“丰满”的全面屏,“骨感”的屏下摄像头

分类:玩机 作者:孙文聪

1897 0 2020-8-31 17:28

实现“正面全都是屏幕”,可以看做是过去几年智能手机行业在产品形态变革方面的主旋律之一。为了实现100%全面屏,围绕其诞生了诸如屏幕指纹,深度面容识别,屏幕发声等一系列新的技术方案。

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这些新的技术方案最终目的其实都殊途同归,就是将手机正面与屏幕无关的元器件去掉或者隐藏起来,让整个手机的正面能够实现真正一览无余的“全面屏”。当相关的技术难题被一一解决之后,最终横亘在终极全面屏前面的似乎就只剩下前置镜头了。

中兴、小米相继宣布屏下摄像头技术的消息,无疑让屏下摄像头这项技术又离我们更近了一步。

实现量产并不容易

从实现“完美全面屏”的角度来看,去年比较流行的升降式前置方案算是一个相对成熟的路子。

不过在全面步入5G时代之后,升降式前置方案似乎在一夜之间全部消失了。究其原因,还是在于该方案存在许多难以解决的缺陷。比如庞大的结构占用机身内部空间太多,影响手机续航;机械结构存在可靠性问题,同时也难以做到更好的防尘防水标准;增加了机身的厚度和重量,不便于手机“减重”等等。

  

   
于是,将前置摄像头做到屏幕之后的想法自然就成为了行业下一个重点攻克的技术难题。

  

   
在过去的一年多时间内,先后有OPPO、小米、vivo等厂商展示过自家的屏下摄像头技术。到了今年,先是维信诺这样的上游供应商,后又是中兴表示将正式发布搭载屏下摄像头技术的产品,而前两天的小米更是宣布自家的屏下摄像头技术已经迭代到了3.0的版本。

如何将摄像头隐藏到屏幕下方这个问题其实可以换一种问法:如何将屏幕做透明?

这其实在之前的小米透明电视的文章中我们就做过了科普,其实两者之间异曲同工。将原本的前置摄像头区域的屏幕,做成类似于小米透明电视的“透明屏幕”。相机在工作时该区域的屏幕能够正常进入光线。相机不工作的时候,整个屏幕正常显示内容。这样就相当于将前置摄像头“隐藏”进了屏幕内部。

  

   
背后的原理依然是利用透明像素技术,将该区域参与显示的一部分像素做成“透明像素”,实现该区域屏幕的透明化。不过和透明电视单纯追求视觉效果不同的是,屏下摄像头要保证足够的进光量,完成日常的成像。因此透明像素的数量就不能太少。理论上整个前置摄像头区域的透光率越高,屏下摄像头的成像效果也就越好。

  

   
所以除了驱动电路和像素结构设计之外,还需要做一些材料、工艺层面的辅助措施。比如应该使用透明度更高的新有机膜和无机膜材料,并对膜层结构进行增透处理;尽可能在前置摄像头区域用透明导电层最大限度地代替非透明金属材料,提升屏幕的透明度,抑制光线的衍射。

除此之外,还有进一步优化前置成像算法。要让相机捕捉到更多的光线的同时,又能够消除影响拍摄效果的衍射和炫光,抑制雾化效果,大幅提升照片清晰度和亮度。

要真正实现屏下摄像头,其实是一个系统性的工程,其中的门道并不简单。这也是为什么OPPO、vivo在展示了相关技术之后迟迟没有动静,而小米也宣布至少要在明年才能真正商用屏下摄像头技术的主要原因。

天然存在的一个矛盾

也正因为相关技术的复杂性,屏下摄像头方案一直以来都存在一些问题。

由于屏下摄像头区域的屏幕一部分原本用于显示的像素被做成了透明像素,这就造成这个区域的在分辨率,透明度上和周围的屏幕明显的差异。由此带来了两个区域屏幕在显示内容的亮度、色域和视角上的明显差异。

  

   
这就是之前被大家广泛诟病的“纱窗效应”,两个区域的屏幕在显示效果上的差异造成了摄像头位置的屏幕在显示内容的时候会出现网格化,像素化的特征。这样原本的摄像头区域在日常使用屏幕的时候就容易出现明显的“穿帮”,影响手机整体的显示效果。这样的情况,在早期工程样机上体现的尤为明显。

