人類在步入數字時代以后，很多東西都變了，比如說以前拍照得用膠卷，然后把照片洗出來。數字時代的人類發明了一種“圖像傳感器”，它替代了膠卷作為感光材料，拍照以后就能直接看，而且可以反復使用不需要更換。這也是你能拿著手機到處拍照的現實基礎。
數字時代或者說電子科技時代的另一大特點是，技術的快速推陳出新，這一點在圖像傳感器技術上也有所體現，所以自首款拍照手機到現在，手機拍照也是越 來越好。那些大肆鼓吹自家手機攝像頭拍照多么牛叉的廠商們也有了各種各樣的宣傳點。這次我們就來簡單聊聊，當下手機攝像頭所用主流圖像傳感器的幾個上游供 應商，以及從中可遇見的未來。
索尼，相位對焦會成為手機的標配
MEMS Consulting的《CMOS圖像傳感器產業現狀-2015版》報告顯示，手機是目前CMOS圖像傳感器的高性能/高出貨量領域，其中的絕對領頭羊就 是索尼，實際上索尼也是在短短幾年間坐到了這個位置。這應該也不難理解，大伙兒難道沒看到市場上絕大部分手機都在用索尼的圖像傳感器嗎？
（背照式與堆棧式CMOS的基本原理）
從前年索尼真正的明星產品IMX135到去年的IMX214，大量手機證明了索尼的圖像傳感器能夠表現出在手機界非常一流的畫質，更不用說蘋果的 iPhone也一直在用索尼的定制型圖像傳感器。尤其自IMX135將背照式和堆棧式（Stacked）結構普及開，對于手機攝像頭所用小尺寸圖像傳感器 而言是具備很大意義的。
去年讓索尼繼續在這個行業有明星般待遇的產品是IMX214，去翻一下舊賬就知道，有多少國內外的旗艦機在用這款圖像傳感器——那款實現了“超清畫質”5000萬像素輸出的OPPO Find 7所用的就是這顆傳感器。
(IMX214電路局部，來自Chipworks的反向工程）
IMX214雖說在尺寸和分辨率方面和IMX135沒有大區別，但性能卻有提升，比如說開始支持4K（30fps）視頻拍攝；采用新的分區高動態范 圍曝光技術——這是種硬件HDR技術，所以拍視頻也能實現HDR（且據說可保持1300萬像素全片以30fps速度做HDR輸出）；另外背照式和堆棧式結 構皆有改進，減少片上微透鏡與感光二極管的距離，集合光線效率有提升，提高主光線角，令其可搭配大光圈鏡頭；新工藝提升低光表現等。
（索尼Xperia Z系旗艦直到現在還在堅持用IMX220）
到IMX220時代，索尼似乎開始著力提升圖像傳感器本身的尺寸，令其達到一些入門級卡片機1/2.3英寸的水平，這是讓手機徹底有了淘汰入門DC 的實力。這在早年索尼自家的Xperia Z1身上就有表現，直到IMX220開始提供給其他手機制造商，也讓諾基亞的手機至少在圖像傳感器的尺寸上沒了優勢（除去Lumia 1020與808Pureview）。
IMX220在圖像傳感器尺寸變富余很多以后，分辨率也提升到了2070萬像素。索尼在官網上沒有提供這顆“大底”的詳細參數，僅從其尺寸來看，理 論畫質應該會比IMX214這樣的“小底”出色，更出色的感光能力也是必然的，在Xperia Z3身上，其感光值上限已達ISO12800。當下在用這顆底的手機除了索尼自己的手機，典型的像是魅族MX4、MX5，也的確表現出了不凡的畫質。
（榮耀7雖然用上了IMX230，卻閹割了相位對焦特性，大約是基于成本考慮）
隨后的IMX230在尺寸方面稍有縮小，變為1/2.4英寸，有效像素2100萬。具體性能參數包括了堆棧式結構、可以24fps的速率進行全幅輸 出，支持30fps 4K拍攝，視頻HDR有更優表現，由于索尼未公布IMX220的詳細參數，所以不確定單從成像質量來看，IMX230是否有提升，但以索尼對IMX230 的描述，主要像素的背照式與堆棧式工藝沒有變化，理論上僅從靜態照片畫質來看估計是不如IMX220的。
