为索尼移动部门所定制的一款传感器。

光看参数,这颗 IMX400 在当年来说是顶级的:传感器面积为 1/2.3 英寸,有效像素为 1900 万像素,单个像素尺寸 1.22 微米。此外,这颗 CMOS 集诸多黑科技于一身,是业界首款用于智能手机的三层堆叠式 CMOS 影像传感器。对比以往的双层堆叠式 CMOS,IMX400 在传统的背照结构像素层(Pixel Section)和预装电路芯片的信号处理电路层(Circuit Section)中加入了一层 DRAM(动态随机存取存储器)层,容量为 1Gbit(即 125MB)。简单来说就是索尼将一块运存塞进了 IMX400 里面,让它可以更加快速地交换图像数据。

索尼半导体官方的结构图

一般而言,由于手机 CMOS 和 SoC 之间存在传输带宽的限制,因而手机 CMOS 拍摄获得的大量数据很难及时传到手机的 ISP(图像信号处理器)中进行处理,DRAM 就充当一个缓存的作用,如果来不及处理的数据就先在 DRAM 处存着,然后再慢慢传到 ISP 里。而当 ISP 无法处理大量 CMOS 收集到的大量数据时,也可以先把数据存在 DRAM 中。

这样巧妙的设计带来两个非常大的好处。一是抓拍能力大大提升:在 DRAM 的帮助下,IMX400 仅用 1/120 秒就能读取一幅 1930 万像素的静止图像,相比传统产品的 1/30 秒快了四倍,可以有效避免高速抓怕时的果冻效应,从而带来清晰的图像。

二是可以拍摄 960fps 超慢速视频。别看 960fps 超慢速视频在今天已经不是什么稀奇的东西,放在当年主流的旗舰机型中,比如 iPhone 7 系列和三星GalaxyS8 系列最高可以拍摄 240fps 的慢速视频,而搭载 IMX400 的索尼 Xperia XZ Premium 是这个数字的 4 倍。在主打 960fps 凝时拍摄的三星 Galaxy S9 系列出现之前,索尼 Xperia 旗舰手机就已经支持该功能。

不过,账面数据和产品实力始终还是不同的。从 2017 年开始,索尼发布了 Xperia XZs、Xperia XZ Premium、Xperia XZ1、Xperia XZ1 Compact、Xperia XZ2、Xperia XZ2 Compact、Xperia XZ2 Premium 和 Xperia XZ3 共八款手机,它们无一例外都使用了 IMX400 作为主摄像头传感器。但是这八款手机的拍照实力,也都无一例外地在众多旗舰手机中排在吊车尾的位置。

如果要用一句来形容索尼手机的拍照的话,大概就是‘给你机会你不中用’了。说完不争气的索尼,就开始举一些正面例子吧。

IMX260/333/345/555:“银河战舰”专属

看到‘银河’,就知道这部分说的是三星 Galaxy 了。作为全球手机一哥,三星以往也有找索尼定制传感器的习惯,IMX260/333/345 正是三星近几年用在自家旗舰上的索尼定制传感器。

IMX260 这颗 CMOS 首次出现 2016 年发布的三星 Galaxy S7 系列上。这颗 CMOS 为 1200 万像素,面积为 1/2.55 英寸(圈起来,要考的),并带来了更大的光圈(F1.7)以及更大的单位像素面积(1.4μm),可以显著提高夜拍能力。三星 Galaxy S7 系列也没有辜负这颗传感器的硬实力,后来被业界称为‘夜视仪’。

此外,搭载 IMX260 的 Galaxy S7 系列还首次把‘全像素双核对焦’带进手机领域。所谓‘全像素双核对焦’,是指把 CMOS 里的全部像素点一分为二(双核),而两个像素点可以独立成像,然后计算机能通过对比两个独立成像之间的差别,计算出被摄对象与我们的实际距离,从而实现快速对焦和跟踪对焦。

三星 Galaxy S7 系列使用的全像素双核传感技术通过将像素点一分为二,计算信号差,最后再驱动镜头模组,其在速度上面更具优势。简单来说,三星 Galaxy S7 系列上的全像素双核传感技术具有更快的对焦速度,而且还能提供流畅的跟踪对焦。

