从400万到2亿，智能手机的多像素合一发展史

　　虽然最近这段时间，基于骁龙8、天玑9000等半代升级平台的旗舰机型才刚刚开始发布，但对于许多爆料人士和发烧友来说，他们显然已将目光瞄准了明年的旗舰产品。
　　比如说，就在日前有消息源曝光了据称是来自三星的一个新商标Hexapixel，并且结合此前的爆料信息声称，其很可能就是为下代旗舰GalaxyS23Ultra准备、高达2亿像素的专属CMOS，所具备的关键技术特性。
　　可能有的朋友已经猜到，Hexapixel大概率会是一种基于多像素合一的CMOS工作模式、或者说手机影像技术。既然如此，今天我们三易生活就来聊聊，关于手机上的多像素合一技术那些不太为人所知的早期阶段，以及其背后的技术和商业逻辑。
　　追求大像素的原初理念，其实很早就已有了
　　如今说到手机CMOS上的多像素合一技术，很多朋友可能首先想到的会是自2018年底出现，以三星GM1与索尼IMX586为代表的早期12英寸、4800万像素普及型大底CMOS方案。
　　的确，回顾当时的相关新品发布会不难发现，配备这些4800万像素CMOS的jixing，它们在绝大多数情况下都会默认以四像素合一的方式工作，也就是说实际只输出1200万像素的照片。
　　正因如此，这些CMOS名义上的高像素与实际使用中的低像素表现，给用户留下了深刻的印象，从此也令多像素合一技术被广为知晓。
　　当然，并不能说4800万像素的机型日常只能拍1200万像素照片，就是一种欺诈。毕竟，一方面这些机型还是会提供独立的高像素模式；另一方面，通过多像素合成技术也确实有效弥补了CMOS尺寸不够大、像素又太高所带来的单像素尺寸不够、感光性能差的硬件缺憾，从而很大程度上增强了弱光环境成像效果。
　　顺着这条思路去追溯就会发现，牺牲传感器像素数量，换取更大单像素面积的做法，在手机行业其实很早就已出现。没错，至少可以追溯到2013年的HTCOne。
　　2013年2月，HTC方面正式发布了旗舰机型OneM7。在这款产品上HTC也首次尝试了一种极为大胆的设计，那就是仅有400万像素的UltraPixel后置主摄。
　　要知道即便是在2013年，主流机型的主摄像素也早已来到了1300万级别，只有那些入门级产品还在使用着800万像素的方案。因此HTC选择给旗舰机配备400万像素后摄，理所当然地引起了不小的争议。
　　但站在如今的角度来看，初代UltraPixel相机的理念显然是极为超前的。因为它的CMOS尺寸实际上与其他同类机型的1300万像素后摄CMOS是一样大（13英寸），同时通过主动舍弃像素数量，HTC换来了高达2m的单像素尺寸，从而为这颗400万像素的相机带来了超强的感光和夜拍性能。
　　而从某种程度上来说，HTC这款400万像素的UltraPixel相机，其实也正是如今智能手机行业以像素换感光的多像素合一技术的鼻祖。
　　2014年，最初的多像素合一技术出现在手机上
　　很显然HTC的想法虽然很好，但问题在于，对于当时已深陷唯像素论的消费者来说，显然不是每个人都能理解这份苦心。因此HTC初代UltraPixel技术以及其搭载机型，也就此陷入了口碑相当两极分化、且市场表现并不算惊艳的尴尬境地。
　　或许正是因为看到了友商的失误，2014年当华硕联合Intel推出首款Zenfone系列机型时，选择了部分借鉴HTC的产品思路。但他们自己可能都没有想到的是，这一举动也深远地影响到了后来的整个手机行业。
　　华硕做了什么呢？简单来说，在他们当时的PixelMaster相机应用中，手机大多数情况下都会以CMOS的全像素进行输出，比如800万像素相机拍出来就是800万像素的照片，1300万像素相机拍出来也确实是1300万像素。一旦用户开启夜景模式，那么华硕的感光组件合并技术就会将四个像素合并为一个进行感光，从而让手机拍出仅有200万300万像素，但是亮度却大为提升的超级夜景照片。
