【手机中国 评测】之前和各位看官介绍过ISO Cell传感器的历史由来以及演变过程，不少读者表示对IMX系列传感器同样感兴趣。自14年开始智能手机成像画质都有赶超数码相机的趋势，尤其是弱光和夜景这些昔日被认为是智能机拍照痛点的场景。除了和光学防抖、大光圈引入有关，还和IMX系列传感器自身不断优化有莫大关系，从前照式、背照式再到堆栈式结构一步步提高弱光下曝光量。而近期引入的DTI画质增强技术则类似之前所说的ISO Cell像素结构，在保证传感器曝光充足前提下，进一步提高画面整体纯净度，大幅抑制噪点的生成。除此以外，IMX系列传感器还引入了硬件HDR摄录、4K视频、相位对焦等功能。在介绍IMX传感器家族之前，我们先分享一些基本行业术语。
前照式、背照式和堆栈式区别
前照式（FSI，Frontside illumination）像素结构我们并不陌生，当年的诺基亚PureView 808正正就是采用了这种结构。众所周知，和后来采用背照式传感器的诺基亚Lumia 1020相比，同样是4100万像素，后者相比前者在传感器尺寸稍微缩小了的前提下，在弱光下表现相比诺基亚PureView 808更胜一筹。问题在于前照式传感器的线路部分遮挡了感光层从而削弱了进光量。
背照式（BSI，Backside illumination）像素结构分支是Exmor R CMOS，也就是索尼家的背照式传感器，换句话说，OV（OmniVision）、三星和松下等传感器生产商也能够制造出自家的背照式传感器。背照式传感器并不是哪一家厂商的专利名词，但是Exmor R CMOS则是索尼家商标。
堆栈式CMOS（Stacked CMOS）又名积层式CMOS，堆栈式像素结构分支是索尼Exmor RS CMOS，同理，堆栈式结构并不是索尼专用的，但是Exmor RS CMOS则是索尼家商标。首代Exmor RS CMOS传感器有三个型号：IMX135、IMX134和ISX014。在OPPO Find 5首发的堆栈式传感器采用的正是IMX135，OPPOFind 5也是全球首批采用堆栈式传感器的智能手机之一。
前照式、背照式和堆栈式传感器间区别（图片来自互联网）
简单总结一下从前照式到背照式，再到堆栈式结构三者之间，传感器内部究竟怎么变？我们简单地将CMOS传感器看作只有两层结构：电路层和像素层，前照式时候电路层基本上完全覆盖像素层，让弱光下和夜景表现十分差劲，像素层得不到充分的曝光。背照式时候将这两层结构互换了位置，像素层曝光更加充分，但是电路层还是有一部分电路元件占据了像素层位置。堆栈式结构进一步将这些“残余乱党”转移到电路层，最终实现电路层和像素层两层结构基本实现独立运营。堆栈式结构相比背照式结构，传感器里的像素点和电路是分开独立的，所以像素点部分可以进行更高的画质优化，电路部分亦可进行高性能优化。
800万和2000万以上像素传感器演变过程
前戏看完了，我们马上进入今天的高潮环节。先回顾一下近几年智能手机中的IMX传感器都出现了哪些主要型号。
这几年IMX系列传感器进化史
我们先按像素值大概划分出三个不同的档次。如图所示，在2012-2014年时候，IMX家族传感器主要还是以800万像素和1200/1300万像素两条主线为主，型号也不多，每条产品线基本上就是一年一更新的样子。2013年底出现在索尼Xperia Z1上的IMX220基本上属于索尼独享，魅族MX4和魅族MX4Pro在14年下半年也终于等到索尼对外出售这颗高像素大底传感器。2000万像素级别这条产品线对于索尼来说也是变化不大，从索尼Xperia Z1到索尼Xperia Z3+ Dual连续几代旗舰机都使用了IMX220。后来的升级版IMX230对外出售之后也没见用在自家的旗舰中。当然，最后我们知道索尼Xperia Z5系列其实是在等IMX300。
