科技 新浪科技 手機廠商為拍照大打出手,索尼、三星卻樂瘋了?

手機廠商為拍照大打出手,索尼、三星卻樂瘋了?

新浪科技 2020-02-17 00:15

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  本文來自太平洋電腦網

  近年來,智能手機的競爭已經逐漸從單純的比拼性能演變為在拍照方面拼個你死我活。跟單純的拼絕對性能(如處理器、運存、快閃記憶體等)不同,拍照水平的好壞除了需要廠商自身良好的演算法調校,更重要的還取決於感測器的選擇,一塊素質過硬的感測器就是成功的一半。

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  眾所周知,索尼是最大的移動圖像感測器的供應商,不誇張地說目前市面上有90%的手機都在用來自他家的感測器。在硬體高度同質化的情況下,假如用『公模』感測器不能在拍照上取得優勢,那砸錢給索尼單獨定製專屬於自己的感測器不就行了?於是,真的就有很多廠商這麼做了。這裏,就為大家回憶一下近幾年那些名聲在外的定製感測器。

  IMX400:真·索尼獨佔

  在介紹索尼為友商所定製的感測器之前,先來看看一款非常特別的感測器,它就是IMX400。為什麼說它特別?因為從出生到被棄用,只有索尼的Xperia手機搭載過該款感測器,可以說是索尼半導體部門專門為索尼移動部門所定製的一款感測器。

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  光看參數,這顆IMX400在當年來說是頂級的:感測器面積為1/2.3英寸,有效像素為1900萬像素,單個像素尺寸1.22微米。此外,這顆CMOS集諸多黑科技於一身,是業界首款用於智能手機的三層堆疊式CMOS影像感測器。對比以往的雙層堆疊式CMOS,IMX400在傳統的背照結構像素層(Pixel Section)和預裝電路晶元的信號處理電路層(Circuit Section)中加入了一層DRAM(動態隨機存取存儲器)層,容量為1Gbit(即125MB)。簡單來說就是索尼將一塊運存塞進了IMX400裏面,讓它可以更加快速地交換圖像數據。

73e8-iprtayy6579173.png索尼半導體官方的結構圖

  一般而言,由於手機CMOS和SoC之間存在傳輸帶寬的限制,因而手機CMOS拍攝獲得的大量數據很難及時傳到手機的ISP(圖像信號處理器)中進行處理,DRAM就充當一個緩存的作用,如果來不及處理的數據就先在DRAM處存著,然後再慢慢傳到ISP里。而當ISP無法處理大量CMOS收集到的大量數據時,也可以先把數據存在DRAM中。

d0e6-iprtayy6579174.png索尼官方對比圖

  這樣巧妙的設計帶來兩個非常大的好處。一是抓拍能力大大提升:在DRAM的幫助下,IMX400僅用1/120秒就能讀取一幅1930萬像素的靜止圖像,相比傳統產品的1/30秒快了四倍,可以有效避免高速抓怕時的果凍效應,從而帶來清晰的圖像。

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  二是可以拍攝960fps超慢速視頻。別看960fps超慢速視頻在今天已經不是什麼稀奇的東西,放在當年主流的旗艦機型中,比如iPhone 7系列和三星GalaxyS8系列最高可以拍攝240fps的慢速視頻,而搭載IMX400的索尼Xperia XZ Premium是這個數字的4倍。在主打960fps凝時拍攝的三星Galaxy S9系列出現之前,索尼Xperia旗艦手機就已經支持該功能。

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  不過,賬面數據和產品實力始終還是不同的。從2017年開始,索尼發布了Xperia XZs、Xperia XZ Premium、Xperia XZ1、Xperia XZ1 Compact、Xperia XZ2、Xperia XZ2 Compact、Xperia XZ2 Premium和Xperia XZ3共八款手機,它們無一例外都使用了IMX400 作為主攝像頭感測器。但是這八款手機的拍照實力,也都無一例外地在眾多旗艦手機中排在吊車尾的位置。

  如果要用一句來形容索尼手機的拍照的話,大概就是『給你機會你不中用』了。說完不爭氣的索尼,就開始舉一些正面例子吧。

  IMX260/333/345/555:「銀河戰艦」專屬

  看到『銀河』,就知道這部分說的是三星Galaxy了。作為全球手機一哥,三星以往也有找索尼定製感測器的習慣,IMX260/333/345正是三星近幾年用在自家旗艦上的索尼定製感測器。

