作者 | FlowRay（酷友）

寫在開頭：這篇文章應該是今年開更以後的第三篇 CMOS 相關的文章了，有的寫得還不錯被大家認可的，也有無人問津的，不過還是決定有時間繼續更下去，等我把我熟悉的東西寫完了就會督促我學習新的内容。這次因為種種原因，我的資料都暫時打不開了，全憑我的印象在寫，所以這篇文章可能會有些錯誤，不如以往的嚴謹性高。本文的所有内容均為個人觀點，對于未來的預測也純屬個人猜測，如有雷同純屬巧合。

本文篇幅較長 (全文約 6000 字)，并且純文字，請做好心理準備。

手機相機内卷已經不是現在的新現象了，不如說手機相機的内卷一直都在。我記得我有一台 01 年生産的三星 X199 翻蓋手機，我的是不具備攝像頭的，而有一枚 30W 像素的攝像頭的頂配版則要高出将近一千塊錢。在僅僅不到十年的時間裡，手機廠商相機的水平一路直沖，出現了光學變焦（夏普的小體積方案），5MP 高像素等卡片機級别的技術。但是在下來的幾年中，手機相機第一次來到了瓶頸期，手機的像素保持在了 8MP 的上限，而在那個百花齊放的年代，大部分廠商都選擇另辟蹊徑，索尼愛立信首當其沖，透明手機，Walkman 手機，各種神奇的機型都被設計出來。在那個瓶頸期打破僵局的，是三星和諾基亞。三星利用其在相機技術的積累，首次在手機上設計了卡片機同款的伸縮鏡頭；諾基亞則是利用東芝半導體的強大技術一口氣将像素拉到了 41MP（尺寸也來到了 1/1.5’’）。不過這些都隻是昙花一現，便攜性決定了這些技術必然被淘汰。随着索尼在堆棧式傳感器領域的高速突破發展，手機行業的相機内卷也告一段落，畢竟，索尼給安排的明明白白的。

之前的文章也聊過了 gen 級不同架構的區别，這裡不再解釋。gen 級基本上是由索尼來定義的，因為索尼半導體确确實實領先了業界一大截，比如 19 年發布的 gen5，gen6，至今是獨一家。在基本控制了移動端 CMOS 的這幾年裡，索尼倒是一點都沒閑着，不知道是早有預謀，還是索尼每次技術突破的時間都這麼穩定，但是總體上來看，整個手機界确确實實處于集體的高速發展狀态。

索尼早期最具有代表性的 CMOS 是 IMX135（1/3.06’’），也就是 XperiaZ 所使用的 CMOS。這顆 CMOS 是當時索尼最早發布的三顆 gen2 架構 CMOS 中的旗艦型号。其工程樣本設計的思路則更為激進大膽，将傳統拜耳陣列（RGGB）替換成了 RGBW 排列，首次讓手機也能實現不錯的夜間拍攝（大幅提升感光能力）。不過在量産版中，索尼來不及完成 RGBW 的優化，改用 RGGB 草草收尾上市。IMX135 搭載了 BME（Binned multiplexed exposure）技術，又名 iHDR。該技術在傳感器上的間隔兩行分别進行長短曝光，最終合成一張像素行數減半的圖像（IMX135 輸出 HDR 圖像最大為 3.2MP）。該技術首次實現了可實時預覽 HDR，因為同時進行了長短曝光，也有效改善了 HDR 帶來的鬼影等副作用。唯一的缺點就是分辨率會因此減半。他的弟弟 IMX134 則引入了 dol-HDR，同為硬件級 HDR，但相對效果較差。BME 采用兩幀圖像進行并幀，而 dol-HDR 則需采用三幀。

IMX135 宣告着堆棧式傳感器時代的來臨，他所搭載的技術也讓手機相機的發展，出現了一道轉機。接下來的内容我将挑選一些比較有劃時代意義的 CMOS 來講，畢竟自堆棧式傳感器應用以來，發展太快了。

既 IMX135 之後，索尼很快的又推出了一顆劃時代意義的 CMOS。這顆 CMOS 當時沒能掀起波瀾，因為，他是蘋果定制的 IMX145 (蘋果從來不公開型号)，該 CMOS 首發搭載于 iPhone5S。這顆 CMOS 被公開在大衆面前已經是後來的事了。IMX145 還擁有一個變種：IMX145-PDAF，就是字面意思，這個變種增加了相位對焦的功能，這也是首個支持相位對焦的 CMOS。同時 IMX145-PDAF 還是首顆全獨占的定制 CMOS，也标志着 CMOS 未來的定制化大趨勢，也标志着新一輪手機相機的差異化之戰打響了。