踏入2015年，市面上流通的IMX传感器的种类开始变得多了起来，乃至年底的时候还有IMX298和IMX300两款全新的CMOS分别出现在华为和索尼旗舰机之中。有些厂商继续在1300万像素上面深挖潜能，有些厂商则开始向更高的1600万像素以及2100万像素冲击。刚过去四个月的2016年，部分手机厂商开始把摄像头像素往回缩，从而换取更大的单位像素面积，从而改善弱光下成像效果。
接下来我们开始拆解上面这张看上去比较复杂的历史演变图，先从相对简单的800万像素和2000万以上像素传感器开始聊起。
800万像素和2000万以上像素传感器进化历程
IMX系列这几代的800万像素传感器变化仿佛都不大，从我们体验过的三星S3（IMX145）、索尼Xperia L（IMX134）和魅族MX3（IMX179）三款产品的成像画质横向对比来看，白天的区别更多的体现在手机厂商的白平衡调校等方面。根据官方参数显示，IMX179重点增大了传感器面积并提高了单位像素面积，实际的弱光表现并没有宣传中描述的那么立竿见影。当然，光圈值还是稳步提升的。最后就是从IMX134开始也获得了索尼堆栈式传感器的特征之一，录制视频时候能够实现硬件级别HDR，让视频光线变化过渡得更加自然。
2000万像素以上级别的三颗堆栈式传感器的变化还是可圈可点的。IMX230是索尼在15年对外出售的传感器中像素值最高的一颗，相比IMX220最大的变化在于引入了相位对焦技术，根据索尼官方介绍，IMX230最多支持192个自动对焦点，即使拍摄较高速运动的物体也不容易出现过去常见的拖影。还有就是硬件级别HDR摄录支持到4K级别分辨率。对我来说，印象最深刻的还是Moto X 极这款评测过的产品，IMX230传感器和骁龙810加上原生Android系统的配合下，合成HDR照片无须等待。
IMX230支持相位对焦技术和实时HDR摄录
IMX300延续了大底传感器（1/2.3英寸）抑制噪点的特色，自动感光度在极限情况下能够飙高到12800。IMX300能够实现将Phase Detection（相位检测）和Contrast Detection（对比度检测）对焦技术加以融合并迅速侦测与景物距离，将自动对焦距离时间缩短到0.03秒。当然摄像头像素值还是有轻微提升的。
还记得之前在介绍ISO Cell传感器时候，我们提及过三星在自用和对外出售的传感器型号中采取了区别对待的政策，例如三星S7之前那些自用的ISO Cell传感器都能够在16：9取景画幅下实现全像素的照片输出，而在之前另一篇评测文章中出现过的几款对外销售ISO Cell传感器全部都只能够在4：3取景画幅下生成全像素的照片。另一个经常被阉割的功能就是硬件级别HDR摄录。
对外出售的IMX220在参数上弱化了
无独有偶，索尼在这个方面也有类似的做法。在对外出售IMX220时候，索尼并没有将这颗传感器的硬件HDR功能解禁。其它方面的差距就是魅族MX4和魅族MX4 Pro上面2070万像素摄像头的镜头光圈从F2.0变成了F2.2，镜片数从6P下调为5P。理论上在虚化效果、进光量和解析力方面都会有所削弱，但是众所周知的是，当年这两款旗舰的解析力十分出众主要得益于魅族的锐化算法。当然，除了IMX220的减配，索尼G镜头和BIONZ专业影像处理器两项索尼专用配置自然也没有继承下来。
IMX300 CMOS+G镜头+BIONZ影像处理器
1200万-1600万像素传感器演变过程
接着我们重点看看1200万-1600万像素这些传感器的演变过程，这也是这几代IMX传感器关系最复杂的地方。
1200万-1600万像素传感器演变过程