不過上面這些不是主要改進，IMX230的最大特色是加入了用于相位對焦的像素——在主傳感器中加入相位對焦像素在微單領域不是什么新技術，但在手 機界還顯得很新鮮。一般情況下，相位對焦這種基于測距的對焦方式有著相較反差式對焦更快的對焦速度，這為抓拍以及提升拍攝體驗提供了很好的硬件基礎。 IMX230今年4月才逐步出貨，市面上采用IMX230的手機不多，包括樂視Max和華為榮耀7，且后者還閹割掉了相位對焦特性。
于是檢驗相位對焦在手機拍照中能有多大貢獻的任務最先落到了IMX240身上（1600萬像素1/2.6英寸）。采用這顆同樣在索尼官方完全找不到 資料的圖像傳感器的手機有三星Galaxy S6和Note 4——前者帶有相位對焦特性，亦表明，IMX240具備可選相位對焦像素的配置。Galaxy S6非常出眾的對焦速度也說明，這種對焦方式對于提升拍攝體驗，縮短拍攝時間具備了相當大的意義。
（這就是傳說中用于相位對焦的像素）
而且iPhone 6用上的索尼定制版圖像傳感器所帶的“Focus Pixel”也就是相位對焦像素，同樣證明了相位對焦在手機成像中的價值，蘋果對市場的帶動力是可想而知的。加上索尼IMX230很可能替代IMX214 成為手機圖像傳感器新一代的主流選擇，未來一段時間內，我們可能很快會看到大量支持相位對焦的手機面市。
發展一些不同路線 比如RGBW
除了上面提到這些比較主流的索尼圖像傳感器，還有一些相對偏門的產品，比如LG G4、nubia Z9系列所用的IMX234；再比如華為P8采用一種叫做RGBW的IMX278傳感器，P8發布后短時間內引起了人們熱烈討論。IMX234和 IMX278起先在索尼官方也找不到任何資料，有人說這顆IMX278圖像傳感器是索尼為華為特別定制的。
（Chipworks發現，索尼針對IMX278做了堆棧結構的升級，比如新的TSV工藝、后背DTI像素隔離，以及像素陣列的確不是拜耳結構）
就在上周，索尼在官網給出了IMX278的一些參數，表明以后任何手機制造商都可以采用此傳感器，這是顆1/3.06英寸1300萬像素的圖像傳感 器。在功能特性中索尼特別提到了“超高信噪比”（Super High），以及針對白色（也就是RGBW中的W）的反馬賽克算法所做的高級抑噪，另外包括內建溫度傳感器等。
RGBW這個概念想必經過大量知識普及后，很多同學也知道了其簡單原理，就是像素陣列排布，以紅、綠、藍、白四個像素為一組，其中這個“白”也就是 去掉了色彩濾鏡（或無色濾鏡），在一個像素去掉濾鏡后，低光照環境下的感光效率能夠提升很多——通過后期算法，可實現對畫面暗部細節更好的兼顧。即便很多 人認為，這種技術的現實意義并不大，因為圖像傳感器和處理器性能的提升令多幀合成技術也可以達到同樣甚至更好的效果——典型代表是iPhone，雖然下圖 中，iPhone的HDR明顯被關閉了。
（華為近兩年似乎都在以提升成像暗部表現為己任）
RGBW在圖像傳感器自身的實現上難度不大，其難點在于圖像處理引擎的反馬賽克算法上，而且它的出現可以追溯到2007年（據說是柯達最先發明的），此前也有一些手機采用了類似的傳感器。
比如中興星星一號所用來自Aptina的圖像傳感器，以及Moto X一代手機攝像頭所用OmniVision的OV10820，只不過在叫法上存在一些差異，后兩者將這種像素陣列稱作RGBC，這里的“C”（Clear 透明）像素也就類似于索尼IMX278的“W”像素。
