雖然最近這段時間，基于驍龍 8+、天璣 9000+ 等 " 半代升級平臺 " 的旗艦機型才剛剛開始發布，但對于許多爆料人士和發燒友來說，他們顯然已將目光瞄準了明年的旗艦產品。

比如說，就在日前有消息源曝光了據稱是來自三星的一個新商標 "Hexa² pixel"，并且結合此前的爆料信息聲稱，其很可能就是為下代旗艦 Galaxy S23Ultra 準備、高達 2 億像素的專屬 CMOS，所具備的關鍵技術特性。

可能有的朋友已經猜到，"Hexa² pixel" 大概率會是一種基于 " 多像素合一 " 的 CMOS 工作模式、或者說手機影像技術。既然如此，今天我們三易生活就來聊聊，關于手機上的 " 多像素合一 " 技術那些不太為人所知的早期階段，以及其背后的技術和商業邏輯。

追求大像素的原初理念，其實很早就已有了

如今說到手機 CMOS 上的 " 多像素合一 " 技術，很多朋友可能首先想到的會是自 2018 年底出現，以三星 GM1 與索尼 IMX586 為代表的早期 1/2 英寸、4800 萬像素 " 普及型大底 "CMOS 方案。

的確，回顧當時的相關新品發布會不難發現，配備這些 4800 萬像素 CMOS 的 jixing ，它們在絕大多數情況下都會默認以 " 四像素合一 " 的方式工作，也就是說實際只輸出 1200 萬像素的照片。

正因如此，這些 CMOS 名義上的 " 高像素 " 與實際使用中的 " 低像素 " 表現，給用戶留下了深刻的印象，從此也令 " 多像素合一 " 技術被廣為知曉。

當然，并不能說 4800 萬像素的機型日常只能拍 1200 萬像素照片，就是一種 " 欺詐 "。畢竟，一方面這些機型還是會提供獨立的 " 高像素模式 "；另一方面，通過 " 多像素合成 " 技術也確實有效彌補了 CMOS 尺寸不夠大、像素又太高所帶來的單像素尺寸不夠、感光性能差的硬件缺憾，從而很大程度上增強了弱光環境成像效果。

順著這條思路去追溯就會發現，" 犧牲傳感器像素數量，換取更大單像素面積 " 的做法，在手機行業其實很早就已出現。沒錯，至少可以追溯到 2013 年的 HTC One。

2013 年 2 月，HTC 方面正式發布了旗艦機型 One M7。在這款產品上 HTC 也首次嘗試了一種極為大膽的設計，那就是僅有 400 萬像素的 "Ultra Pixel" 后置主攝。

要知道即便是在 2013 年，主流機型的主攝像素也早已來到了 1300 萬級別，只有那些入門級產品還在使用著 800 萬像素的方案。因此 HTC 選擇給旗艦機配備 400 萬像素后攝，理所當然地引起了不小的爭議。

但站在如今的角度來看，初代 "Ultra Pixel" 相機的理念顯然是極為超前的。因為它的 CMOS 尺寸實際上與其他同類機型的 1300 萬像素后攝 CMOS 是一樣大（1/3 英寸），同時通過主動 " 舍棄 " 像素數量，HTC 換來了高達 2μm 的單像素尺寸，從而為這顆 400 萬像素的相機帶來了超強的感光和夜拍性能。

而從某種程度上來說，HTC 這款 400 萬像素的 "Ultra Pixel" 相機，其實也正是如今智能手機行業 " 以像素換感光 " 的 " 多像素合一 " 技術的鼻祖。

2014 年，最初的 " 多像素合一 " 技術出現在手機上

很顯然 HTC 的想法雖然很好，但問題在于，對于當時已深陷 " 唯像素論 " 的消費者來說，顯然不是每個人都能理解這份苦心。因此 HTC 初代 Ultra Pixel 技術以及其搭載機型，也就此陷入了口碑相當兩極分化、且市場表現并不算驚艷的尷尬境地。

或許正是因為看到了 " 友商 " 的失誤，2014 年當華碩聯合 Intel 推出首款 Zenfone 系列機型時，選擇了 " 部分借鑒 "HTC 的產品思路。但他們自己可能都沒有想到的是，這一舉動也深遠地影響到了后來的整個手機行業。

華碩做了什么呢？簡單來說，在他們當時的 "Pixel Master" 相機應用中，手機大多數情況下都會以 CMOS 的 " 全像素 " 進行輸出，比如 800 萬像素相機拍出來就是 800 萬像素的照片，1300 萬像素相機拍出來也確實是 1300 萬像素。一旦用戶開啟 " 夜景模式 "，那么華碩的 " 感光組件合并技術 " 就會將四個像素合并為一個進行感光，從而讓手機拍出僅有 200 萬 /300 萬像素，但是亮度卻大為提升的 " 超級夜景 " 照片。