索尼Xperia S（LT26i）首次突破千万级别像素值，当时也有人称索尼已经提前将堆栈式传感器用在了这款机型主摄像头上。不过索尼对外宣布首款突破千万级别像素值的堆栈式传感器并不是这颗1200万像素CMOS，而是13年的IMX135。正如IMX220一样，对外销售的版本并没有集成硬件HDR摄录功能，而且由于是第一次驾驭千万级别的堆栈式传感器，各大手机厂商在对这颗传感器进行调校的时候都出现了水土不服的现象。那个时期采用IMX135的旗舰机普遍出现白平衡不准，严重的还会出现白平衡漂移。白天的成像表现相比800万像素传感器确实有了解析力上面的提升，但是一到晚上就没有发挥出堆栈式传感器相比背照式传感器应有的进步。
14年的IMX214作为IMX135正统继承者，索尼对1300万像素CMOS的驾驭开始变得轻松得多。而且对外出售的IMX214传感器也集成了硬件HDR摄录功能，用上了6P镜片和F2.0大光圈，并且支持4K视频录制。在IMX135时候，很多手机厂商，例如OPPO和三星都需要自己研发和定制上述这些功能增强摄像头的硬实力。IMX214的出现让手机厂商优化手机摄像头的门槛瞬间拉低了不少。据索尼介绍IMX214最大的改进其实是夜景和弱光下成像画质。这个时期也是光学防抖、大光圈等提升夜景表现最有效的方法大量引入手机界的时候。相辅相成之下，搭载IMX214传感器并引入光学防抖等技术的手机自然也在夜景中脱颖而出。IMX214还被HTC用在了双摄像头的组合上，搭配200万像素景深镜头实现硬件级别的先拍照后对焦，最终成像效果虚化自然而且还能够随时在相册中调整对焦点。
IMX214大部分参数列表
踏入15年，IMX278开始取代IMX214，RGBW四色传感器结构被重新提出来。为啥说是重新提出来？早在IMX135，也就是首款堆栈式传感器推出时候，索尼已经介绍过这项技术，可能当时还不是特别成熟所以并没有看到多少手机厂商在后续产品中用上这项技术。直到IMX278，华为P8宣传用上了这种全新四色传感器取代昔日的RGBG传感器。同时360手机几款旗舰产品也将IMX278和IMX Mono组合起来打造双摄像头拍照体验，这时候的双摄像头并不是单纯实现先拍照后对焦的功能，还能够提升弱光下的成像表现，IMX Mono主要负责细节轮廓刻画，只记录黑白两种颜色，比普通彩色传感器增加2.8倍进光量。
彩色+Mono黑白夜视双1300万智慧双摄理念
IMX278相比IMX214继续提升夜景方面的表现，将传统的RGBG传感器更换为RGBW传感器。网上关于RGBW传感器介绍方式有很多，今天笔者采用一种并不是特别严谨但是更容易理解的方式进行介绍。R（Red）、G（Green）、B（Blue）、W（White）分别代表四种颜色的滤镜，这些滤镜的特色就是过滤自然光和人造光线，让过滤后的光线最终抵达传感器成像。R滤镜只允许红色光线通过，G滤镜只允许绿色光线通过，B滤镜只允许蓝色光线通过，W滤镜则允许所有颜色光线通过，换句话说新引入的W滤镜就是为了提高弱光下进光量的。
RGBG和RGBW传感器间区别（图片来自互联网）
部分读者也应该察觉到，如果根据这种方式设计的话，理论上确实能够让更多的光线进入到传感器，但是也带来了一个问题，那就是照片中绿色元素的表现力将会下降，而人眼对于绿色这种颜色变化相比红色和蓝色更为敏感。所以不少读者担心采用RGBW传感器的手机在白天的色彩表现力上会有所下降。在后续实践篇评测文章中我们会重点测试这个部分。IMX258则是IMX278的变种，主要是引入了相位对焦技术同时取消了RGBW传感器，回归到RGBG结构。
