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手機CMOS應用“退燒”

按照以往的慣例,伴随着高通和聯發科新款移動旗艦SoC的釋出,每年的一月到三月将迎來一波新機釋出潮,主流安卓手機廠商的年度新旗艦會在該時段内接連亮相。新機型的到來也意味着手機影像實力的提升,相較于此前超高像素傳感器的高調登場,今年的手機CMOS市場出現了一些新變化。

今年12月中下旬,摩托羅拉和小米釋出了搭載骁龍8的新機型,在CMOS上摩托羅拉 edge X30和小米12/12X均使用高像素中底傳感器。其中值得關注的是,小米12/12X棄用上一代的一億像素傳感器,轉而使用許多手機廠商都在使用的IMX766。

不隻是摩托羅拉和小米,包括今年的許多機型在内,都選擇使用高像素中底CMOS。廠商們的選擇說明了市場方向的改變,脫離片面的數字不再盲目追求超高像素,使用更成熟的硬體方案。

超高像素并不直接等同于高畫質

需要提前說明的是,CMOS圖像傳感器是手機攝像頭模組中的一部分,負責将穿過鏡頭的光信号轉化為晶片能了解的數字信号。此外,手機攝像頭模組還包括鏡頭和鏡頭模組,前者負責傳遞光線,後者是将鏡頭、CMOS、OIS光學防抖等子產品封裝在一起。而所謂的“高像素中底CMOS”,指的是規格為5000像素、1/1.5英寸左右的傳感器,差別于一億像素、1/1.3英寸左右的超高像素大底傳感器。

手機CMOS應用“退燒”

要判斷一顆CMOS素質的高低,可以看總像素、機關像素大小、傳感器感光面積和對焦技術等。智能手機機身可利用面積有限,對主流手機而言直接塞下一顆超大尺寸CMOS并不現實,近年來廠商為了提升手機畫質開始嘗試走超高像素路線,通過縮小機關像素的方式提升傳感器總像素數量。如三星的HM1擁有1.08億像素,但機關像素尺寸隻有0.8μm,遠小于1200萬像素索尼IMX555的1.8μm。

超高像素傳感器的優勢在于,一方面可以用多像素合成的方式提升機關像素尺寸,三星HM1像素九合一後可輸出1200萬像素/2.4μm的照片;另一方面,一億像素傳感器利于産品宣傳,容易靠超高像素的産品特性吸引消費者選購,特别是在下沉市場中,部分使用者還認為高像素就一定等同于高畫質。

理想很豐滿現實很骨感,經過幾年的發展6400萬像素和一億像素傳感器并未成為市場的主流。不隻是小米12系列回歸5000萬像素傳感器,就連三星在自己的Galaxy S系列中也沒有普及一億像素,S20和S21兩代産品僅Ultra機型搭載一億像素CMOS,其他幾款均使用“保守”的1200萬像素傳感器。超高像素難以流行開來,主要包括以下幾大原因。

首先,超高像素傳感器并未給手機成像畫質帶來質的飛躍,反而增加ISP的運算壓力造成拍照卡頓和發熱異常等問題,影響使用者使用體驗。不管是直接輸出一億像素照片還是像素多合一輸出1200萬像素照片,超高的像素短時間内極大增加ISP運算量,難以做到無感式拍照體驗(即拍即得)。比如搭載一億像素傳感器小米 CC9 Pro就被部分使用者吐槽拍照時取景器卡頓,快速點按快門會有一段等待的過程。

手機CMOS應用“退燒”

其次,像素越高、機關像素尺寸越小的CMOS越需要精密的制程工藝,即制造超高像素CMOS的成本更高。CMOS與手機SoC不同,不需要追逐最頂尖的制程工藝,但CMOS機關像素尺寸的縮小使得傳統40納米+産線無法做到精确切割,隻能使用40-28納米制程工藝。

在安卓手機步入4800/5000萬像素時代後,三星在CMOS市場追上索尼的重要原因是自己擁有先進制程産線,而索尼自家的老工藝産線達不到制造超高像素CMOS的要求,現在隻能找台積電合作。

手機CMOS應用“退燒”

前不久新釋出的摩托羅拉 edge X30和小米12/12X均使用5000萬像素中底CMOS,前者為1/1.55英寸的豪威OV50A、後者為1/1.56英寸的索尼IMX766。高像素中底CMOS兼顧成像表現和使用者體驗,在成本上也更有優勢,更适合用在走量的機型上,而超高像素CMOS更偏向于Pro+或Ultra等追求極緻的産品。