OmniVision，雙攝像頭也是個思路
人眼有個有趣的特點，它對影像層次的捕捉并不隨著光比的增減呈現出線性，也就是對世界暗部細節的捕捉能力更強。這就要求成像設備追逐畫質的時候有著 更好的寬容度，尤其暗部細節。如上所說的RGBW傳感器是種解決方案，還有多次曝光多幀采樣做HDR后期也是個辦法，另外一個解決方案是用兩顆傳感器，一 次就完成兩張照片的采樣。
采用這類解決方案的代表是華為榮耀6Plus雙攝像頭，它所用的圖像傳感器是來自OmniVision的OV8865（800萬像素1/3.2英寸CMOS ×2）。這種雙攝像頭解決方案的確是用到了兩個完整的攝像頭模塊，也就包含兩顆圖像傳感器。
榮耀6Plus所用這套方案相較其他雙攝像頭手機的主要差別是，兩顆攝像頭都參與成像，而且進行不同曝光參數的曝光，起到單次成像HDR的效果，這 是華為宣稱這款手機有出色逆光拍攝效果的原因所在，而且它也的確表現出了明顯優于同時代手機的成像寬容度。若不談榮耀6Plus在算法上的暫時不 及，OmniVision的雙攝像頭對成像的確有幫助，但這建立在兩顆攝像頭配置相同的基礎上。
所以雙攝像頭對很多人而言，更大的意義在于玩法的多樣性，比如由于從兩個位置取景可做3D拍攝，還有模擬單反這類大底成像設備才能達成的淺景深效果 （雖然效果還是很不理想）。除了榮耀6Plus之外，市面上能這么玩的主要就是HTC One M8、M9+了，它們的雙攝像頭方案沒有榮耀6Plus那么復雜，所用輔助攝像頭平常是不參與成像的，但能用來達成如上所述的玩法，這顆攝像頭的圖像傳感 器同樣來自OmniVision，型號為OV2722（200萬像素1/6英寸CMOS）。
今年年初，OmniVision中國區總經理在談對市場的前瞻時曾經表示，對雙攝像頭方案非常看好，會“成為主流”，即便現在看來這似乎還只是個美好的夢想，人們對它的熱情也遠不如想象中那么高，誰也說不準雙攝像頭方案是否在逐步完善后還有希望受到關注。
（傳說中的UltraPixel正是OmniVision的作品）
OmniVision在手機領域的主要客戶正是HTC，非常著名的產品如HTC早年著力宣傳的UltraPixel攝像頭所用圖像傳感器乃是 OmniVision的OV4688（400萬像素1/3英寸CMOS）——它的特色在于2μm的像素尺寸帶來更好的感光性能；90fps的全尺寸輸出； 還有一種加強型的HDR（官方名曰line-based staggered HDR）。HTC的許多中端定位機型，也有采用OmniVision圖像傳感器的傳統，比如HTC E8選擇了OV13850。
（今年OmniVision面向市場主推的就是這顆OV23850）
此外，金立也算是OmniVision的忠實客戶，早前的E7就開始采用OV的方案，最新的金立E8則用上了目前OmniVision為智能機頂配 的圖像傳感器OV23850（2380萬像素1/2.3英寸CMOS），尺寸和分辨率在手機中都是頂級的，全尺寸輸出可達24fps。這顆底用上了OV最 新的“堆疊晶圓技術”，所以同樣支持視頻HDR，更重要的是對相位對焦做出支持！
東芝，走自己的路 讓其他廠商打的去吧
在眾多CMOS圖像傳感器制造商之中，同樣擁有多年經驗的東芝，在發展道路上具備了一點“不走尋常路”的特殊性，這種特殊性，與諾基亞有著很大的關系，因為Lumia手機所用攝像頭幾乎都是由東芝制造完成的。