　　尽管由于年代太过久远，如今我们已无法考据，华硕这个感光组件合并技术到底是CMOS本身就支持四像素合一，还是工程师做了一些创新，在软件上实现了这个功能。但能够确定的是，它的确开创了智能手机真正多像素合一的用例，实现了名义上的高像素和特定场景下大像素之间的切换功能。
　　从4到9、再到16与12，高像素CMOS的进化逻辑
　　需要说明的是，虽然华硕的感光组件合并技术从原理、使用场景上，已经与如今的CMOS多像素合一无比近似了。但实际上，当2018年那些4800万像素机型面世时，它们之所以要即使在白天也会默认开启4像素合1模式，还有一个说不出口的尴尬原因。
　　很简单，因为当时的ISP算力其实根本就不足以处理4800万像素的照片，或者说得更准确一点，是不足以处理4800万像素的多帧降噪、AI场景判断等增强算法。因此导致早期的大量4800万像素机型，反而只有工作在1200万像素模式时，拍出来的画质才会更好，而一旦开启高像素后就会退步。
　　当然，这一问题在早期的6400万像素、乃至1。08亿像素机型也同样存在。所以大家不难发现，无论GW1、GW2，还是HMX，这些高像素大底CMOS实际上都默认工作在4合1模式下。特别是到了后来的HM2上，由于其像素很高（1。08亿）、底又不够大（11。52英寸），再加上默认面向的是性能不那么强的中端机型，所以更是直接采用了像素9合1的设计，从而达到增强拍摄画质、同时降低SoC计算量的目的。
　　令人欣慰的是，随着时间的推移，SoC的算力提升总算追上了CMOS像素膨胀的进度。也就是从这个时候开始，大底高像素CMOS的像素合成功能，也开始有了一些更为积极的变化。
　　比如从2020年到2021年，就接连迎来了包括IMX689、IMX766、S5KGN1、S5KGN2、S5KGN5在内的，一大批专为顶级旗舰产品设计的新款大底高像素CMOS方案。虽然它们在具体的透镜结构、像素分割方式上，相互之间还是有那么一点点区别，但这一批CMOS的共同特征，就是它们都在4像素合1的结构基础上大幅增强了对焦与追焦性能。
　　又比如说，在前段时间三星方面刚刚公布了旗下首款2亿像素CMOS方案HP1。它虽然有着11。22的大底，但由于像素数量太高，所以单像素尺寸确实不大（0。64m）。好在，三星为其设计了新的16像素合1结构，可以让CMOS最多将16个像素合并为等效2。56m的大像素进行感光，此时其感光性能就不输给那些顶级型号了。
　　与此同时，在4合1模式下，这款CMOS还具备双超级PD对焦结构，能够以两倍于普通相位对焦的速度检测物体运动，从而兼得高画质与不错的对焦性能。
　　最后，我们再来聊聊前文中所提及的Hexapixel。其实仅从名称上，这个商标里就有两个值得关注的信息点，其中一是Hexa、也就是6，另外一个则是平方符号。
　　这是什么概念呢？其实从表面上来看有两种可能性。一种是6像素合1，然后每两个像素组之间再进行双核相位对焦；另一种则是6像素合1，然后每6个像素组再合1。
　　然而考虑到目前已经基本确认，三星这款新旗舰CMOS会采用2亿像素的规格，因此36像素合1的可能性基本可以被排除（主要是因为合完后只剩下500多万像素，这显然不太现实）。
　　相比之下，6像素合1后再进行全像素组的双核相位对焦设计，似乎可能性就要更高一些。毕竟，此前三星手机用的亿级像素CMOS，还没有一款能够支持双核对焦，如果新机能够在搭载2亿像素CMOS的同时、大幅强化主摄在日常场景下（也就是像素多合一之后）的对焦、追焦性能，确实也够格称得上是极大的体验进步了。
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