一億像素等傳感器還會繼續存在,但高像素中底傳感器會更普及,成為主流中高價位機型的标配。此外,部分“成熟”的傳感器或會流行起來,搭載在更多新機型上。

“成熟”的CMOS将更受廠商歡迎

小米12/12X使用的索尼IMX766并非是最新款COMS,最早搭載的機型是2020年年末釋出的OPPO Reno 5 Pro+,不過憑借較強的綜合實力,IMX766在OPPO獨占期過後被許多廠商采用。小米12作為小米的重要機型,未采用最新款CMOS突出小米求穩的發展特征,告别單一的CMOS硬體比拼。

對于手機廠商來說,使用已釋出過一段時間的CMOS有諸多好處。在算法調試方面,市面上已釋出的相關機型較多,廠商有更多可參考案例和調試時間,進而降低産品翻車的機率。例如谷歌就曾連續幾年打磨IMX363,靠算法的更新提升手機拍照實力。

手機CMOS應用“退燒”

在成本層面,應用成熟的CMOS在成本層面的優勢不僅展現在采購價格上,還展現在算法開發與适配方面,廠商不需要重新開發一套算法适配新機型,更多的是根據不同鏡頭和ISP調整原來的優化政策。小米11 Ultra的超廣角和長焦鏡頭均使用IMX586(原小米9的主攝),長時間的打磨和不錯的硬體規格,讓IMX586這顆成熟的CMOS煥發第二春,綜合成像素質不輸專門的超廣和長焦CMOS。

應用成熟CMOS的方式并不罕見,隻不過此前許多安卓手機廠商更喜歡追新,在中高價位段搭載成熟CMOS的手機并算多,不過,最近兩年這一狀況已迎來變化。

現在稍有不同的是,成熟的CMOS更多的用于手機主攝,有的甚至會出現一代CMOS用于三代機型的現象。OPPO和vivo線上下市場的成功,說明盲目地追逐超高像素并不可取,多數使用者并不太在意部分CMOS是否是新款,更在意拍照的具體效果。同理,長焦微距和“顯微鏡”鏡頭強調的是玩法上的更新,均是采用多是小底低像素CMOS。

個人認為,智能手機行業已走過僅靠硬體堆料發展的蠻荒期,随着手機市場的成熟和經濟的發展,許多使用者在選購手機時也更在意手機廠商自己的自研技術。應用成熟CMOS不代表擠牙膏,隻用新CMOS不提升自研算法實力才是真正的擠牙膏,供應鍊技術廠商們都能買,但要想尋求高端手機市場的突破隻能從自研技術層面入手。

CMOS之外,自研軟硬體子產品已是行業趨勢

現階段,阻礙手機拍照/視訊能力提升的主要原因在于實體層而非軟體層,例如鏡頭,空間的限制使得手機鏡頭的鏡片片數低于10片,且主要為透光性一般的塑膠材質鏡片。實體上的限制使手機廠商們在鏡頭模組上能做的改變并不多,隻能轉向算法和圖像處理硬體。

經谷歌的推動,“計算攝影”已被認為是提升手機攝影瓶頸的主要方式之一,如手持超級夜景算法、多幀合成技術和廣角畸變調整算法,突破鏡頭和CMOS實體層面的限制提升手機成像效果。華為、小米和vivo等國産廠商在釋出會上都會強調自研算法的重要性,側面降低CMOS在使用者心中的影響力。可以說,曾經那個可以靠買第三方成像算法提升手機攝影品質的時代已一去不複返,品牌想要在中高端手機市場站穩腳跟,還得自己在軟體算法上下功夫。

自研ISP和NPU是另一條提升手機影像實力的路線,更準确的說,在高端機市場有一席之地的玩家基本都自己的ISP。今年米OV三家都在ISP或NPU上發力,着力建構算法+影像硬體的自研體系,将影響手機成像品質的更多技術環節掌握在自己手裡。

最後要說的是,功能機到智能手機的技術跨越,本質上是晶片技術的跨越,許多功能的更新都依賴于晶片算力的提升。對于尺寸有限的手機而言,“像素”起到的作用越來越小,一英寸CMOS似乎就是手機影像發展的臨界點,行業實體層面天花闆就在頭頂,既然更高畫質的照片難以靠硬體“堆”出來,那不如靠算法和晶片“算”出來。

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