智能手機(jī)攝像頭的大像素大戰(zhàn)已經(jīng)停止了幾年，但在2019年又恢復(fù)了增長。配備大尺寸40MP四路拜耳傳感器的華為P20 Pro(評測)和華為Mate 20 Pro(評測)于2018年問世。百萬像素傳感器不一定對弱光攝影不利。得益于漂亮的4合1像素組合和強(qiáng)大的Night模式，華為2018年的旗艦智能手機(jī)可以輕松在弱光攝影領(lǐng)域取得領(lǐng)先，在某些情況下甚至可以媲美谷歌的HDR和Night視線。2019年，在華為的啟發(fā)下，高百萬像素Quad Bayer傳感器成為主流智能手機(jī)廠商的主流產(chǎn)品，采用了某種形式的48MP索尼IMX586、48MP三星GM1和GM2三星ISOCELL GW1，最后是最新的索尼64MP IMX686。小米是隨著小米Note 10的發(fā)布而出現(xiàn)的，小米Note 10搭載了108MP三星ISOCELL HMX主傳感器。新推出的三星Galaxy S20 Super是市面上第二款手機(jī)(不含Mia Alpha混合概念手機(jī))使用的108MP主攝像頭，但其工作流程有所不同。讓我們詳細(xì)介紹一下。

Galaxy S20 Ultra是三星Galaxy S20系列中的旗艦手機(jī)，規(guī)格價格匹配。傳統(tǒng)的G alaxy S20和Galaxy S20采用了新的12MP主傳感器，像素大小為1.8微米，而Galaxy S20 Ultra則升級為108MP主傳感器。但是，這與Mi Note 10傳感器不同。Galaxy S20 Ultra使用了ISOCELL HM1傳感器，與Mi Note 10中使用的ISOCELL HMX相比略有改進(jìn)。它的速度是8K @ 24fps視頻，一。更有趣的是，它從Mi Note 10中使用的4合1像素合并到新的9合1像素合并，可以生成12MP照片。三星稱之為諾娜寧濱，這是第一款使用33像素合并而不是22像素合并的手機(jī)。Galaxy S20 Ultra可以在高分辨率108MP模式和非像素合并12MP模式之間動態(tài)切換。

為了理解為什么這是有益的，讓我們看看像素合并是如何工作的。

高百萬像素四拜耳傳感器上的像素合并

2018年之前，幾乎每一款智能手機(jī)攝像頭都有拜耳彩色濾光片陣列。華為P20 Pro和華為Mate 20 Pro是最早使用Quad Bayer傳感器的手機(jī)。簡而言之，四拜耳傳感器的顏色分辨率低于標(biāo)準(zhǔn)拜耳傳感器。比如在IMX586上，攝像頭傳感器上的物理濾鏡只有12MP的有效分辨率。通過在邏輯像素之間重新排列子像素，這種傳感器的ISP可以從傳感器獲得虛擬的48MP拜耳結(jié)果。應(yīng)該清楚，這種方法不如使用標(biāo)準(zhǔn)拜耳過濾器。具體區(qū)別是什么？根據(jù)AnandTech的說法，48MP IMX586的空間分辨率接近27MP，因?yàn)樗荒芴岣咧虚g的空間分辨率。

為什么使用四拜耳傳感器？它們之所以有意義，是因?yàn)榈侥壳盀橹?，如果設(shè)備制造商想集成一個高百萬像素的傳感器，它們是市場上唯一的選擇。它們的負(fù)面影響可以通過4合1像素組合來緩解，該組合在傳感器級別將四個像素組合成一個像素，以降低噪聲、提高動態(tài)范圍并改善每個像素的細(xì)節(jié)。將多個像素組合成一個像素并不是一個新的想法。它于2012年和2013年與諾基亞808 PureView和諾基亞Lumia 1020一起完成。以前，我們的想法是將多個有噪聲的像素組合成一個干凈的“超級”像素。Quad Bayer傳感器的出現(xiàn)導(dǎo)致了像素合并的流行。

像素合并的原理如下。華為旗艦產(chǎn)品上定制的40MP傳感器像素尺寸為1.0微米。主流的48MP和64MP傳感器像素尺寸更小，只有0.8微米。即使是108MP ISOCELL傳感器也有相同的0.8微米像素大小，因?yàn)楫?dāng)分辨率與傳感器大小同時增加時，像素大小保持不變。當(dāng)像素尺寸減小時，微光圖像質(zhì)量受到不利影響。弱光照片受像素對光的敏感度影響很大。因此，經(jīng)驗(yàn)法則是采用更大的像素尺寸，旗艦12MP傳感器的像素尺寸約為1.4微米。

