ToF與1億像素，迥異的命運背后有著怎樣的現(xiàn)實？

編者按：本文來自微信公眾號“三易生活”（ID:IT-3eLife），作者 三易菌，36氪經(jīng)授權(quán)發(fā)布。

2021年1月31日，小米集團中國區(qū)總裁、Redmi品牌總經(jīng)理盧偉冰突然發(fā)布了一條微博。據(jù)他表示，自己“突然想到”，此前一些主推ToF功能的品牌，如今在新品中也不再搭載ToF功能，反倒是一億像素的CMOS會成為今年更多新機的選擇。

此言一出，外界很快就聯(lián)想到了此前業(yè)界一些“一億像素?zé)o用論”的觀點。而盧偉冰的這一表態(tài)，也自然被概括為了“市場證明一億像素的方向比ToF更對”。

說實在的，雖然都是安裝在多攝模組中的組件，但一億像素CMOS與ToF模組的功能其實是完全不同，一個是用來成像的圖像傳感器，另一個則是本身不能成像，主做精確測距的測距儀。那么為什么它們之間會產(chǎn)生“路線之爭”，又為什么如今的市場境遇會截然不同呢？

ToF是很黑科技，但用處也很迷

ToF就是飛行時間傳感器，或者說得更直白一點，其實就是“測距儀”。它的工作原理是通過發(fā)射光束，然后要么直接測量光線反射的時間，要么測量反射光的波長，從而得到被攝物體的距離信息。



并且因為ToF發(fā)射的光束不是一個小小的“點”，而是一個很大的“面”，這就意味著它不僅能夠測距，而且能測量出物體的一個立體形狀。比如說用它對準(zhǔn)人臉的話，就可以得到一個立體的“臉部建?！绷?。

是不是很神奇？是很神奇。但它有沒有什么實際用途呢？

Emmmm……不能說沒有，但至少到目前為止，我們所見絕大多數(shù)配備了ToF傳感器的機型，都并沒有開發(fā)出什么能讓消費者印象深刻的“殺手級功能”。



比如說，它可以用來掃描物體的形狀，然后自動建立一個3D模型。但問題就在于，消費者家中并不會有3D打印機，就算建出了模型也沒有什么實際作用。

比如說，它可以用于物體測距，能換把手機鏡頭變成AR“尺子”來使用。但問題在于，這種測距功能看似科幻，但精確度極易受光線、物體表面紋理、測量角度等等因素的影響，所以真要用起來，可能遠不如卷尺來得更方便和精確。



又比如說，它當(dāng)然也可以用于智能手機影像功能的輔助對焦。但是ToF的測量速度其實并沒有那么快，而且正因為它測量的是“一整面的距離”，所以一些使用ToF作為輔助對焦手段的廠商最后發(fā)現(xiàn)，用它拿來輔助對焦的時候，精度還不如簡單測量“點到點距離”的激光傳感器來得靠譜。以至于去年年初一些配備了ToF的機型，在去年下半年和今年上半年的后續(xù)產(chǎn)品中，又把ToF去掉，換成了激光對焦模組。

一億像素有缺點，但也已經(jīng)進化了數(shù)代

說完了ToF，我們來看看爭議的另一端，也就是“一億像素CMOS”。說實在的，只要大家此前關(guān)注過我們?nèi)咨睿椭牢覀儚膩砭蜎]有盲目吹捧“大底高像素”的設(shè)計方案。事實上我們也曾多次指出過，以一億像素為代表的這種方案，本身也存在一些體驗上的短板。

一億像素有什么缺點？至少在2019年底、2020年年初，相關(guān)的產(chǎn)品剛剛問世的時候，它的缺點包括但不限于對焦緩慢、追焦能力差、微距能力差、成像速度慢、體積過大過厚等等，也沒少被我們吐槽。



但是既然我們都能發(fā)現(xiàn)當(dāng)時1億像素傳感器的缺點，上游的廠商當(dāng)然也不會無動于衷。從2019年底到現(xiàn)在2021年初，短短的一年多的時間里，“傳統(tǒng)的”一億像素傳感器就已經(jīng)更迭了四代之多。

首先是2019年12月，小米在CC9 Pro上首發(fā)的S5KHMX，也就是初代一億像素方案，它確實不夠成熟，同時也具備上文中我們說到的全部缺點。

然后2020年2月，三星在自家Galaxy S20 Ultra上搭載的S5KHM1，相比HMX，HM1就將“四像素合成”升級到了“九像素合成”，既解決了默認狀態(tài)下2700萬像素不夠?qū)嵱玫膯栴}，也大幅提升了一億像素大底的感光能力。