由于 IMX135 的量産版離預期相差甚遠，索尼很快的在之後的 XperiaZ1 中引入了 IMX220。IMX220 繼承了 IMX135 的所有特性，并且直接将尺寸拉到了 1/2.3’’，手機上的大底之戰正式拉開序幕。這裡要科普一個知識，在小于 1/2’’的時候，一英寸按照 18mm 換算，而大于等于 1/2’’時一英寸改為 16mm 換算。如果将 IMX586 按照 18mm 換算，則隻有 1/2.25’’，而 IMX220 的像素數量更少，這也就意味着索尼在 13 年推出的這款 CMOS 的感光水平已經接近 (在不考慮工藝區别帶來的入射損失的情況下，僅做比喻) 了 19 年推出的公版 ——IMX586。

Lumia1020 所帶來的的 41MP 大底之所以不能成為主流，則是因為他過于龐大的數據量，導緻産生拍片一秒輸出半天的緻命缺陷。而 IMX220 顯然要做的更為保守，IMX220 的 20MP 相比 1020 的 41MP 壓力小了很多，并且也帶來了較大的單像素面積（1.2μm）。加上索尼自己設計的端口，大底也能繼續暴力讀出。随着高通的 ISP 進步，XperiaZ2 首次在手機上實現了可實時預覽的 4K 30fps HDR 視頻錄制。

這裡補充一個插曲，大底，大像素，高速讀出其實都是所有廠商已經考慮過很久的思路了，比如 HTC 當年就提出過一個方案，使用了更低像素的傳感器，以保證單像素質量。但可惜的是那個年代，最高也就 8MP，相比之下 HTC 的方案就像是自尋死路，消費者并不能認可這樣的方案，最後也和 1020 一樣昙花一現。IMX220 就是基于各種方案後誕生的最優解。

短短的幾年内，exmor 成功打敗了 isocell 和 omnivision，成為了市場的主導，三星在 S4 和 S5 系列上的混用經驗中也發現自家傳感器的劣勢。同樣的方案，同樣的架構，做出來的東西就是打不過。三星不得不在跟進研發的同時，改用定制的索尼旗艦 CMOS。IMX240 算是比較有代表的了，從各方面來看都算均衡，總像素限制在 16MP，保證了單位像素依舊有 1.12μm，并且首次在安卓陣營引入了相位對焦。

同年，索尼在自家手機上再次引入超旗艦級 CMOS：IMX300，華為加入影像之戰。IMX300 再次作為一顆劃時代的 CMOS 出現，雖然在這裡我還不能确認他是否是一顆 gen3 的 CMOS，但我可以肯定這顆 CMOS 的意義遠大于是否首發新架構。IMX300 采用了可變畫幅的設計，搭載陀螺儀影像防抖技術，最高支持五軸防抖（EIS），标志了計算攝影時代的到來。可變畫幅不同于裁切成片的方式，在維持高分辨率下依舊可以改變畫面比例（CMOS 非标準 4:3 或 16:9）。IMX300 是索尼自用 CMOS 中首次引入相位對焦的 CMOS，并支持反差式 相位對焦的混合對焦模式，一躍達到了了業界最快的 0.6s 對焦速度。索尼後來曾在 X performance 上激進的取消了 4K 錄制，将對焦升級為預測式混合自動對焦，再次大幅提升了對焦的精準度和速度，當然這并沒有獲得市場的認可，也是昙花一現。IMX300 不具備前代使用的 BME 技術，但原生 25MP（最大利用 23MP），默認系統輸出 8mp 的照片，這個過程中就進行了超采樣，可以實現降噪，HDR 等效果。從某種意義上來說這也是後來多合一的雛形。華為進入影像之戰的第一槍選擇了 IMX278，看名字各位可能極其陌生，但是我換個叫法各位就明白了。前文提到的那個 IM135 的原型，使用 RGBW 的方案，沒錯，就是他。時隔兩年，索尼終于把當年沒完成的 RGBW 方案做好了。但是效果，不需要我說，市場已經給出了證明，華為 P8 并沒有排上當年的攝影旗艦序列。畢竟當時的 RGBW 嚴格意義上來說，也算是個半成品，加之華為當時的算法積累并不怎麼好，最終沒能掀起波瀾。

