在手机相机像素的发展史上，有一家公司有着“开挂”一样的人生。

“手机拍照超越相机”这曾经是被很多人所耻笑的一个话题，然而近两年世界各大手机厂商强大的软件算法优化，索尼、三星等镜头供应商的新品迭出，那句话也越来越像个冷笑话。

近期（8月7日）小米在北京未来影像技术沟通会上，宣布旗下Redmi品牌将联合三星全球首发首款量产6400万超清相机手机，还将带来全球首款1亿像素手机相机。手机相机技术进步的如此之快，真是始料不及。从华为P30 Pro 4000万像素，50倍变焦到三星、索尼接连发布4800万手机相机CMOS；2019年Q2季度，三星又公布6400万像素CMOS模组开始量产……时过境迁，笔者突然想到那个手机拍照自带马赛克的年代。

不知大伙还记得？

一部成像技术发展史

1969年两位物理学大佬维拉·波义耳（Willard Boyle）和乔治·史密斯（George E. Smith）在美国AT＆T 贝尔实验室发明出了电荷耦合器件（CCD），一经问世，炙手可热。其后，世界科技大厂靠着对技术敏锐的嗅觉，便开始纷纷捣鼓这玩意。不过几年光景，CCD的数字成像作用便被开发出来，1974年仙童半导体公司(Fairchild Semiconductor)就推出了2-D 100 x 100像素设备，而为柯达工作的电气工程师Steven Sasson也在1975年短短一年时间发明出了世界第一台 100 x 100 CCD数码相机。

乔治·史密斯（左）和维拉·波义耳（右）

遥远东方的索大法（索尼Sony Corporation）副社长岩间独具慧眼，“能把光变成数字图像，这太神奇了，这才是我们索尼该做的事！”，其后便开始大规模，投入大量资金的CCD研发改进工作，他亲自到美国考察，从美国不断地发回技术报告，但当时CCD只是实验室里的东西，谁也没有想到它能成为商品。因为按照当时的技术水平，人们普遍认为：运用大规模的集成电路技术、完美无缺地生产在一个集成块上具有10万元件以上的CCD，这简直是不可能完成的事。一般的企业在搞清这个情况以后就从研究中撤了下来。但岩间却不这么认为，他的结论是：“正因为机会谁都没有动手搞，我们才要搞！”

80年代初，索尼将HAD（hole-accumulation diode）传感器使用在可变速电子快门产品中，在拍摄移动快速的物体也可获得清晰的图象。其是在N型基板，P型，N+2极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是SONY独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外，在N型基板上设计电子可通过的垂直型隧道，使得开口率提高，换句换说，也提高了感度。

进入90年代后期以来，CCD的单位面积也越来越小，1989年开发的微小镜片技术，已经无法再提升感亮度，如果将CCD组件内部放大器的放大倍率提升，将会使杂讯也被提高，画质会受到明显的影响。索尼在CCD技术的研发上又更进一步，将以前使用微小镜片的技术改良，提升光利用率，开发将镜片的形状最优化技术，即索尼SUPERHADCCD技术。基本上是以提升光利用效率来提升感亮度的设计，这也为目前的CCD基本技术奠定了基础。

随着索尼后期不断攻关完善设备，至1999年索尼的摄像设备生产量已超越了1亿个以上。还积极降低产品消耗电力，减少驱动电路复杂度，减少ICPIN脚数以及减轻电子产品对地球生态环境负担为目标，研发设计新型的CCD组件。在CCD的应用越来越多样化的趋势下，加强CCD的小型化及高像素化的基本特性，以提供更有魅力的高附加价值的产品来满足用户的要求。

CCD

CCD技术的不断完善，摄像设备越来越小，从而导致手机的发展趋势也不单单局限于打电话和发短信，一项技术的进步，必将带动其他产业共同发展，从而形成相互依赖的作用。到这里我们目光看向手机，手机摄像能力的提升，可以让我们直观了解世界摄像技术的发展历程。