全像素双核对焦技术在 Galaxy S7 系列身上大获成功之后,逐渐成为了很多安卓旗舰的必备功能。当然,全像素双核对焦之所以会成为安卓旗舰标配功能还有另外一个原因,就是后来 IMX362、IMX363 作为 IMX260 的‘外售版’开始大量向国产厂商出货。

IMX333 同样是三星找索尼定制的传感器,虽说型号不一样,但其核心特性与上一代的 IMX260 如出一辙,因此也被视为 IMX260 改个名字的‘马甲’,但实际上 IMX333 还是有所改进的,比如解析力等等。单凭核心规格去判断是‘马甲’是有失公允的,最好的说明就是三星 Galaxy S8 系列的成像水平相比上一代又有了提升。

2018 年的三星 Galaxy S9 系列搭载了全新定制的 IMX345 传感器。在继承前两代优良传统的基础上,IMX345 最大的改变是增加了 F1.5/F2.4 可变光圈和 DRAM 层,也就是说夜景成像水平再上一层楼,并且可以拍摄原生的 960fps 超慢动作视频了,其他核心参数与上一代无异。

2019 年发布的三星 Galaxy S10 系列所有版本都采用了三星自家的传感器,直到前几天的 Galaxy S20 系列上,我们又看到了久违的索尼定制传感器出现在三星旗舰上。

在打磨了 4 年之后,三星终于给 Galaxy S20 和 S20+换上了尺寸更大的 CMOS——IMX555。这颗 IMX555 仍为三星独爱的 1200 万像素,但是尺寸升级到 1/1.76 英寸,理论上可以带来更好的夜拍表现,而且全像素双核对焦、DRAM 层等特性全部保留。

所以说,三星不是一颗传感器连着用了 5 年,而是每年都换了一颗表面看上去一样、但内在不一样的传感器。

IMX398:可能是最早玩定制的国内厂商

在我的印象中,OPPO 应该是国内首家玩定制传感器的厂商,最起码也应该是第一家大张旗鼓宣传自己是定制传感器的国内厂商。2016 年的 OPPO R9s,就用了一颗 OPPO 联合索尼定制的 IMX398 传感器。

OPPO R9s 上的这颗全球首发的 IMX398 采用 1600 万像素,光圈大小为 F1.7,单像素大小为 1.12μm,最重要是同样加入了双核对焦功能,除了对焦速度加快外,进光量也增大。

我们在当年的评测中也测试过,在 IMX398 的加持下,OPPO R9s 的成像水平确实有了很大提升。OPPO 也算是第一个吃到定制传感器这只‘螃蟹’的国内厂商了。于是,时隔几年之后,OPPO 再度联合索尼推出定制传感器。根据去年 OPPO 公布的消息,Find X2 将会用上与索尼联合定制的传感器,并首发全像素全向对焦技术。

根据现有的资料显示,全像素全向对焦技术(AllPixelOmni-directionalPDAF),又称 2x2On-ChipLens(OCL)解决方案,是可以实现高速对焦,高分辨率,高感度,高动态范围的,图像传感器的新技术。更详细的技术细节,就要等到 OPPO Find X2 发布的那天才知道了。

IMX600——可能是最成功的定制传感器

看到这个熟悉的型号,就知道这就是那颗首发用在华为 P20 Pro 身上的神级传感器了。

IMX600 是华为出动芬兰研究所、日本图像所联手索尼定制的传感器,采用 4000 万像素,传感器面积达到 1/1.73 英寸,QuadBayer 结构,F1.8 光圈,等效焦距 27mm,支持相位对焦、4D 预测追焦、4K 视频拍摄以及 960fps 720P 慢动作视频拍摄。这颗 CMOS 也是当时以及后来很长一段时间里底最大的手机传感器。

在 IMX600 的加持下,华为 P20 Pro 可以在白天使用具有高解析力的 4000 万像素成像;而夜景则使用 1000W 像素成像,经过像素 4 合 1 之后,单位像素高达 2μm,夜景拍摄更出色,成功从三星手中抢过了夜视仪的称号。

