3月29日晚間，小米舉辦春季新品發(fā)布會(huì)，正式發(fā)布小米11 Pro、小米11 Ultra和小米11青春版，一同發(fā)布的還有小米路由器AX9000和小米手環(huán)6共五大新品。

其中小米11 Pro起售價(jià)4999元，搭載驍龍888芯片，搭載了新型硅氧負(fù)極電池，支持67W有線快充+67W無(wú)線充電，也是小米首次搭載IP68防水級(jí)別的手機(jī)。小米11 Ultra則在小米11 Pro的基礎(chǔ)上，成為了全球首款“三主攝”手機(jī)。

當(dāng)晚最具話題性的技術(shù)，莫過(guò)于這兩款機(jī)型的主攝模組都采用了與三星ISOCELL合作18個(gè)月研發(fā)的5000萬(wàn)像素大底傳感器GN2，感光面積達(dá)到1/1.12英寸，是iPhone12Pro的近5倍大，超越索尼為華為定制的IMX700（1/1.28英寸），并已經(jīng)十分接近索尼黑卡相機(jī)RX100M7的一英寸大底。

“像素再高，也不如大底大像素傳感器”——余承東

近年來(lái)，手機(jī)拍照的需求見(jiàn)長(zhǎng)，帶動(dòng)了移動(dòng)圖像傳感器像素和面積的爆炸式增長(zhǎng)。

知名數(shù)碼博主maomaobear在撰文中提到，手機(jī)拍照進(jìn)化從11萬(wàn)開(kāi)始，像素?cái)?shù)不斷提升，但是有過(guò)幾個(gè)臺(tái)階。第一個(gè)臺(tái)階是200萬(wàn)像素，功能手機(jī)拍照進(jìn)化到200萬(wàn)后停滯了很久，因?yàn)?00萬(wàn)已經(jīng)可以完成記錄生活的需要。

智能手機(jī)興起讓手機(jī)拍照一路進(jìn)化到了1200萬(wàn)又停滯了很久，至今蘋果還是1200萬(wàn)像素。Maomaobear分析原因是手機(jī)進(jìn)化到1200萬(wàn)時(shí)，配合現(xiàn)在的鏡頭和IPS，測(cè)試分辨率已經(jīng)超過(guò)了3000線。這個(gè)水平已經(jīng)超越了DC數(shù)碼相機(jī)，甚至超越了早期殘幅的單反。

期間，還有諾基亞用大CMOS和高像素去解決變焦畫質(zhì)的問(wèn)題，同時(shí)把全像素畫質(zhì)推到了新高度，但也隨著諾基亞手機(jī)的失敗而停滯。直到華為重新接過(guò)諾基亞的衣缽，再度提升像素?cái)?shù)與CMOS面積，開(kāi)啟了智能手機(jī)像素大躍進(jìn)，從1200萬(wàn)跳到4800萬(wàn)，6400萬(wàn)，1.08億。

不過(guò)武功再高，也怕菜刀。“像素再高，也不如大底大像素傳感器”，這是華為余承東的原話。去年7月23日，余承東在其微博上發(fā)表了對(duì)于手機(jī)上搭載1億像素CMOS傳感器的分析，他表示：“一億像素實(shí)際拍照效果不如大底大像素的Sensor。即便一億像素通過(guò)多個(gè)小像素合成大像素，效果也還是有折扣與差距。拍照的效果并不是與像素?cái)?shù)簡(jiǎn)單相關(guān)的，這是一個(gè)系統(tǒng)性工程。”

的確，對(duì)攝影感興趣的朋友都知道，傳感器面積越大，進(jìn)光量越高，物理層面收集的圖像信息越好，越有利于最終成像效果的呈現(xiàn)，2020年，智能手機(jī)CMOS面積也開(kāi)始進(jìn)化，IMX700已經(jīng)進(jìn)化到了1/1.28寸。

曾經(jīng)的單反CMOS傳感器（上）和手機(jī)CMOS傳感器（下）比起來(lái)，尺寸是秒殺，就算手機(jī)的算法再厲害，畫質(zhì)也一樣被秒殺。而GN2的恐怖參數(shù)，令它成為市售移動(dòng)傳感器面積第一。