世界上第一款搭载内置摄像头的手机应该是夏普，2000年9月，日本厂商夏普（ Sharp Corporation）联合日本移动运营商J-PHONE发布了世界首款内置了11万像素CCD摄像头的“夏普J-SH04”手机。这款手机搭载一块96×130像素液晶屏，和彩色显示器(256色显示器)，这样的配置在当年已经是顶级配置。然而，由于夏普当时只注重与日本本土市场，而且低调，所以这款手机在当时并没有引起多大的轰动。在大陆，当时更是连手机拍照想都不敢想。

夏普J-SH04

夏普J-SH04尽管当时没人疼没人爱，但它证明了一点，在手机上还可以做很多文章。从此，手机摄像头的发展一发不可收拾。

三年之后，在2003年4月，夏普又出了新品“夏普J-SH53”，并且又创造了一个第一：全球首款突破百万像素摄像头的手机。夏普J-SH53搭载100万像素CCD镜头，可拍摄最大分辨率为1144×858像素的照片。而2.4英寸26万色的屏幕分辨率已经升级到了240×320像素的QVGA级别。同时这款手机拥有32和弦铃声，支持MP3播放和SD卡扩展，这在当时可谓划时代之作。然而到这里，CCD镜头在手机上似乎到了瓶颈期了。

夏普J-SH53

索尼在2005年10月4日宣布，该公司生产的部分CCD摄像元件存在缺陷，采用该CCD的产品有可能会出现“取景器和液晶显示屏无法显像，无法拍摄和画面紊乱”等故障。故障原因是连接CCD芯片和引线框的焊接线发生老化而导致脱落。随后，佳能、富士胶卷、柯尼卡美能达、尼康、奥林巴斯、理光等相继宣布了CCD故障事件，至于故障原因则基本上与索尼公布的CCD故障相同，也就是说“CCD内部的布线焊点有时会脱落”。这则大规模故障报道揭示了佳能、尼康等品牌产品所使用的CCD都是向索尼采购的。此次CCD故障涉及的品牌之广、型号之多、时间之长也是让人瞠目结舌，原来索尼才是爸爸啊。

这件事之后，也让索尼思考，“CCD的成本和功耗都比CMOS要高出不少，千奇百怪的问题又层出不穷，为什么不学学隔壁佳能说干就干？”2007 年索尼发布了首款Exmor（背面照明技术感光元件）传感器，相对以往其他厂商的CIS，Exmor最大变化是内置了 ADC（analog-to-digital converter，模数转换器）。在外置 ADC 传感器传输数据时，每列像素产生的信号先通过降噪电路，汇聚后再通过外部总线传输到单个或数个 ADC 之中。而 Exmor 每列像素拥有独立的 ADC，在 CIS 芯片上即可完成模数转换，最后通过数字总线传输出去。由于 Exmor 的 ADC 数量非常庞大，每个 ADC 能在低频率下运行，仅达到 kHz 级别，远远低于外置 ADC 的MHz级别，有效减少了噪声，也利于实现高速读取。而且 Exmor 输出的是数字信号，抗干扰性更好，易于长距离布线，亦无须ADC靠近CIS布置，大幅度简化了PCB 设计。

然而与业界先进水平相比，索尼在CMOS上落后的不是一丁半点，但凭借 Exmor 索尼拿到了进入 CIS 市场的 “准入证书”，开始了小步快跑的追赶之路。

实现了内置 ADC 后索尼高歌猛进，2008 年推出了采用 BSI（Back-illuminated，背照式）技术的 Exmor R 传感器。Exmor R 沿用了 Exmor 套路，先在技术难度较低的小尺寸 CIS 上试水，首款产品是 IMX055CHL，尺寸为 1/4 英寸，总像素为 2048×1536，被应用在 HDR-CX110 等摄像机当中。不过让 Exmor R 扬名立万的，不是索尼自家相机、摄像机，而是苹果的 iPhone 4s。