插個題外話，索尼的曲面 CMOS 也是在那個時期做出來的，不過放在現在的角度來看，應該是單純的秀肌肉。良品率已經極低的情況下，曲面 CMOS 的穩定性也極低，甚至會因為環境因素導緻 CMOS 出現碎裂。

2015 年可以說已經是很傳奇的一年了，但是 2016 年初索尼繼續發力，将 gen3 架構準時交付。三星定制的 IMX260 緊接着 IMX300 的步伐上市，首發搭載雙核對焦技術（dual-PD），和 IMX300 的混合對焦也不分上下，随着後期的優化，dual-PD 的優勢也逐漸顯露 (優化好當然 dual-PD 更快)。IMX260 是我已知 CMOS 中首顆使用 gen3 架構的，也就是雙層 DBI 堆棧技術。相比同期的 CMOS 也擁有讀出速度的優勢，最高支持 4K60fps 或者 1080P240fps 的視頻拍攝。其後還有改進型号 IMX333，依舊為三星定制使用。同期的華為繼續加快追趕影像旗艦的步伐，引入了雙攝融合的概念，使用兩顆 IMX286 傳感器，一顆 RGB 一顆黑白，進行計算攝影。不過 IMX286 的尺寸依舊不大（1/2.8’’），加上融合算法輸出的圖像隻有 10MP（IMX286 為 12MP），使華為的影像之路僅僅能稱得上探索，并不能稱得上是合格的影像旗艦。但總之對于業界和華為來說，都是走出了新的一步。

索尼半導體也是沒閑着，DBI 技術剛量産，反手又升級了 TSV 技術（詳見之前 gen 級講解一文）。2017 年，索尼的 Gen4 傳感器 IMX400 橫空出世，依舊為 1/2.3’’的尺寸，依舊擁有可變畫幅，可以說繼承了前代 IMX300 的所有特性，并且還優化了可變畫幅，冗餘像素減少至 20W。得益于 gen4 架構，索尼大幅改善了手機中的卷簾快門效應（果凍效應）。同樣是得益于 gen4 架構，IMX400 獲得了一項專業相機中的功能 ——960 幀慢動作，索尼直接喪心病狂的在 CMOS 中鋪了一層 1Gbit 的 DRAM。次年，該技術下放給了三星定制的 IMX345，不過至今仍未有第三個廠商使用具備 DRAM 的傳感器。其原因也很簡單，從索尼自家的機型也不難看出，gen4 架構對于靜态照片是沒有任何幫助的，而對于三星這種暴力堆棧的計算攝影模式則非常友好。之前的文章中也說過，索尼最早的 DRAM 串擾嚴重，還有漏電的情況，IMX400 隻能說是一次激進的探索，副作用則是帶來了業界超級慢動作的内卷。這種副作用其實并不好，因為除了具備 DRAM 的機型都是插幀實現的，效果一塌糊塗。至于為什麼不定制 gen4 架構的傳感器，當然是因為價格高昂，難以調教優化，不如做個插幀算法來的實惠。至此，索尼的新架構傳感器基本不再能對業界産生影響，導緻業界開始向計算攝影發展。同年業界基本完全被索尼的 IMX400 壓制了，多攝開始流行，大多數方案是增加一顆兩倍（50mm 左右）的定焦鏡頭來進行融合接力變焦，也有小部分繼續在打磨融合方案。華為就深陷計算攝影的泥潭，繼續打磨黑白融合方案。而華碩則是激進的嘗試了潛望鏡式的真光學變焦。