除了Lumia 920同系的攝像頭圖像傳感器來自索尼，如808 PureView、Lumia 1020這種現在看來仍在手機成像領域，能將其他手機甩出很遠的手機產品所用“大底”圖像傳感器都是東芝制造的。但因為諾基亞從未公布與東芝合作的細節， 東芝也完全不會公開這些稍顯變態的大底傳感器的數據——Chipworks倒是對這些傳感器做了詳盡的研究，但研究結果都以paper形式收費，且每篇文 的價值不菲，有好奇心的土豪們可以去購買下載。
（808PureView的圖像傳感器是東芝為之特別定做的HES9，尺寸驚人）
從Chipworks公布的拆解數據可知，諾基亞808 PureView所用這顆底為4100萬像素1/1.2英寸的東芝HES9，16:9與4:3冗余設計（東芝為諾基亞提供的所有底幾乎都是這種冗余設 計），前照式；而Lumia 1020用的圖像傳感器同為4100萬像素，但已改用BSI背照式，提升了暗光環境下的感光能力，尺寸縮減到1/1.5英寸，但相比普通1/3英寸的底也 已經大出5倍，具體型號為CK26V1。即便假定這兩顆底沒有用什么尖端工藝和技術，也以其尺寸碾壓了其他手機。
（跟諾基亞合作，就是如此炫酷）
即便是同代產品對比，東芝的底也完全沒有弱于其他競爭對手。比如諾基亞的Lumia 1520/930所用2000萬像素1/2.6英寸的圖像傳感器為東芝CK44V2（專為諾基亞定制），和為Lumia 830定制的1/3.4英寸底（型號不明），都表現出了上佳的素質，雖然不清楚諾基亞在其中的參與度有多少。
東芝目前面向眾多手機廠商的主推產品是2000萬像素1/2.4英寸的T4KA7，背照式結構，全尺寸輸出規格22fps（RAW10），數據格式 支持RAW12，據說是顆旗艦產品，今年3月份已經開始規模量產。其特色相較前代產品是可讓智能手機設計得更薄，采用這顆傳感器的典型代表是HTC M9系列與E9系列手機。
（與很多人想得不同，HTC M9所用圖像傳感器來自東芝，而非索尼）
還有一款T4KC3是本月早前剛剛發布的，基本規格包括1600萬1/2.7英寸，全尺寸輸出30fps，支持HDR以及東芝傳說中的 “Bright mode”——即就算采用高速攝影，也不會因為快門加速而丟失亮度，還有一點是東芝極其輕描淡寫的相位對焦（PDAF），足見就算是走自己的路，對相位對 焦這種趨勢也還是需要迎合的。
這是個還在激戰中的市場
除索尼、OmniVision和東芝，從事移動圖像傳感器制造的主流廠商還包括了三星、上文提到的Aptina等。
這其中另值得揮一筆的是三星。三星圖像傳感器在手機領域的代表作應該是Galaxy S5所用的S5K2P8（1600萬像素1/2.6英寸），其特色是名為“ISOCELL”的像素類型，這是一種在像素單元間增加屏蔽的技術，三星自己的 說法是可以降低像素間30%的串擾，配合微透鏡的改進，ISOCELL據說可接受更大角度范圍的光線入射，也就能配合大光圈鏡頭。只不過在Galaxy S5身上并沒有表現出明顯優于競爭對手的氣魄。
從各家的努力的總方向來看，這兩年手機CMOS圖像傳感器仍在朝著尺寸更大，像素數目更多的趨勢發展，全面跨過1/3英寸這道坎，全面進擊2000 萬像素，低光成像素質更出眾，4K視頻拍攝成為標配，全尺寸輸出靠近30fps，而最重要的趨勢就是相位對焦的全面融入，東芝、OmniVsion和索尼 都已經在高端產品中加入了相位對焦選項。
不難預見，此后將推的旗艦機將大量涌入2000萬像素1/2.x英寸的配置，而且支持更為快速的相位對焦。當然這只是從圖像傳感器的發展做出這樣的 推斷。手機拍照的發展方向或許更多還得看圖像處理器和鏡頭的發展，畢竟圖像傳感器似乎都已經不再是手機拍照好壞的決定因素了，因為大家的圖像傳感器似乎都 還不錯。