GN2的參數(shù)有多恐怖？

根據(jù)官方公布信息，GN2單像素面積達(dá)到1.4μm，這個(gè)尺寸本就難覓敵手，這個(gè)參數(shù)在一定程度上決定了傳感器夜景表現(xiàn)力。再加上支持像素四合一技術(shù)，可將四個(gè)像素合成當(dāng)做一個(gè)像素使用，等效像素尺寸高達(dá)2.8μm，令感光性能更突出。

三星方面在今年2月底發(fā)布了這款傳感器時(shí)表示，GN2的像素排列，還是三星傳統(tǒng)的四合一拜爾排列。可以通過(guò)四合一做1250萬(wàn)的輸出，也可以直接出5000萬(wàn)的圖；還通過(guò)使用“智能重新鑲嵌算法”重新排列彩色像素來(lái)支持1億像素的輸出。當(dāng)然，實(shí)際的照片并非是一一對(duì)應(yīng)的1億像素，而是通過(guò)紅綠藍(lán)三個(gè)5000萬(wàn)像素的圖層進(jìn)行疊加后，進(jìn)行放大與合成最終通過(guò)算法形成的1億像素照片。

在強(qiáng)光下，5000萬(wàn)出圖的品質(zhì)是有保證的，因?yàn)閱挝幌袼?.4微米已經(jīng)非常大，實(shí)際上強(qiáng)光下，三星ISOCELL 技術(shù)用0.8微米已經(jīng)可以保證單位畫質(zhì)了。

另外，三星GN2也是首款采用雙像素增強(qiáng)技術(shù)（Dual Pixel Pro）的傳感器，配合全像素全向8核對(duì)焦，與多點(diǎn) dToF 激光對(duì)焦系統(tǒng)，通過(guò)最多 64 點(diǎn)測(cè)距極暗光下也能對(duì)焦。雷軍在發(fā)布會(huì)上也表示，搭配小米自研的“夜梟算法”，在接近無(wú)光的環(huán)境下也能拍出畫面明亮的照片。

與此前的技術(shù)相比，GN2的綠色像素是對(duì)角拆分，紅色與藍(lán)色像素則繼續(xù)保持垂直拆分，這讓其像素頂部和底部、左側(cè)和右側(cè)均可以讀取相位差。新的檢測(cè)方式可以應(yīng)對(duì)弱光環(huán)境或快速移動(dòng)物體的快速準(zhǔn)確自動(dòng)對(duì)焦。

關(guān)于Dual Pixel Pro，三星半導(dǎo)體官方在微博貼出一張技術(shù)解析圖：

根據(jù)三星官方的意思，雙像素增強(qiáng)技術(shù)是由雙像素技術(shù)升級(jí)而來(lái)。雙像素技術(shù)是模擬雙眼對(duì)焦，實(shí)現(xiàn)左右相位差對(duì)焦；雙像素增強(qiáng)技術(shù)，除了每個(gè)像素分為左右兩半，還可以對(duì)一些像素進(jìn)行對(duì)角線隔離，不僅可以左右相位差對(duì)焦，還根據(jù)圖像傳感器特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)上下相位差，提升對(duì)焦效果。藉由大底+對(duì)焦升級(jí)，提高弱光下，運(yùn)動(dòng)中的成片率，減少?gòu)U片。這個(gè)技術(shù)最早在OPPO的手機(jī)中使用，效果非常不錯(cuò)。。

三星ISOCELL GN2還支持Smart ISO Pro，能夠智能的調(diào)節(jié)兩種不同的感光度，這在三星目前的傳感器中已經(jīng)進(jìn)行了支持。視頻拍攝上支持1080P分辨率的480幀慢動(dòng)作拍攝，在4K分辨率上則能提供120幀錄制支持。

手機(jī)CMOS傳感器的兩條技術(shù)路線

小米為用好這款“底大一級(jí)壓死人”的傳感器，也是煞費(fèi)苦心。為其搭配了雙原生ISO Fusion和Stagger HDR技術(shù)，配合 12bit RAW可以帶來(lái)18級(jí)高動(dòng)態(tài)范圍表現(xiàn)。同時(shí)搭配8P鏡頭、OIS光學(xué)防抖，支持1920fps超級(jí)慢動(dòng)作，以確保全場(chǎng)景下的成像能力。

