ToF与1亿像素，迥异的命运背后有着怎样的现实？

编者按：本文来自微信公众号“三易生活”（ID:IT-3eLife），作者 三易菌，36氪经授权发布。

2021年1月31日，小米集团中国区总裁、Redmi品牌总经理卢伟冰突然发布了一条微博。据他表示，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载ToF功能，反倒是一亿像素的CMOS会成为今年更多新机的选择。

此言一出，外界很快就联想到了此前业界一些“一亿像素无用论”的观点。而卢伟冰的这一表态，也自然被概括为了“市场证明一亿像素的方向比ToF更对”。

说实在的，虽然都是安装在多摄模组中的组件，但一亿像素CMOS与ToF模组的功能其实是完全不同，一个是用来成像的图像传感器，另一个则是本身不能成像，主做精确测距的测距仪。那么为什么它们之间会产生“路线之争”，又为什么如今的市场境遇会截然不同呢？

ToF是很黑科技，但用处也很迷

ToF就是飞行时间传感器，或者说得更直白一点，其实就是“测距仪”。它的工作原理是通过发射光束，然后要么直接测量光线反射的时间，要么测量反射光的波长，从而得到被摄物体的距离信息。



并且因为ToF发射的光束不是一个小小的“点”，而是一个很大的“面”，这就意味着它不仅能够测距，而且能测量出物体的一个立体形状。比如说用它对准人脸的话，就可以得到一个立体的“脸部建模”了。

是不是很神奇？是很神奇。但它有没有什么实际用途呢？

Emmmm……不能说没有，但至少到目前为止，我们所见绝大多数配备了ToF传感器的机型，都并没有开发出什么能让消费者印象深刻的“杀手级功能”。



比如说，它可以用来扫描物体的形状，然后自动建立一个3D模型。但问题就在于，消费者家中并不会有3D打印机，就算建出了模型也没有什么实际作用。

比如说，它可以用于物体测距，能换把手机镜头变成AR“尺子”来使用。但问题在于，这种测距功能看似科幻，但精确度极易受光线、物体表面纹理、测量角度等等因素的影响，所以真要用起来，可能远不如卷尺来得更方便和精确。



又比如说，它当然也可以用于智能手机影像功能的辅助对焦。但是ToF的测量速度其实并没有那么快，而且正因为它测量的是“一整面的距离”，所以一些使用ToF作为辅助对焦手段的厂商最后发现，用它拿来辅助对焦的时候，精度还不如简单测量“点到点距离”的激光传感器来得靠谱。以至于去年年初一些配备了ToF的机型，在去年下半年和今年上半年的后续产品中，又把ToF去掉，换成了激光对焦模组。

一亿像素有缺点，但也已经进化了数代

说完了ToF，我们来看看争议的另一端，也就是“一亿像素CMOS”。说实在的，只要大家此前关注过我们三易生活，就知道我们从来就没有盲目吹捧“大底高像素”的设计方案。事实上我们也曾多次指出过，以一亿像素为代表的这种方案，本身也存在一些体验上的短板。

一亿像素有什么缺点？至少在2019年底、2020年年初，相关的产品刚刚问世的时候，它的缺点包括但不限于对焦缓慢、追焦能力差、微距能力差、成像速度慢、体积过大过厚等等，也没少被我们吐槽。



但是既然我们都能发现当时1亿像素传感器的缺点，上游的厂商当然也不会无动于衷。从2019年底到现在2021年初，短短的一年多的时间里，“传统的”一亿像素传感器就已经更迭了四代之多。

首先是2019年12月，小米在CC9 Pro上首发的S5KHMX，也就是初代一亿像素方案，它确实不够成熟，同时也具备上文中我们说到的全部缺点。

然后2020年2月，三星在自家Galaxy S20 Ultra上搭载的S5KHM1，相比HMX，HM1就将“四像素合成”升级到了“九像素合成”，既解决了默认状态下2700万像素不够实用的问题，也大幅提升了一亿像素大底的感光能力。