凭借这颗强悍的定制 CMOS,华为 P20 Pro 登上了 DxOMark 的榜首,从此开始了华为在拍照领域领跑全球的高光时刻。

跟三星一样,在取得了巨大成功之后,华为开始打磨这颗 CMOS。2019 年,华为 P30 Pro 采用了 1/1.7 英寸的 4000 万像素 Quad Bayer 主摄,在弱光环境下能输出 1000 万像素的照片, F/1.6 超大光圈,等效全画幅 27mm,配有 OIS 光学防抖。

更重要的是,这颗主摄采用了全新的 RYYB 图像排列,进光量相较于传统的 RGB 排列增加 40%,相比 RGBW 排列增加 20%,ISO 最高可达 409600,夜拍实力非常惊人。凭借强大的实力,P30 Pro 以及下半年登场的 Mate30 Pro 5G 继续常年占据着 DXOMark 排行榜的第一名。

华为官方从来没有公布过这颗 RYYB 传感器的具体型号,民间曾流传过像‘IMX650’、‘IMX600Y’这样的型号。但有一点是无可否认的,它仍然隶属于 IMX600 系列,属于小改款。如无意外,今年的华为 P40 Pro 将给大家带来全新的 IMX700 传感器。

三星 S5KHMX、S5KHM1:传说中的“方向错了”

光看前面大家可能会以为这是索尼专场,实际上,三星传感器的实力逐渐追了上来,要不然去年三星也不会如此自信地在 Galaxy S10 系列和 Note10 系列上用自家的传感器作为主摄。不过,2019 年三星传感器的最高光时刻,当属那颗 1 亿像素的 ISOCELL Bright HMX,具体型号为 S5KHMX。

三星这颗 S5KHMX 传感器最让人印象深刻的当然是达到了 1.08 亿像素,感光元件达到 1/1.33 英寸,是目前已经商用的手机传感器中最大的,单像素大小为 0.8μm;经过像素 4 合 1 之后处理后,可输出 2700 万像素的照片,单像素面积为 1.6μm,极大地提升夜拍表现。

更让人感到意外的是,这颗 CMOS 是小米联合三星定制的,后来用于小米 CC9 Pro 上,并以 121 分短暂登上过 DxOMark 的榜首位置。小米 CC9 Pro 仅用了一颗骁龙 730G 的 ISP 和尚未成熟的算法就登上了世界第一,这也让人对骁龙 865+1.08 亿像素 CMOS 充满了期待。

于是,同样搭载 S5KHMX 传感器、但有着更强 ISP 的小米 10 Pro 以 124 分的成绩从华为 Mate30 Pro 5G 手中抢走了第一名。

不过不知道小米 10 Pro 第一的位置能坐多久,因为同样搭载 1.08 亿像素传感器的三星 Galaxy S20 Ultra 的成绩还没公布。但是,三星的旗舰是不可能跟友商共用同一颗 CMOS,因此 Galaxy S20 Ultra 用的是另一颗 1 亿像素传感器,名为 ISOCELL Bright HM1,具体型号为 S5KHM1。

这颗 S5KHM1 是跟着 Galaxy S20 Ultra 一起首次亮相的,核心规格与小米定制的那颗 S5KHMX 基本一致,不同在于这颗 S5KHM1 拥有几个三星独占的特性:

独创的 Nonacell 像素 9 合 1 技术,可输出 12MP、单像素面积 2.4μm 的超大像素照片,相比 Tetracell 像素 4 合 1 技术进光率提升一倍以上;

支持 8K 视频录制、实时 HDR 拍摄、Smart-ISO 感光技术、Super-PD 相位对焦,以及基于陀螺仪的 EIS 电子防抖(OIS 光学防抖另外支持);

支持 1.08 亿像素 HDR 直出,可以直接输出 12MP 分辨率的 3 倍变焦图像。

这么多年过去了,三星依然忘记不了 1200 万像素,即使用上了 1 亿像素,还是要想尽办法压榨到 1200 万像素。不同于索尼,三星移动有能力把三星半导体所提供的最强硬件发挥到最强。

结语

随着拍照大战愈演愈烈,谁能联合产业链上游厂商进行传感器的定制,才能占得先机,以上除了索尼移动之外都是很好的例子。2020 年,我们会看到更多厂商推出定制传感器的旗舰手机,DxOMark 估计有的忙了。

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