這次小米12S Ultra手機的釋出，應該說是這兩年手機產品釋出活動裡相對聲勢浩大的一次。這款手機的一大亮點就在那顆看起來碩大的攝像頭，形態更像相機的機身設計，以及和徠卡的聯名。說起來徠卡這兩年的聯名活動真是頻繁，前腳才和華為合作過，後腳就說要做“真正的徠卡手機”，現在LOGO又印在了小米手機攝像頭了，上個月徠卡也才剛剛宣佈了和松下的新合作。。。業務真是比蔡司還要忙。
這款手機才剛剛開售，其系統內相機app的apk檔案都已經被人提取出來了，有了“人人皆徠卡水印”的後序故事。可見不少手機使用者對拍照“逼格”這件事還是在意的。
拋開徠卡不談，小米12S Ultra那顆碩大主攝用的感測器是來自索尼的IMX989。小米對這款手機拍照的一大宣傳項就是“1英寸大底”——這說的當然就是索尼IMX989影象感測器了。據說IMX989是小米和索尼聯合投入了1500萬美元研發的。我們來閒話一下1英寸影象感測器，藉此談談“1英寸”這個名詞的有趣來源。
1英寸的確大，但不罕見
1英寸這個尺寸在手機攝像頭影象感測器上，自然可以說是大尺寸。前不久的《手機攝像頭凸起之謎：是行業擺爛，還是。。。》一文裡，我們談到過手機影象感測器為何越做越大。遙想2010年前後，手機攝像頭普遍在用1/4~1/3英寸的影象感測器；當年的數碼相機用1/2。3英寸底，高階數碼相機才用1/1。7英寸底。一轉眼，手機都用1英寸底了。
記得2014年，松下曾經鶴立雞群地推出過一款攝像頭影象感測器1英寸的CM1手機，這在當時稱得上驚為天人。感覺把彼時的一切手機都按在地上摩擦了。
5、6年前，2016年前後不少手機攝像頭開始用1/2。3英寸的影象感測器，在當時都算得上大底，如小米5s；同期的iPhone 7還在十分我行我素地用1/3英寸影象感測器。而現在的1英寸影象感測器，面積大約相當於1/2。3英寸影象感測器的4倍。
到如今1英寸這個尺寸其實已經不驚悚了，歷史上已經出現過的、採用1英寸影象感測器的手機至少包括松下CM1、徠卡Leitz Phone 1、夏普Aquos R6、索尼Xperia PRO-I（看起來日本和德國人在這方面顯然更有迷思），後3款都是當代產品。
在真正的單反/微單相機面前，1英寸還是遠遠不夠看的。相比真正的相機影象感測器尺寸天花板，賓得645z單反的中畫幅影象感測器尺寸為42。8x32。8mm，面積是1英寸影象感測器的12倍以上。常規全畫幅的單反/微單，影象感測器尺寸也比1英寸大7倍以上。基於這樣的尺寸對比，前不久小米才出了個手機拍照（再再再度）秒殺專業單反的廣告——這顯然已經違反光學和各種物理定律了。。。
不過1英寸也的確是手機攝像頭影象感測器尺寸暫時的天花板了。而1英寸這個尺寸，在其他領域則相對更為常見。數碼相機（小DC）中頗具代表性的索尼黑卡（RX100）系列就是清一色的1英寸影象感測器；某些運動相機的影象感測器尺寸是1英寸，如Insta360 ONE R；還有某些比較高階的飛行器，如大疆DJI Air 2S也是1英寸底；尼康早年有個1系列微單也用過這樣的規格。。。
“1英寸”其實不是1英寸
顯像和成像行業普遍有個怪現象，就是各種單位和我們理解的物理量不一樣。1英寸轉化為公制單位，應為25。4毫米。但實際上，1英寸的影象感測器，無論長、寬、高、對角線，都沒有一個值是25。4mm。市場上有1英寸底的規格為13。2x8。8mm，對角線長度15。9mm——也就是0。63英寸。換句話說小米12S Ultra攝像頭的1英寸影象感測器，其對角線長度其實也並沒有1英寸。
所以我們在行業裡常聽到這種說法：影象感測器的這個英寸數，必須乘以一個係數，才得到實際的物理值。問題是為什麼呢？玩相機的同學應該知道，松下、奧林巴斯在用一種M43規模的影象感測器，傳說尺寸是4/3英寸。但實際上M43影象感測器的尺寸是17。3×13mm，對角線約21。6mm，大於1英寸，但也沒到達到真正的4/3英寸。
其實大尺寸的影象感測器，在尺寸標註上也很詭異：如全畫幅影象感測器，約定俗成都不再用對角線英寸單位來記其大小，而稱其為35mm感測器——約等於當代全畫幅影象感測器的長邊。這些都可認為是歷史遺留問題。這次我們只說說小尺寸影象感測器的尺寸計數方式——這其實已經是一段很長的歷史了。
真空管時代的電視機和攝像機