盡管由于年代太過久遠，如今我們已無法考據，華碩這個 " 感光組件合并技術 " 到底是 CMOS 本身就支持 " 四像素合一 "，還是工程師做了一些創新，在軟件上實現了這個功能。但能夠確定的是，它的確開創了智能手機真正 " 多像素合一 " 的用例，實現了名義上的 " 高像素 " 和特定場景下 " 大像素 " 之間的切換功能。

從 4 到 9、再到 16 與 12，高像素 CMOS 的進化邏輯

需要說明的是，雖然華碩的 " 感光組件合并技術 " 從原理、使用場景上，已經與如今的 CMOS" 多像素合一 " 無比近似了。但實際上，當 2018 年那些 4800 萬像素機型面世時，它們之所以要即使在白天也會默認開啟 "4 像素合 1" 模式，還有一個說不出口的尷尬原因。

很簡單，因為當時的 ISP 算力其實根本就不足以處理 4800 萬像素的照片，或者說得更準確一點，是不足以處理 4800 萬像素的多幀降噪、AI 場景判斷等增強算法。因此導致早期的大量 "4800 萬像素 " 機型，反而只有工作在 "1200 萬像素 " 模式時，拍出來的畫質才會更好，而一旦開啟 " 高像素 " 后就會退步。

當然，這一問題在早期的 6400 萬像素、乃至 1.08 億像素機型也同樣存在。所以大家不難發現，無論 GW1、GW2，還是 HMX，這些高像素大底 CMOS 實際上都默認工作在 "4 合 1 模式 " 下。特別是到了后來的 HM2 上，由于其像素很高（1.08 億）、底又不夠大（1/1.52 英寸），再加上默認面向的是性能不那么強的中端機型，所以更是直接采用了像素 "9 合 1" 的設計，從而達到增強拍攝畫質、同時降低 SoC 計算量的目的。

令人欣慰的是，隨著時間的推移，SoC 的算力提升總算追上了 CMOS" 像素膨脹 " 的進度。也就是從這個時候開始，大底高像素 CMOS 的 " 像素合成 " 功能，也開始有了一些更為積極的變化。

比如從 2020 年到 2021 年，就接連迎來了包括 IMX689、IMX766、S5KGN1、S5KGN2、S5KGN5 在內的，一大批專為頂級旗艦產品設計的新款大底高像素 CMOS 方案。雖然它們在具體的透鏡結構、像素分割方式上，相互之間還是有那么一點點區別，但這一批 CMOS 的共同特征，就是它們都在 "4 像素合 1" 的結構基礎上大幅增強了對焦與追焦性能。

又比如說，在前段時間三星方面剛剛公布了旗下首款 2 億像素 CMOS 方案 HP1。它雖然有著 1/1.22 的大底，但由于像素數量太高，所以單像素尺寸確實不大（0.64μm）。好在，三星為其設計了新的 "16 像素合 1" 結構，可以讓 CMOS 最多將 16 個像素合并為等效 2.56μm 的大像素進行感光，此時其感光性能就不輸給那些頂級型號了。

與此同時，在 "4 合 1" 模式下，這款 CMOS 還具備 " 雙超級 PD" 對焦結構，能夠以兩倍于普通相位對焦的速度檢測物體運動，從而兼得高畫質與不錯的對焦性能。

最后，我們再來聊聊前文中所提及的 "Hexa² pixel"。其實僅從名稱上，這個商標里就有兩個值得關注的信息點，其中一是 "Hexa"、也就是 "6"，另外一個則是平方符號。

這是什么概念呢？其實從表面上來看有兩種可能性。一種是 "6 像素合 1"，然后每兩個 " 像素組 " 之間再進行雙核相位對焦；另一種則是 "6 像素合 1"，然后每 6 個像素組再合 1。

然而考慮到目前已經基本確認，三星這款新旗艦 CMOS 會采用 2 億像素的規格，因此 "36 像素合 1" 的可能性基本可以被排除（主要是因為合完后只剩下 500 多萬像素，這顯然不太現實）。

相比之下，"6 像素合 1" 后再進行全像素組的雙核相位對焦設計，似乎可能性就要更高一些。畢竟，此前三星手機用的億級像素 CMOS，還沒有一款能夠支持雙核對焦，如果新機能夠在搭載 2 億像素 CMOS 的同時、大幅強化主攝在日常場景下（也就是像素多合一之后）的對焦、追焦性能，確實也夠格稱得上是極大的體驗進步了。

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