此后的2020年11月，國內(nèi)版Redmi Note9 Pro全球首發(fā)S5KHM2，它首次使用了更緊湊的0.7微米像素設(shè)計，成功解決了一億像素傳感器過大過厚的問題。同時通過引入新的像素處理機制（直接在CMOS上完成像素識別，不需要ISP參與計算），HM2大大減輕了智能手機使用1億像素方案時的計算壓力，完美解決了超高像素傳感器“成像慢”的問題。



而到了2021年1月，隨著三星新旗艦Galaxy S21 Ultra的登場，第四代的S5KHM3也正式亮相。它采用了全新的高速對焦設(shè)計，通過新的像素結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了64倍于前代的亮度和色彩捕捉能力，同時還進一步優(yōu)化了功耗。



你以為這就結(jié)束了？不止于此。實際上，vivo此前在自家影像旗艦X50 Pro+與X60 Pro+上使用的方案，本質(zhì)上也可以看作是“一億像素”CMOS的衍生品。通過將傳統(tǒng)一億像素CMOS改為每兩個像素點共用一個微透鏡，就誕生出了“名義上5000萬像素（其實還是1億感光元件）”，而且具備全像素雙核超高速對焦和追焦能力的S5KGN1。

除此之外，從目前各方傳出的相關(guān)信息來看，一億像素CMOS的更多改進和異化設(shè)計還在繼續(xù)進行中。諸如1.5億像素、2億像素，甚至6億像素的超大底、超高分辨率CMOS，之后都有可能出現(xiàn)在市面上。換而言之，現(xiàn)在的“一億像素”，早已不再是2019年底、2020年初那個飽受詬病的“一億像素”了。通過大量的技術(shù)改進，一億像素的方案已經(jīng)完全有了作為頂級影像設(shè)計的資本。

環(huán)境與消費需求的變遷，決定了最終的技術(shù)走向

很顯然，相比到現(xiàn)在都還沒有弄明白自己“到底能干啥”的ToF傳感器，一億像素CMOS陣營的“主觀能動性”可強多了。不僅如此，在這一兩年時間里，智能手機本身性能等級和消費者使用環(huán)境的變遷，也很明顯有利于一億像素的推廣，而不利于ToF的普及。



首先，自一億像素CMOS誕生以來，我們可以看到上游芯片廠商很快就針對超高像素CMOS的需求，對旗下產(chǎn)品的ISP進行了針對性設(shè)計。比如本身定位中端的驍龍765G就已經(jīng)能夠支持1.92億像素的CMOS，而今年的幾款新旗艦高通驍龍888、三星Exynos2100、聯(lián)發(fā)科天璣1200，更是“不約而同”地將ISP所能支持的最高單像素CMOS這個指標(biāo)提升到了2億像素。



其次從消費者的使用習(xí)慣來說，超高像素CMOS在手機行業(yè)剛剛誕生的那會，大家對于它的認知大部分還僅限于“拍照能數(shù)毛”這種并不具備實用性的場景。然而隨著如今5G網(wǎng)絡(luò)的鋪開，各大視頻網(wǎng)站基本上都已經(jīng)放開了4K、HDR、甚至是杜比視界和杜比全景聲視頻的創(chuàng)作權(quán)限。智能手機上的超高像素CMOS，突然就有了“可以更好地拍攝4K甚至8K視頻”這一明顯更具“錢景”的使用方式。



與此同時，其實ToF傳感器原本也曾經(jīng)在手機上有過明顯的、更加靠譜的一些使用場景，比如說它能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的AR空間定位，有助于發(fā)展AR游戲和AR購物。而谷歌也曾嘗試過借助ToF、超廣角攝像頭以及其他的傳感器配合，為手機增加專業(yè)級的超遠距離測距和空間繪制能力。

但是，一方面“AR游戲”如今早已不再吃香；從另一方面來說，專業(yè)的空間測距設(shè)備其實從來都不欠缺。畢竟對于建筑設(shè)計師之類的人士來說，比起可能很先進而且也不太貴的手機ToF方案，他們當(dāng)然會更信賴價格不菲但更為穩(wěn)定靠譜的全站儀、激光測距器等等設(shè)備。



這意味著什么？簡單來說，也就是以一億像素為代表的超高像素機型如今不僅僅是本身技術(shù)越來越進步、越來越成熟，而且也日漸受到普通消費者、上游芯片廠商、互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容平臺的重視，本身的實用性正在日漸加強。但相比之下，ToF不僅技術(shù)上始終沒有突破，同時其應(yīng)用環(huán)境也遲遲沒有建立起來，因此被市場淘汰成為“錯誤的方向”，也就是自然而然的事情了。