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  IMX260這顆CMOS首次出現2016年發布的三星Galaxy S7系列上。這顆CMOS為1200萬像素,面積為1/2.55英寸(圈起來,要考的),並帶來了更大的光圈(F1.7)以及更大的單位像素麵積(1.4μm),可以顯著提高夜拍能力。三星Galaxy S7系列也沒有辜負這顆感測器的硬實力,後來被業界稱為『夜視儀』。

  此外,搭載IMX260的Galaxy S7系列還首次把『全像素雙核對焦』帶進手機領域。所謂『全像素雙核對焦』,是指把CMOS里的全部像素點一分為二(雙核),而兩個像素點可以獨立成像,然後計算機能通過對比兩個獨立成像之間的差別,計算出被攝對象與我們的實際距離,從而實現快速對焦和跟蹤對焦。

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  三星Galaxy S7系列使用的全像素雙核感測技術通過將像素點一分為二,計算信號差,最後再驅動鏡頭模組,其在速度上面更具優勢。簡單來說,三星Galaxy S7系列上的全像素雙核感測技術具有更快的對焦速度,而且還能提供流暢的跟蹤對焦。

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  全像素雙核對焦技術在Galaxy S7系列身上大獲成功之後,逐漸成為了很多安卓旗艦的必備功能。當然,全像素雙核對焦之所以會成為安卓旗艦標配功能還有另外一個原因,就是後來IMX362、IMX363作為IMX260的『外售版』開始大量向國產廠商出貨。

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  IMX333同樣是三星找索尼定製的感測器,雖說型號不一樣,但其核心特性與上一代的IMX260如出一轍,因此也被視為IMX260改個名字的『馬甲』,但實際上IMX333還是有所改進的,比如解析力等等。單憑核心規格去判斷是『馬甲』是有失公允的,最好的說明就是三星Galaxy S8系列的成像水平相比上一代又有了提升。

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  2018年的三星Galaxy S9系列搭載了全新定製的IMX345感測器。在繼承前兩代優良傳統的基礎上,IMX345最大的改變是增加了F1.5/F2.4可變光圈和DRAM層,也就是說夜景成像水平再上一層樓,並且可以拍攝原生的960fps超慢動作視頻了,其他核心參數與上一代無異。

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  2019年發布的三星Galaxy S10系列所有版本都採用了三星自家的感測器,直到前幾天的Galaxy S20系列上,我們又看到了久違的索尼定製感測器出現在三星旗艦上。

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  在打磨了4年之後,三星終於給Galaxy S20和S20+換上了尺寸更大的CMOS——IMX555。這顆IMX555仍為三星獨愛的1200萬像素,但是尺寸升級到1/1.76英寸,理論上可以帶來更好的夜拍表現,而且全像素雙核對焦、DRAM層等特性全部保留。

  所以說,三星不是一顆感測器連著用了5年,而是每年都換了一顆表面看上去一樣、但內在不一樣的感測器。

  IMX398:可能是最早玩定製的國內廠商

  在我的印象中,OPPO應該是國內首家玩定製感測器的廠商,最起碼也應該是第一家大張旗鼓宣傳自己是定製感測器的國內廠商。2016年的OPPO R9s,就用了一顆OPPO聯合索尼定製的IMX398感測器。

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  OPPO R9s上的這顆全球首發的IMX398採用1600萬像素,光圈大小為F1.7,單像素大小為1.12μm,最重要是同樣加入了雙核對焦功能,除了對焦速度加快外,進光量也增大。

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  我們在當年的評測中也測試過,在IMX398的加持下,OPPO R9s的成像水平確實有了很大提升。OPPO也算是第一個吃到定製感測器這隻『螃蟹』的國內廠商了。於是,時隔幾年之後,OPPO再度聯合索尼推出定製感測器。根據去年OPPO公布的消息,Find X2將會用上與索尼聯合定製的感測器,並首發全像素全向對焦技術。

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  根據現有的資料顯示,全像素全向對焦技術(AllPixelOmni-directionalPDAF),又稱2x2On-ChipLens(OCL)解決方案,是可以實現高速對焦,高解析度,高感度,高動態範圍的,圖像感測器的新技術。更詳細的技術細節,就要等到OPPO Find X2發布的那天才知道了。

  IMX600——可能是最成功的定製感測器

  看到這個熟悉的型號,就知道這就是那顆首發用在華為P20 Pro身上的神級感測器了。

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  IMX600是華為出動芬蘭研究所、日本圖像所聯手索尼定製的感測器,採用4000萬像素,感測器面積達到1/1.73英寸,QuadBayer結構,F1.8光圈,等效焦距27mm,支持相位對焦、4D預測追焦、4K視頻拍攝以及960fps 720P慢動作視頻拍攝。這顆CMOS也是當時以及後來很長一段時間里底最大的手機感測器。