2018 年，業界已經準備着手 5G 的開發，誰也沒想到反而是這一年手機廠商扔出了一串王炸。打磨了兩年融合的華為，突然醒悟似的，在 P20 上使用了 IMX380（12MP，1/2.3’’），P20Pro 則是激進的使用了 IMX600（40MP,1/1.7’’），大底重回江湖。仿佛緻敬諾基亞一樣，華為同樣選擇了 40MP 的方案，隻不過這次 IMX600 使用的的是四拜耳陣列（quadbayer），在各方面都要遠遠均衡于 1020，可以說是當時最優秀的一顆 CMOS 之一。三星 ISOCELL 同時技術重大突破，gen4 架構的 S5K2L3 橫空出世，借助三星半導體的技術優勢，三星在 CMOS 中鋪設的 DRAM 體積更小，功耗更低，速度更快。這算是多年來三星首次追平索尼的 CMOS。(隻能說從效果上來說，但是實際上索尼的架構更為複雜) S5K2L3 與 IMX345 的規格基本一緻，由于三星 DRAM 層的優勢，S5K2L3 實現了更低的串擾，效果優于 IMX345。然而 2018 年的精彩還不止這些，索尼借助自家在安全監控領域使用的技術，設計出了具有原生 51200ISO 高感的 Xperia XZ2premium，至今這一記錄無法被打破。索尼通過專門設計的 AUBE 芯片，實現了黑白 彩色的實時融合，将 IMX400 的原生 ISO 翻了 4 倍，在 XZ2premium 上你可以實現手持不長曝拍星空，以及在低光環境下的視頻錄制。順帶一提，這顆黑白 CMOS 為 IMX379，也就是同期華為 P20 的主攝的黑白版，堪稱奢侈的配置。玩黑白融合的當然不止索尼一家，即使是借屍（HMD）還魂的諾基亞也設計了黑白融合芯片，不過配置就更激進了，使用了 5 顆 IMX386 傳感器（2 黑白 3 彩色），通過算法能合成實現單反級的自然景深（無極景深技術）等技術。此時廠商紛紛清醒過來，計算攝影的前途很廣，大底也可以上手機，手機也能實現極端環境的拍攝，攝像頭還可以更多。

2019 年作為 5G 元年，廠商紛紛推出了自己的 5G 商用手機，但也沒忘記影像技術的發力。首當其沖的還是華為，在 IMX600 吃到了甜頭以後，華為聯合索尼，借助安森美的 RYYB 方案，推出了 IMX650（IMX600Y），并且 P30 全系搭載，通過華為的算法以及長曝堆棧，最高可實現等效 40W 的 ISO。随着 quadbayer 在 IMX600 的成功，索尼也發布了公版 CMOS：IMX586，可以說 IMX586 是繼 IMX363 後最熱門的公版 CMOS，沒有之一。通過四拜耳陣列，索尼也設計了 QBC（quad bayer coding）算法，比如可以實現 4in1 大像素，或者是片上 HDR。在 4in1 模式下，索尼使用每四個像素為一組，進行長，短，中三種曝光長度的同時進行，合成便成為 HDR 圖像。三星自然也沒示弱，同期推出了和 IMX586 規格極為相似的 S5KGM1，但是由于解 QB 算法未完成，實際上這顆 sensor 無法輸出 48MP 的圖像。不過索尼也不止這一手王炸，在甩出 IMX586 的同時還甩出了兩顆中尺寸 CMOS：IMX445 和 IMX563。這兩顆 CMOS 都是 1/2.55’’，12MP 的規格，分别首發了 gen6 和 gen5 架構。（詳見前一文）。索尼在 gen6 上對讀出速度進行了大幅度強化，喪心病狂的将 IMX445 的 DRAM 擴大至了 2Gbit，再次優化了果凍效應。IMX445 的恐怖讀出能力，讓索尼能在使用 dol-HDR 的同時，還能輸出 4K30 幀的視頻，相當于在 4K 輸出時，進行了每秒 90 幀的采樣（僅為等效換算）。而 IMX563 采用像素直連，可以實現更好的信噪比（沒有 DRAM 的串擾），同時理論上也能實現 gen6 同級别的讀出速度。這點也在年底的 IMX608 上得到了證實，不過 IMX608 值得說的太多了，建議直接看我之前的文章。三星在年底也是甩出了另一張底牌，利用工藝的優勢實現了更小的像素尺寸，做出了 1/1.33’’的尺寸，以及 108MP 的 S5KHMX，當然，HMX 已經支持 qb 解碼了，可以四合一輸出 27MP。雖然我個人很不喜歡這顆 CMOS，但我不得不承認，HMX 打響了手機端大底高像素的第一槍。不僅僅是 CMOS，手機的光學鏡頭也展開了一場博弈，華為和 OPPO 幾乎同時推出了搭載 5 倍（約 120mm）光學鏡頭的旗艦手機，配合融合算法，可實現等效 50 倍的數碼變焦。