接着我们看看两颗1600万像素传感器：IMX234和IMX240。这两颗传感器相比上述那些传感器有一个很重要的特征，那就是采用了16：9画幅进行设计。换句话说，搭载这两颗传感器的机型理论上能够在全像素，也就是1600万像素下以16：9画幅在取景框进行显示。我们的手机屏幕基本上都是16：9的设计，所以刚刚就能够全屏显示取景框，普通那些传感器限定在4：3取景画幅下才能够实现全像素的照片生成，对于构图来说无疑是一大浪费，这在后续实践篇的评测报告中会详细说明。
翻查了索尼官方和其它网站的资料，发现这两颗传感器的资料都介绍得比较少，大部分资料都说两者并没有什么实质性区别。而我们从手机厂商具体的产品宣传海报中还能够看出一些端倪。
16：9画幅在各种拍摄场景取景时候更加灵活
采用IMX234的nubiaZ9系列几款机型并没有重点突出这颗传感器的特征，而LGG4则引入了色谱感应器，不排除是索尼为LG定制的。根据LG之前介绍，彩色光谱感应器（Color Spectrum Sensor）可在拍摄前分析与测量场景中所有可见光，在昏暗环境中也能拍出色彩自然生动的图像。根据网上大量样张显示，这颗感应器对LG G4最大的提升就是在弱光下和夜景中白平衡更加准确，色彩还原细节更加丰富。
LG G4上面的彩色光谱感应器
接着我们看看IMX240，主要代表是三星几款旗舰机和联想VIBE Z2 Pro。三星重点突出其支持硬件HDR摄录的特性，联想VIBE Z2Pro则引入了双RGB Sensor，官方介绍是能够智能识别场景并进行全立体光场监测，听上去和LG G4上面那颗彩色光谱感应器区别不大。
双RGB Sensor和彩色光谱感应器作用相似
上面提到的这些传感器，1300万像素传感器尺寸相比1600万像素传感器更小，但是由于后者需要塞下更多的像素值，所以最终摊分下来的单位像素面积其实都是1.12μm。
最后我们看看16年的三款IMX系列传感器，很多人误以为1600万像素IMX298是IMX234和IMX240升级版，而1200万像素IMX260则是IMX278和IMX258的升级版，事实刚好相反。所以说像素值和传感器迭代并没有直接关系。
双摄像头设计的华为P9使用IMX286替换掉IMX278并保留IMX Mono。由于下调到1200万像素，所以IMX286单位像素面积相比IMX278稍微增大到1.25μm。
IMX298早在上年年底华为Mate8时候就已经出现，今年还搭载在小米手机5和vivoXplay5上。这颗传感器其实就是IMX278和IMX258合体，不仅引入RGBW传感器还支持相位对焦技术，同时还支持硬件HDR摄录。虽然传感器尺寸大小相比IMX278增大了，但是像素值也增加到1600万像素，所以摊分下来的单位像素面积还是1.12μm。另一方面，IMX298还引入了DTI画质增强技术，其实就是采用了类似ISO Cell像素隔离技术，减少像素之间光电串扰问题，从而在保证曝光充足情况下同时提高弱光下画面纯净度。
DTI画质增强技术
ISO Cell像素隔离技术
最后我们看看IMX260这颗搭载在三星S7系列上面的1200万像素传感器。相比IMX234和IMX240略微增大传感器尺寸，同时从1600万像素下调到1200万像素，造就其单位像素面积抵达1.4μm，配合三星S7上面光学防抖镜片组和F1.7大光圈，在夜景下表现更加出色。由于篇幅所限，全像素双核结构相关内容请回顾之前评测文章。
总结：理论部分聊到这里，下期文章我们将会对这几年一些具有代表意义的，搭载了IMX系列传感器机型进行横向拍照对比，从而验证今天的理论部分。看看IMX系列传感器经过几年的技术积淀，究竟能够为日常拍照的多种场景带来什么样的画质提升？
（正文已结束）
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