智能手机相机百万像素级的战争已停止了数年之久，但在2019年又恢复了增长。配备大型40MP Quad Bayer传感器的Huawei P20 Pro(评测)和Huawei Mate 20 Pro(评测)于2018年问世。百万像素传感器不一定不利于弱光摄影。得益于漂亮的4合1像素合并和强大的夜间模式，华为2018年的旗舰智能手机能够轻松地在低光摄影领域处于领先地位，在某些情况下甚至可以匹敌Google的HDR +和Night视线必须提供。2019年，受华为启发，高百万像素Quad Bayer传感器成为主流智能手机厂商的主流产品，采用了某种形式的48MP索尼IMX586，48MP三星GM1和GM2的64MP三星ISOCELL GW1，最后，最新的索尼64MP IMX686。小米随着Mi Note 10的发布而崭露头角，它配备了108MP三星ISOCELL X主传感器。在新推出的三星Galaxy S20超是市场上第二手机中使用的108MP的主摄像头(不包括弥阿尔法混合概念手机)，但它的工作流程是不同的。让我们详细介绍。

Galaxy S20 Ultra是三星Galaxy S20系列中的旗舰手机，其规格和价格相匹配。常规的Galaxy S20和G​​alaxy S20 +使用新的12MP主传感器，像素大小为1.8微米，而Galaxy S20 Ultra则升至108MP主传感器。不过，这与Mi Note 10传感器不同。Galaxy S20 Ultra使用的是ISOCELL 1传感器，比Mi Note 10中使用的ISOCELL X略有改进。它的速度为8K @ 24fps录像，一个。更有意思的是，它从Mi Note 10中使用的4合1像素合并到可生成12MP照片的新9合1像素合并。三星将其称为nona binning，这是第一款使用3×3像素合并而不是2×2像素合并的手机。Galaxy S20 Ultra可以在高分辨率108MP模式和非像素合并12MP模式之间动态转换。

要了解为什么这样做有好处，让我们看一下像素合并的工作原理。

高百万像素Quad Bayer传感器上的像素合并

在2018年之前，基本上每个智能手机相机都具有拜耳彩色滤光片阵列。华为P20 Pro和华为Mate 20 Pro是首批使用Quad Bayer传感器的手机。简而言之，Quad Bayer传感器的色彩分辨率低于标准Bayer布局的传感器。例如，在IMX586上，摄像头传感器上的物理滤色镜仅具有12MP的有效分辨率。通过在逻辑像素之间重新排列子像素，此类传感器的ISP能够从传感器中获得虚拟的48MP拜耳结果。应该清楚的是，这种方法不如使用标准的拜耳滤波器好。具体区别是什么?据AnandTech称，48MP IMX586具有接近27MP的空间分辨率，因为它只能在中途提高空间分辨率。

为什么要使用Quad Bayer传感器?它们之所以有意义，是因为到目前为止，如果设备制造商想要集成一个高百万像素传感器，它们是市场上的唯一选择。通过使用4合1像素合并可以减轻它们的负面影响，该合并将四个像素在传感器级别组合为一个像素，以减少噪声，改善动态范围并改善每个像素的细节。将多个像素组合成一个像素并不是一个新主意。它是在2012年和2013年使用诺基亚808 PureView和诺基亚Lumia 1020完成的。以前，我们的想法是将多个噪点像素合并为一个干净的“超级”像素。Quad Bayer传感器的出现导致像素合并的普及。

像素合并的理论是这样的。华为旗舰产品上定制的40MP传感器的像素大小为1.0微米。主流的48MP和64MP传感器的像素尺寸更小，仅为0.8微米。即使108MP ISOCELL传感器也具有相同的0.8微米像素尺寸，因为当分辨率与传感器尺寸同时提高时，像素尺寸保持恒定。当像素尺寸减小时，低光图像质量受到不利影响。弱光照片受像素对光的敏感度的影响很大，因此，经验法则是采用更大的像素大小，旗舰12MP传感器的像素大小约为1.4微米。

从理论上讲，Quad Bayer传感器通过像素合并来规避此限制。华为的4合1像素合并默认情况下以“有效像素大小”为2.0微米生成10MP张照片。默认情况下，48MP和64MP传感器对12MP和16MP照片使用4合1像素合并，有效像素大小为1.6微米。小米Mi Note 10默认情况下以有效像素大小1.6微米对27MP照片使用4合1像素合并。这样一来，他们就可以在低照度条件下获得竞争优势。当然，智能手机摄影是一个复杂的领域，图像处理是同等重要的因素，但是所有其他因素都是不变的，有效像素大小为1.6微米应该比1.4微米更好。在实现如此高的百万像素Quad Bayer传感器方面，一些设备制造商比其他制造商更成功。Google Pixel 4通过改进HDR +和Night Sight形式的计算摄影来弥补它。

因此，我们现在有一个市场，其中甚至更低的中档手机也具有48MP和64MP Quad Bayer传感器，因为与传统的12MP或16MP传感器相比，它们基本上没有真正的缺点。使用4合1像素合并，无论如何在大多数照明条件下，尤其是在弱光条件下，最终照片的分辨率均为12MP。高分辨率的好处来自日光，某些手机确实提供48MP模式以利用提高的空间分辨率。

Galaxy S20 Ultra是像素合并方法的逻辑演进。到目前为止，使用高像素传感器的手机已经使用2×2像素合并将四个像素组合为一个像素。例如，这使有效像素大小从0.8微米增加了一倍，达到1.6微米。但是，使用108MP传感器，有可能一次合并更多像素。4合1像素合并将导致27MP像素合并模式，对于一般照片而言，该模式仍然过大。同样，有效像素大小为1.6微米的27MP照片还是不错的，但是如果有效像素大小为2.4微米的12MP照片可以怎么办?

三星通过使用3×3像素合并将9个像素合并为传感器级别的单个像素，从而实现了2.4微米的有效像素大小。“ Nona binning”仅是公司的3×3 Binning营销术语。这会将9个相对嘈杂的像素合并为一个大而干净的超像素，从理论上讲，它将进一步增强低光灵敏度。智能手机相机中闻所未闻的2.4微米有效像素大小。唯一的相似之处是OmniVison的48MP OV48C图像传感器，该传感器在CES上推出。它输出标准的拜耳照片，并具有1.2微米的像素大小，该像素大小使用近像素合并功能以2.4微米的像素大小实现12MP照片。尽管它具有很好的规格，但它尚未进入任何运输电话。

因此，三星的方法在理论上是两全其美的。该公司表示，手机将在高分辨率的108MP模式和12MP的非像素合并模式之间动态转换。在白天，如果图像处理能力不佳，它应该能够拍摄超高分辨率的108MP照片以捕获遥远的细节并进行更有效的裁剪。在弱光条件下，它将使用9合1像素合并技术动态切换到12MP模式。弱光摄影受像素大小的影响远大于分辨率。从理论上讲，即使分辨率从27MP(2×2合并)降低到12MP(3×3合并)，在弱光下进行3×3像素合并也比2×2合并更具意义。

因此，Galaxy S20 Ultra的108MP传感器在纸张上没有任何弱点。实际上，无论在白天还是在弱光下，它都应该成为新的图像质量冠军。在我们保留自己的判断力直到我们自己测试手机之前，三星已经在纸上做出了正确的决定。我个人毫不怀疑，如果执行得当，将会有更多使用108MP传感器的供应商从4合1装箱转向9合1像素装箱，从而在低光下获得更好的照片。Galaxy S20 Ultra绝对是一款有趣的手机，它使我们充满希望，今年智能手机相机的性能和图像质量将再向前迈进一步。