“三主攝”中的另外兩位分別是主攝級(jí)IMX586傳感器，4800萬(wàn)像素輸出配合1/2英寸大底，提供超廣角128°視野范圍，；長(zhǎng)焦端同樣采用IMX586傳感器，潛望式變焦號(hào)稱實(shí)現(xiàn)了全球最高的120倍超遠(yuǎn)變焦。

視頻方面，得益于三主攝相機(jī)系統(tǒng)，小米11 Ultra首次支持全焦段8K視頻拍攝，不論是廣角、超廣角還是長(zhǎng)焦均可實(shí)現(xiàn)8K超清視頻錄制，并新增雙機(jī)聯(lián)錄功能，取景框可接入另一部小米11 Ultra/Pro的相機(jī)畫面，以不同視角分屏拍攝。

顯然三星GN2傳感器的使用，有助于小米11 Pro/Ultra的拍照能力提升。單從規(guī)格上來(lái)說(shuō)，GN2比小米11使用的HMX就要強(qiáng)一些，畢竟這是最新款的頂級(jí)產(chǎn)品。其次也是兩種不同的技術(shù)路線。

三星圖像傳感器當(dāng)前有兩條旗艦級(jí)生產(chǎn)線，一條是主攻大底高像素的三星HM系列傳感器（產(chǎn)品有三星HMX、三星HM1和三星HM2）；一條是主攻大底的三星GN系列傳感器（產(chǎn)品主要有三星GN1、三星GN2）。《中關(guān)村在線》整理了一張三星旗艦傳感器參數(shù)表格：

三星旗艦傳感器部分參數(shù)一覽(圖自：ZOL中關(guān)村在線)

可以看出在三星一系列的旗艦傳感器中，GN2除了最大像素不占優(yōu)勢(shì)，在傳感器尺寸和單像素面積上都是傲視群雄。盡管三星品牌市售手機(jī)未有搭載三星GN系列傳感器，但不能否認(rèn)三星GN系列重要參數(shù)上的恐怖。

上文也提到在CMOS圖像傳感器的道路上，發(fā)展出了兩條路線——其中一條是鎖定4800萬(wàn)-5000萬(wàn)，增加單位像素面積，一條是鎖定0.7微米-0.8微米單位面積，增加像素?cái)?shù)。4800萬(wàn)的邏輯，是四合一后1200萬(wàn)，正好滿足4K拍攝3840*2160的需求；而4800萬(wàn)或者5000萬(wàn)，可以滿足8K拍攝的需求。整個(gè)CMOS的面積利用可以最大化。

Maomaobear認(rèn)為，鎖定0.7微米-0.8微米單位面積的邏輯，是強(qiáng)光下0.8微米足夠了，再大畫質(zhì)也沒(méi)有突破，而弱光可以四合一。這種邏輯可以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)光下畫質(zhì)的最大化。“GN2顯然是第一種邏輯下的結(jié)果，在最高分辨率下的畫質(zhì)，5000萬(wàn)也許不及1億，但是在視頻上，5000萬(wàn)會(huì)有比較大的優(yōu)勢(shì)。”

從之前的“一億像素”，到現(xiàn)在的“大底”、“雙像素增強(qiáng)技術(shù)”，三星帶來(lái)了不少傳感器技術(shù)的新玩法。也讓手機(jī)廠商們除了索尼，多了另一個(gè)選擇，那么除了小米，還有哪些智能手機(jī)廠商搭載了這枚傳感器呢？

此前，vivo X50 Pro+和vivo X60 Pro+兩款機(jī)型上采用了三星GN1，因此預(yù)計(jì)除了小米11 Pro和Ultra，vivo新旗艦機(jī)型也大概率會(huì)采用GN2傳感器。此外realme眾多機(jī)型都青睞三星傳感器，也不排除2021年的realme旗艦采用新款傳感器。但根據(jù)網(wǎng)上爆料來(lái)看，大概率將小米會(huì)擁有一段時(shí)間的獨(dú)占期。