有家著名站點叫“油管”，這裡的“管”來源就是早年的真空管（電子管）。1939年，更早的機械電視淡出人們視野，取而代之的是全電子的電視。陰極射線管（CRT）崛起——後端有個電子槍的玻璃真空管。這裡面的電子槍能夠發射電子束，轟擊到螢幕上——螢幕上面鍍有磷光體（phosphor），被電子撞擊後就能發光。
這就是早年那種屁股巨大的老電視。這裡面的原理其實還可以再細緻一些。藉由磁場，真空管發射出的那個電子束就能對螢幕從上至下、從左至右進行“掃描”了（一行一行，也就有了多少“線”的概念），而且調整控制電極的電壓，就能控制電子束的亮度，決定了有多少電子發射出去——電視畫面也就有了變化。這是黑白電視顯示的基本原理。後續的“彩電”其實有多個發展方向，這就不是咱要討論的重點了。
注意尾巴上的真空管，來源：維基百科
同時代，真空管攝像機機的原理更復雜些，而且似乎有比較多樣的真空管設計方案。畢竟靜態照片和動態畫面的拍攝還是有很大差異的——這和現在影象感測器的時代就大不一樣了。其中有一種比較常見的叫正析像管（image orthicon tube）。
Television camera tube， 來源：Encyclopadia Britannica， Inc。
這種“攝像機”鏡頭部分的光學系統是類似的，後面的正析像管可以看做是感光元件的角色，其上塗有光電物質——也就是說在光打到上面的時候，它就能以相應的比例釋放電子。但這還沒遠未結束。這些電子受到內部磁場結構的影響，會傳往這根管子的後方——後面有個很薄的玻璃板，其上有更多電子：其上產生更多的負電荷；向前方發射電子束，到了前面再反射——反射電子束在管子裡面放大了，最終才成為影象亮度訊號的一部分。
看不懂無所謂，反正也是舊時代的知識了。早年的這種成像原理也決定了，電視畫面只能直播，因為沒有載體記錄下來，連錄影帶都沒出現。電視其實還真的經歷了很長一段時間的純直播時代。
話題岔開一下，那時候有一種記錄電視攝像機畫面的方法，就是在電視攝像機的監視器後面，再接一個電影攝像機——用電影攝像機來拍電視攝像機的監視器，用膠片把這些畫面記錄下來（就跟翻拍一樣）。但其實想一想就知道，電影膠片成本極度高昂，而且翻拍效果還不好，這種方法是完全不可持續的。所以1956年，錄影機就出現了，畫面就能記錄在磁帶上了。
1英寸是真空管外直徑
扯得有點遠了，對上面這部分內容感興趣的讀者可以藉由我們的索引資訊去查更多的資料。回到1英寸的話題。實際上當年的這種電視攝像機，某些型號內部所用真空管直徑就是2/3英寸——而且是外直徑。當然，真空管剖面的2/3英寸直徑不可能全部用於成像，真正參與成像的區域面積，實際上會比外直徑小大約1/3左右。
這其實就是前面我們探討如今1英寸影象感測器的對角線，真正的長度大約在0。63英寸的原因。
有關真空管顯像的，還有個有趣的事情。就是當年我們說32英寸的CRT電視——或者32寸大彩電，實際這個顯示屏對角線也不是32英寸——它所表示的值是相關於內部真空管所覆蓋的部分。32寸彩電真正的可視區域可能是28寸。當然現在是液晶或者OLED時代，就不存在這種情況了。這又是個題外話。
對於小尺寸影象感測器的尺寸，標註真空管外直徑的這種傳統被保留。而且似乎有種說法，把這個假的“英寸”稱為optical format。於是，我們現在所說的手機、數碼DC、飛行器、運動相機等的影象感測器尺寸，都並非其真實尺寸。小米12S的“1英寸大底”也不例外。
這種“傳統”究竟是誰促成的，似乎不大可考。不過肯定不是索尼的鍋。我們還特別去索尼官網的成像與感知技術下探查了一番，索尼在針對自家感測器的標註上都幾乎不會用“inch”或者表示英寸的“記號，而是用“Type”這個詞，如Type 1/1。7，Type 1/3，或者1。0-type。而且對所有感測器都會標清楚長寬具體是多少。
不過下游企業宣傳，以及媒體報道都會毫不猶豫地說1英寸——畢竟這也已經是行業的約定俗成了。
最後值得一提的是，此前索尼Xperia PRO-I、夏普Aquos R6這些手機雖然攝像頭也都用了1英寸大底，不過其相機系統對影象感測器的實際面積利用率還會更小——索尼和夏普都選擇只用影象感測器上的一部分，不知道是基於哪方面的考慮。小米這次表示IMX989這顆感測器是在沒有裁切的情況下應用於成像的，所以是“完整”1英寸大底。這是小米12S系列手機的又一個優勢；在“1英寸”的分量上也算更充足吧。
作者：黃燁鋒
EET電子工程專輯原創
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