乔布斯与IPhone

CMOS

到这里，CMOS才算是真正大规模应用到手机镜头，但是，“手机拍照拍的这么好了，我还去买什么相机？要啥自行车？”手机摄影质量的巨大提升导致便携数码相机的衰落加速，索尼半导体部门以损失一个小市场却换来一个大市场。

索尼继续不断改进升级，又推出双ADC等等技术，将人类记录世界的方式推向新高峰。

2012年MWC上手机巨头诺基亚集世界名厂之力，发布了一款震撼全球的具有高达4100万像素卡尔蔡司摄像头，索尼CMOS芯片的“NOKIA 808 PureView”。 作为全球首款采用PureView成像技术，4100万像素传感器、卡尔蔡司镜头和索尼像素超采样技术的智能手机，诺基亚808 PureView开启了智能手机影像的全新时代。此外，该机还支持全高清1080p录像和播放、类CD质量高品质录音以及独家杜比耳机技术。该款手机成为诺基亚开发的最后一款塞班手机。

诺基亚808 PureView

现状与未来

如今，CMOS等各领域拍摄成像技术的愈发成熟，使得各类手机摄像头生产厂商如雨后春笋般出现, 手机摄像头的类型越来越丰富, 手机的摄像功能成为手机用户关注的重点。

智能机经过过去几年猛烈的增长和普及后，现面临着销量增速下滑的问题，正力求创新突破窘境。2016年苹果发布了『iPhone 7 plus』，率先打破了这种窘境。其搭载两个1200万像素的彩色摄像头28mm 广角与一个 56mm 标准定焦（广角+长焦），推动了双摄的快速普及。此举具有行业标杆意义，各手机厂家相继跟进，现几乎已成各大品牌旗舰机标配。

iPhone 7 plus

技术变革使得光学市场即使在智能手机市场进入存量博弈阶段的情况下仍具备较好的增长空间，据 Yole 预测，全球摄像模组市场规模将由2016年的234亿美元增长至2020年的 468亿美元，年复合增长率12.2%。

全球摄像模组市场规模预测（来源：Yole，国海证券研究所）

同时消费者对拍摄的相片及影像的“美感”要求也会不断提高，手机摄像功能的提升亦不再局限于最初的“单纯的像素增加”，而是会开始逐渐导入更多新的设计，双摄、潜望式镜头和3D摄像等等。结合目前已发布的三摄/四摄机型情况以及三种主流的双摄搭配方案，尝试新的光学变焦能力（不管是超广角还是长焦）是多摄方案的一个主要设计思路，高倍数的光学变焦有望成为未来几年手机摄像的主要进阶方向之一，手机摄像模组市场还有很大的潜力可以挖掘。

摄像头模组产业链情况

据旭日大数据统计显示，2016 年全球双摄智能手机的渗透率仅为5%，2017年已超过20%，到2019年接近45%。出于成本考量，双摄在初期主要被用于中高端机型，随着模组单价逐渐降低，正逐渐往中低端市场渗透。此外，目前双摄像头（或者多摄）主要配置于智能手机背面，相信未来亦会逐渐往前置渗透。

智能手机双摄渗透率（来源：旭日大数据，国海证券研究所）

当前手机厂商在不断进行手机差异化设计，双摄（或多摄）作为手机差异化竞争的方向，随着应用方向的明确和技术路线的统一，将呈爆发趋势。根据智研咨询预测，2020年智能手机出货量达到19.25亿台。当前，苹果iPhone系列、三星Note系列、华为Mate系列/P 系列、OPPO R系列等高端旗舰机都采用双摄配置，2018年大部分厂商旗舰机都会采用双摄，预计到 2020 年，智能手机双摄市场规模将达到800-850亿元左右，未来几年将保持高速增长。