傳小米自研芯片是ISP

但有了大底傳感器，拍照就能超越單反了嗎？目前來(lái)看還是不可能，因?yàn)榕某龊谜掌€有兩個(gè)重要因素：鏡頭和圖像信號(hào)處理器（ISP）。

鏡頭在手機(jī)上目前是無(wú)解的，因?yàn)樗鼘?duì)體積有剛性物理要求的，拍攝特定場(chǎng)景時(shí)用的鏡片可能就有手機(jī)那么厚了。

ISP是Image Signal Processor的縮寫，主要用來(lái)對(duì)前端圖像傳感器輸出信號(hào)處理的單元，以匹配不同廠商的圖像傳感器。通俗來(lái)理解就是，ISP 所要做到的就是將“數(shù)字眼睛”的視力水平提高到“人類眼睛”的水平，讓人眼看到數(shù)字圖像時(shí)的效果盡可能接近人眼看到實(shí)景時(shí)的效果。ISP除了負(fù)責(zé)圖片銳化、降噪、優(yōu)化色彩等工作，還肩負(fù)著實(shí)現(xiàn)相位、激光、反差等混合對(duì)焦運(yùn)算以及提供對(duì)多攝像頭支持等重任，是手機(jī)拍照中必不可少的關(guān)鍵一環(huán)。

網(wǎng)上傳言，小米這次將發(fā)布的自研的芯片就是ISP，數(shù)碼博主@數(shù)碼閑聊站等也“實(shí)錘”小米全新自研澎湃芯片是獨(dú)立ISP芯片，不是SOC芯片。

但昨晚（3月29日）的發(fā)布會(huì)小米還是賣了個(gè)關(guān)子，把自研芯片留到了今晚發(fā)布。

2020年9月，小米曾公開(kāi)招聘ISP工程師，打造自研ISP的意圖非常明顯。聯(lián)系到和三星共同研發(fā)CMOS傳感器一年多，期間搭配著ISP的研發(fā)也十分合理。

@數(shù)碼閑聊站曾表示，高通 ISP 芯片一年一更新，跟不上小米影像進(jìn)步的速度，于是小米自己做起了 ISP 芯片。這次芯片與小米近些年進(jìn)步神速的影像技術(shù)有關(guān)。

不過(guò)，小米不是國(guó)內(nèi)第一家自研ISP的手機(jī)廠商，華為從海思麒麟950開(kāi)始就集成了自研的ISP，以美顏拍攝見(jiàn)長(zhǎng)的美圖手機(jī)也采用了富士通的獨(dú)立ISP芯片。

以高通驍龍 888 移動(dòng)平臺(tái)為例，搭載了 Spectra 580，這是首個(gè)支持三 ISP 的 Qualcomm Spectra 圖像信號(hào)處理器，三 ISP 支持?jǐn)z像頭進(jìn)行三重并發(fā)和三重并行處理。如果小米的自研芯片真的是ISP，那么搭載的手機(jī)將擁有小米自研的影像技術(shù)，獨(dú)立于高通 SoC 上集成的 ISP 運(yùn)行。

一個(gè)ISP其實(shí)是一個(gè)SoC核心，內(nèi)部包含CPU、SUP IP、IF 等單元，可以運(yùn)行各種算法程序，實(shí)時(shí)處理圖像信號(hào)。ISP的控制結(jié)構(gòu)由ISP邏輯和運(yùn)行在上面的Firmware兩個(gè)部分組成，邏輯單元除了完成一部分算法處理外，還可以統(tǒng)計(jì)出當(dāng)前圖像的實(shí)時(shí)信息。Firmware 通過(guò)獲取ISP 邏輯的圖像統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行重新計(jì)算，反饋控制Lens、Sensor和ISP邏輯，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的目的。

責(zé)編：Luffy Liu

電子工程專輯綜合自小米官網(wǎng)、中關(guān)村在線、Techweb、PChome、CNMO、maomaobear、IT之家報(bào)道

原文標(biāo)題：小米11 Pro/Ultra搭載大底傳感器GN2，或與自研ISP芯片有關(guān)？

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