接下來的 2020 年才過去不就，如各位所知，大底橫行遍地，IMX586 轉眼已經淪為了中尺寸 CMOS。OPPO 定制的 IMX689（1/1.4’’）首發了 2*2OCL （on chip lens）技術，顧名思義，在每四個像素上共用一個微透鏡，在使用 4in1 的同時減少光損失，可以擁有更好的對焦速度等。三星推出了改進版的一億像素傳感器 S5KHM1，可以進行更合理的 9in1。華為聯合索尼繼續推出了新的 RYYB 傳感器：IMX700，其 1/1.28 的尺寸無愧當年手機端最大底，50MP 的最大像素也保證了單像素的質量。IMX700 還有一個隐藏的優勢，那就是最高 14bit 的采樣，雖然不能直接輸出成 14bit-raw，但是遠高于輸出的采樣深度也能帶來更好的動态範圍。索尼和三星也推出了更大尺寸的新公版 IMX686 和 S5KGW1（均為 1/1.7’’，64MP），導緻即使是千元機也加入了手機攝影的内卷。索尼自己則是推出了一顆 1/1.7’’的 gen6 大底：IMX557，具備業界最快 10ms 的讀出速度，可以實現 20 張 /s 的 10bit 采樣連拍，以及 4K120fpsHDR 視頻錄制。小米 10U 首次使用 OV 旗艦大底 OV48C，将相機端常用的雙原生 ISO 引入了手機端，使硬件級 HDR 的推進加快了一步。至于鏡頭方面，華為推出了 10 倍（240mm 左右）光學鏡頭的 P40Pro ，三星則是利用裁切 IMX586 配合 200mm 左右的長焦鏡頭實現同樣的 10 倍鏡頭，而五倍潛望鏡和中焦鏡頭也成了更多廠商的必備選擇。

時間來到 2021 年，就是還沒過去的這一年，想必我也不用多說了，夏普使用 IMX506 實現了手機體積下的一英寸傳感器。小米使用三星 S5KGN2 和兩枚 IMX586，實現三主攝。中興推出原生 35mm 大光圈人文鏡頭。索尼使用 IMX663 的潛望鏡，在一枚鏡頭上實現了 70 和 105 兩個焦距。IMX766 成為新公版 CMOS 繼續接替 IMX686 和 IMX586 的位置。VIVO 推出微雲台，實現最大 3° 的補償。vivo 和索尼引入高素質玻塑混合鏡頭。索尼使用 IMX478 一英寸大底裁切實現大底 超高速，配合前端 LSI 實現相位預測對焦，全鏡頭引入 12bit-raw。

··········

今年可圈可點的東西太多了，但是我不能盲目評價哪些是嘗試，哪些又是必然趨勢，加上資料公開程度低，便也不便多講。純人肉數據庫，不足和偏差請諒解。

在即将開始的新一輪大戰中，我不難推測大底依舊是主流思路。比如一直盲目追求大底的小米，現在已知有一顆和 IMX700 規格類似的大底，而 Ultra 上則很可能采用一英寸的 48MP 或者 50MP 傳感器，副攝則也應該從 IMX586 升級到 IMX766 或者 S5KGN5。OPPO 則是已經在前置試水了新一代 RGBW 方案的 IMX709，後置很可能使用三主攝（3*IMX766 或 IMX789）。VIVO 則很有可能推出之前展示的光學變焦潛望鏡，并且會繼續打磨微雲台。至于最受矚目的華為，因為制裁以來并沒有太多定數，Mate50 則很有可能采用之前說的 96MP 或者 80MP 的 IMX800，而歐菲光一年多前就試産成功的光學變焦潛望鏡應該也能一起安排上。明年的大部分 CMOS 應該具備 12bit 的輸出能力，相位對焦也是标配，在主攝提升困難的同時，我認為未來的方向是提升副攝的素質。

手機攝影發展至今的目的不是取代相機，而是讓相機的主要功能 —— 記錄，以一種更為便攜的方式出現在我們的生活裡。而手機所能容納的硬件也是有極限的，這個極限在未來幾年内也很快就會達到，到時候手機影像會再次進入瓶頸期。未來會怎麼樣沒有定數，我們隻能享受科技帶來的美好當下，就像手機攝影的初衷一樣，記錄生活，珍惜容易錯過的每一個瞬間。

• 文章為作者本人觀點，不代表酷安立場

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!