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  在IMX600的加持下,華為P20 Pro可以在白天使用具有高解析力的4000萬像素成像;而夜景則使用1000W像素成像,經過像素4合1之後,單位像素高達2μm,夜景拍攝更出色,成功從三星手中搶過了夜視儀的稱號。

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  憑藉這顆強悍的定製CMOS,華為P20 Pro登上了DxOMark的榜首,從此開始了華為在拍照領域領跑全球的高光時刻。

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  跟三星一樣,在取得了巨大成功之後,華為開始打磨這顆CMOS。2019年,華為P30 Pro採用了1/1.7英寸的4000萬像素Quad Bayer主攝,在弱光環境下能輸出1000萬像素的照片, F/1.6超大光圈,等效全畫幅27mm,配有OIS光學防抖。

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  更重要的是,這顆主攝採用了全新的RYYB圖像排列,進光量相較於傳統的RGB排列增加40%,相比RGBW排列增加20%,ISO最高可達409600,夜拍實力非常驚人。憑藉強大的實力,P30 Pro以及下半年登場的Mate30 Pro 5G繼續常年佔據著DXOMark排行榜的第一名。

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  華為官方從來沒有公布過這顆RYYB感測器的具體型號,民間曾流傳過像『IMX650』、『IMX600Y』這樣的型號。但有一點是無可否認的,它仍然隸屬於IMX600系列,屬於小改款。如無意外,今年的華為P40 Pro將給大家帶來全新的IMX700感測器。

  三星S5KHMX、S5KHM1:傳說中的「方向錯了」

  光看前面大家可能會以為這是索尼專場,實際上,三星感測器的實力逐漸追了上來,要不然去年三星也不會如此自信地在Galaxy S10系列和Note10系列上用自家的感測器作為主攝。不過,2019年三星感測器的最高光時刻,當屬那顆1億像素的ISOCELL Bright HMX,具體型號為S5KHMX。

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  三星這顆S5KHMX感測器最讓人印象深刻的當然是達到了1.08億像素,感光元件達到1/1.33英寸,是目前已經商用的手機感測器中最大的,單像素大小為0.8μm;經過像素4合1之後處理后,可輸出2700萬像素的照片,單像素麵積為1.6μm,極大地提升夜拍表現。

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  更讓人感到意外的是,這顆CMOS是小米聯合三星定製的,後來用於小米CC9 Pro上,並以121分短暫登上過DxOMark的榜首位置。小米CC9 Pro僅用了一顆驍龍730G的ISP和尚未成熟的演算法就登上了世界第一,這也讓人對驍龍865+1.08億像素CMOS充滿了期待。

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  於是,同樣搭載S5KHMX感測器、但有著更強ISP的小米10 Pro以124分的成績從華為Mate30 Pro 5G手中搶走了第一名。

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  不過不知道小米10 Pro第一的位置能坐多久,因為同樣搭載1.08億像素感測器的三星Galaxy S20 Ultra的成績還沒公布。但是,三星的旗艦是不可能跟友商共用同一顆CMOS,因此Galaxy S20 Ultra用的是另一顆1億像素感測器,名為ISOCELL Bright HM1,具體型號為S5KHM1。

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  這顆S5KHM1是跟著Galaxy S20 Ultra一起首次亮相的,核心規格與小米定製的那顆S5KHMX基本一致,不同在於這顆S5KHM1擁有幾個三星獨佔的特性:

  獨創的Nonacell像素9合1技術,可輸出12MP、單像素麵積2.4μm的超大像素照片,相比Tetracell像素4合1技術進光率提升一倍以上;

  支持8K視頻錄製、實時HDR拍攝、Smart-ISO感光技術、Super-PD相位對焦,以及基於陀螺儀的EIS電子防抖(OIS光學防抖另外支持);

  支持1.08億像素HDR直出,可以直接輸出12MP解析度的3倍變焦圖像。

  這麼多年過去了,三星依然忘記不了1200萬像素,即使用上了1億像素,還是要想盡辦法壓榨到1200萬像素。不同於索尼,三星移動有能力把三星半導體所提供的最強硬體發揮到最強。

  結語

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  隨著拍照大戰愈演愈烈,誰能聯合產業鏈上游廠商進行感測器的定製,才能佔得先機,以上除了索尼移動之外都是很好的例子。2020年,我們會看到更多廠商推出定製感測器的旗艦手機,DxOMark估計有的忙了。