鉴于这种屏下摄像头带来的显示效果,我们给它取了一个名字:空气刘海屏。

第二个问题其实就是对于前置成像的影响。虽然屏下摄像头区域的屏幕能够保证光线的进入,但毕竟其中一部分像素参与了正常的内容显示。由于这部分显示像素需要排布背后的驱动电路,无法做到透明,就相当于遮挡了一部分的光线。自然,屏下摄像头在整体的进光量上和传统的镜组相比,打了不少折扣。

  

   
同时屏下摄像头方案,还会带来明显的衍射和炫光问题。屏幕自身发出的光线,会对相机传感器的光线捕捉造成干扰。还有屏幕材质和镜组本身因为材料不一致导致各种眩光问题,这些都会严重影响前置成像。

在之前的概念机上,这些屏下摄像头机型普遍存在前置成像不清晰,不通透的现象,为了做到全面屏,大幅度牺牲前置成像,这明显是不符合当前用户的需求的。

其实可以看到,前面两个问题本身就存在天然的矛盾:要尽可能降低“纱窗效应”,就需要提升正常的像素数量。而由此带来的透明像素不足的问题,又会对前置成像效果造成影响。

所以要真正实现可用的“屏下摄像头”方案,需要在这二者之间找一个平衡点。

不必夸大对市场的影响

小米这次展示的“第三代屏下摄像头方案”倒是提供了一个新的思路。早期的屏下摄像头技术的透明方案是“1+3”的模式,即在四个屏幕像素中,只保留一个显示像素,其余三个全部做成透明像素。这样一来,屏幕透光效果增加了,但由于牺牲了大量的有效像素,摄像头区域的PPI就会大幅降低,“纱窗效应”严重。

  

   
小米的做法是将原有的子像素“做小”,然后将子像素之间的间隙区域做成透明,方便光线透过。这样做的好处就是在保证了一定进光量的同时,保留了足够多的有效像素。而每一个区域由于都保留了完整的RGB子像素,并没有因此大幅度损失画面精细度。所以我们可以看到,在小米官方演示的视频中,其前置摄像头被完美“隐藏”到了屏幕下方,没有出现明显的穿帮。

  

除了小米这样在像素排布技术上的创新之外,屏下摄像头方案接下来还有一个演进方向就是材料技术。理论上,只要原本屏幕的透光率越高,光线折损就越少,自然屏下摄像头就能获得更多的光线。这样一来,数量更多,面积更大的像素就能够用于正常的内容显示,纱窗效应的问题也会随之缓解。

据了解,当前的屏下摄像头方案屏幕透光率约为30%,PPI为180左右(摄像头区域)。而预计到明年年中,LG、三星等上游厂商会有透光率为60%左右,PPI为260的产品出现,这样的显示精度其实已经基本能够满足需求,届时屏下摄像头方案可能会实现真正意义上的成熟。

如果顺利,我们可能会在明年的一些旗舰机型上见到屏下摄像头方案的搭载。这对于那些喜欢全面屏的朋友们来说可能是一个好事情。但我个人认为,也不必过分夸大屏下摄像头方案对于消费市场的影响。

100%全面屏其在显示效果上和当前普遍存在的挖孔屏相比,其差异并不如当年的全面屏和非全面屏那么突出。甚至在最能吸引消费者眼球的产品形态上,由于之前我们已经在升降式方案上实现了类似的屏幕形态,很多消费者可能会存在一定的“见怪不怪”的心理,并不会产生产品形态上的新鲜感。

而在屏幕形态方面,当前的已经商用的折叠屏方案已经在一定程度上摆脱了机身对于屏幕显示面积的限制。在能够做到“200%显示面积”的折叠屏方案面前,即便是基于屏下摄像头方案的“真全面屏”其显示面积和产品形态的优势并不明显。

而要实现真正成熟,完善的屏下摄像头方案,背后又需要更高的技术和硬件成本。可能还要牺牲掉一部分原有的前置成像以及屏幕显示方面的优势,这样做是否值得,还需要打一个问号。真全面屏的理想很“丰满”,但目前来看,屏下摄像头的现状依然稍显“骨感”。

目前来看,屏下摄像头技术看上去似乎很美好。它更像是一个屏幕技术方案迭代的必然结果,也更像是一个介于全面屏和折叠屏之间的技术方案。接下来,可能会在诸如小米MIX4这样的旗舰产品上见到该方案的商用。但这项技术是否能够全面普及,更多地还是要持观望态度。

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