理論上，四拜耳傳感器通過合并像素來規(guī)避這一限制。華為的4合1像素組合生成10MP照片，默認(rèn)“有效像素大小”為2.0微米。默認(rèn)情況下，48MP和64MP傳感器對于12MP和16MP照片采用4合1像素組合，有效像素大小為1.6微米。小米Note 10對27MP照片采用4合1像素合并，默認(rèn)有效像素大小為1.6微米。這樣，他們可以在低照度下獲得競爭優(yōu)勢。當(dāng)然，智能手機(jī)攝影是一個復(fù)雜的領(lǐng)域，圖像處理也是同樣重要的因素，但其他所有因素都一樣，1.6微米的有效像素尺寸應(yīng)該比1.4微米更好。一些設(shè)備制造商比其他制造商更成功地實(shí)現(xiàn)了如此高的百萬像素四拜耳傳感器。谷歌像素4是通過改進(jìn)HDR和夜景形式的計算攝影來定義的。

因此，我們現(xiàn)在有一個市場，其中甚至更低的中檔手機(jī)也具有48MP和64MP Quad Bayer傳感器，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的12MP或16MP傳感器相比，它們基本上沒有真正的缺點(diǎn)。使用4合1像素合并，無論如何在大多數(shù)照明條件下，尤其是在弱光條件下，最終照片的分辨率均為12MP。高分辨率的好處來自日光，某些手機(jī)確實(shí)提供48MP模式以利用提高的空間分辨率。

Galaxy S20 Ultra是像素合并方法的邏輯演進(jìn)。到目前為止，使用高像素傳感器的手機(jī)已經(jīng)使用2×2像素合并將四個像素組合為一個像素。例如，這使有效像素大小從0.8微米增加了一倍，達(dá)到1.6微米。但是，使用108MP傳感器，有可能一次合并更多像素。4合1像素合并將導(dǎo)致27MP像素合并模式，對于一般照片而言，該模式仍然過大。同樣，有效像素大小為1.6微米的27MP照片還是不錯的，但是如果有效像素大小為2.4微米的12MP照片可以怎么辦?

三星通過使用3×3像素合并將9個像素合并為傳感器級別的單個像素，從而實(shí)現(xiàn)了2.4微米的有效像素大小。“ Nona binning”僅是公司的3×3 Binning營銷術(shù)語。這會將9個相對嘈雜的像素合并為一個大而干凈的超像素，從理論上講，它將進(jìn)一步增強(qiáng)低光靈敏度。智能手機(jī)相機(jī)中聞所未聞的2.4微米有效像素大小。唯一的相似之處是OmniVison的48MP OV48C圖像傳感器，該傳感器在CES上推出。它輸出標(biāo)準(zhǔn)的拜耳照片，并具有1.2微米的像素大小，該像素大小使用近像素合并功能以2.4微米的像素大小實(shí)現(xiàn)12MP照片。盡管它具有很好的規(guī)格，但它尚未進(jìn)入任何運(yùn)輸電話。

因此，三星的方法在理論上是兩全其美的。該公司表示，手機(jī)將在高分辨率的108MP模式和12MP的非像素合并模式之間動態(tài)轉(zhuǎn)換。在白天，如果圖像處理能力不佳，它應(yīng)該能夠拍攝超高分辨率的108MP照片以捕獲遙遠(yuǎn)的細(xì)節(jié)并進(jìn)行更有效的裁剪。在弱光條件下，它將使用9合1像素合并技術(shù)動態(tài)切換到12MP模式。弱光攝影受像素大小的影響遠(yuǎn)大于分辨率。從理論上講，即使分辨率從27MP(2×2合并)降低到12MP(3×3合并)，在弱光下進(jìn)行3×3像素合并也比2×2合并更具意義。

因此，Galaxy S20 Ultra的108MP傳感器在紙張上沒有任何弱點(diǎn)。實(shí)際上，無論在白天還是在弱光下，它都應(yīng)該成為新的圖像質(zhì)量冠軍。在我們保留自己的判斷力直到我們自己測試手機(jī)之前，三星已經(jīng)在紙上做出了正確的決定。我個人毫不懷疑，如果執(zhí)行得當(dāng)，將會有更多使用108MP傳感器的供應(yīng)商從4合1裝箱轉(zhuǎn)向9合1像素裝箱，從而在低光下獲得更好的照片。Galaxy S20 Ultra絕對是一款有趣的手機(jī)，它使我們充滿希望，今年智能手機(jī)相機(jī)的性能和圖像質(zhì)量將再向前邁進(jìn)一步。