此后的2020年11月，国内版Redmi Note9 Pro全球首发S5KHM2，它首次使用了更紧凑的0.7微米像素设计，成功解决了一亿像素传感器过大过厚的问题。同时通过引入新的像素处理机制（直接在CMOS上完成像素识别，不需要ISP参与计算），HM2大大减轻了智能手机使用1亿像素方案时的计算压力，完美解决了超高像素传感器“成像慢”的问题。



而到了2021年1月，随着三星新旗舰Galaxy S21 Ultra的登场，第四代的S5KHM3也正式亮相。它采用了全新的高速对焦设计，通过新的像素结构实现了64倍于前代的亮度和色彩捕捉能力，同时还进一步优化了功耗。



你以为这就结束了？不止于此。实际上，vivo此前在自家影像旗舰X50 Pro+与X60 Pro+上使用的方案，本质上也可以看作是“一亿像素”CMOS的衍生品。通过将传统一亿像素CMOS改为每两个像素点共用一个微透镜，就诞生出了“名义上5000万像素（其实还是1亿感光元件）”，而且具备全像素双核超高速对焦和追焦能力的S5KGN1。

除此之外，从目前各方传出的相关信息来看，一亿像素CMOS的更多改进和异化设计还在继续进行中。诸如1.5亿像素、2亿像素，甚至6亿像素的超大底、超高分辨率CMOS，之后都有可能出现在市面上。换而言之，现在的“一亿像素”，早已不再是2019年底、2020年初那个饱受诟病的“一亿像素”了。通过大量的技术改进，一亿像素的方案已经完全有了作为顶级影像设计的资本。

环境与消费需求的变迁，决定了最终的技术走向

很显然，相比到现在都还没有弄明白自己“到底能干啥”的ToF传感器，一亿像素CMOS阵营的“主观能动性”可强多了。不仅如此，在这一两年时间里，智能手机本身性能等级和消费者使用环境的变迁，也很明显有利于一亿像素的推广，而不利于ToF的普及。



首先，自一亿像素CMOS诞生以来，我们可以看到上游芯片厂商很快就针对超高像素CMOS的需求，对旗下产品的ISP进行了针对性设计。比如本身定位中端的骁龙765G就已经能够支持1.92亿像素的CMOS，而今年的几款新旗舰高通骁龙888、三星Exynos2100、联发科天玑1200，更是“不约而同”地将ISP所能支持的最高单像素CMOS这个指标提升到了2亿像素。



其次从消费者的使用习惯来说，超高像素CMOS在手机行业刚刚诞生的那会，大家对于它的认知大部分还仅限于“拍照能数毛”这种并不具备实用性的场景。然而随着如今5G网络的铺开，各大视频网站基本上都已经放开了4K、HDR、甚至是杜比视界和杜比全景声视频的创作权限。智能手机上的超高像素CMOS，突然就有了“可以更好地拍摄4K甚至8K视频”这一明显更具“钱景”的使用方式。



与此同时，其实ToF传感器原本也曾经在手机上有过明显的、更加靠谱的一些使用场景，比如说它能够实现更准确的AR空间定位，有助于发展AR游戏和AR购物。而谷歌也曾尝试过借助ToF、超广角摄像头以及其他的传感器配合，为手机增加专业级的超远距离测距和空间绘制能力。

但是，一方面“AR游戏”如今早已不再吃香；从另一方面来说，专业的空间测距设备其实从来都不欠缺。毕竟对于建筑设计师之类的人士来说，比起可能很先进而且也不太贵的手机ToF方案，他们当然会更信赖价格不菲但更为稳定靠谱的全站仪、激光测距器等等设备。



这意味着什么？简单来说，也就是以一亿像素为代表的超高像素机型如今不仅仅是本身技术越来越进步、越来越成熟，而且也日渐受到普通消费者、上游芯片厂商、互联网内容平台的重视，本身的实用性正在日渐加强。但相比之下，ToF不仅技术上始终没有突破，同时其应用环境也迟迟没有建立起来，因此被市场淘汰成为“错误的方向”，也就是自然而然的事情了。