夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

屏下相機(jī)方案的由來

自手機(jī)進(jìn)入“全面屏”時(shí)代以來，屏占比就是最最核心的參數(shù)，而影響這一指標(biāo)的因素主要以屏幕邊框和前置攝像頭為主。其中，屏幕邊框可以通過COP封裝工藝、曲面屏或瀑布屏壓縮到極致，但在前置攝像頭的安置方面卻存在爭(zhēng)議，由此才引發(fā)了水滴屏、挖孔屏、前后雙屏、彈出攝像頭、滑蓋全面屏等諸多設(shè)計(jì)的論戰(zhàn)（圖1）。

幾番較量之后，以“挖孔屏”為代表的方案暫時(shí)勝出，它對(duì)屏幕整體性的破壞最小，不存在升降攝像頭那復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)（圖2），隨著產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，其成本也在一路走低，并被更多不同價(jià)位的新品所列裝。然而，哪怕是最先進(jìn)的極點(diǎn)開孔工藝，也需要為攝像頭留下至少3mm左右的孔徑，這對(duì)于追求“滿眼全是屏”特效的用戶來說也是不能接受的。

既然智能手機(jī)當(dāng)年可以憑借屏下指紋識(shí)別技術(shù)讓前置指紋模塊的開孔消失，為什么前置攝像頭就不能借鑒這種思路隱藏呢？于是，屏下攝像頭，也就是屏下相機(jī)時(shí)代就此拉開了序幕。

屏下相機(jī)方案的技術(shù)難點(diǎn)

早期的屏下指紋識(shí)別技術(shù)大多采用“準(zhǔn)直器方案”，它們會(huì)在OLED屏幕下方嵌入指紋傳感器，通過微透鏡收集從OLED屏幕小孔透下來的光線成像，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)指紋信息的采集與識(shí)別。從2018年下半年開始，“CMOS方案”逐漸一統(tǒng)屏下指紋江湖，它們將隱藏在屏幕內(nèi)的指紋識(shí)別傳感器換成了特殊的攝像頭模組，配合OLED屏幕面板產(chǎn)生的光線反射實(shí)現(xiàn)指紋的錄入、識(shí)別和解鎖流程（圖3）。

換句話說，你現(xiàn)在正在使用的采用屏下指紋識(shí)別技術(shù)的手機(jī)，已經(jīng)在屏幕下面隱藏了一顆你看不見它，它卻能看到你指紋的攝像頭了（圖4）。但是，由于OLED屏幕面板的透光性較差，藏在下面的攝像頭只能拍攝微距和黑白照，用于指紋信息的識(shí)別問題不大，但要用于日常的自拍，基本啥都拍不清。

因此，想在屏幕下面隱藏一顆自拍用的攝像頭，首先就要解決OLED屏幕的透光問題，也就是攝像頭工作時(shí)要將對(duì)應(yīng)區(qū)域的屏幕變透明。既然有了解決思路，接下來就是不斷的優(yōu)化與技術(shù)迭代了。

屏下相機(jī)技術(shù)的迭代之旅

2019年6月初，小米和OPPO幾乎同時(shí)曝光了旗下搭載屏下相機(jī)技術(shù)的工程樣機(jī)，并分別命名為“小米隱視屏”和“透視全景屏”。從技術(shù)迭代的角度來看，這一時(shí)期的屏下相機(jī)技術(shù)屬于“第一代”。

第一代屏下相機(jī)技術(shù)

無論是小米還是OPPO，第一代屏下相機(jī)技術(shù)的本質(zhì)都是相同的，它們都采用了由兩塊屏幕拼接的設(shè)計(jì)，包括正常的主體屏幕，以及在前置相機(jī)對(duì)應(yīng)位置拼接的“透明副屏”。

標(biāo)準(zhǔn)OLED屏幕的透光性很差，原因是它位于上下兩層的陽極和陰極材料本身就不太透光，能采集黑白的指紋信息就已經(jīng)非常勉強(qiáng)了。因此，第一代屏下相機(jī)技術(shù)為OLED屏幕定制了有著更高透光率的陰陽極材料，能讓外部光線通過“透明副屏”直達(dá)攝像頭內(nèi)部的傳感器，從而提升成像素質(zhì)（圖5）。在不使用攝像頭時(shí)，這一小塊“透明副屏”還能正常顯示屏幕內(nèi)容，和整個(gè)屏幕渾然一體。

需要注意的是，再怎么優(yōu)化陰陽極材料，它的透光率也難以和真正的透明玻璃相比，光線在到達(dá)CMOS傳感器的過程中會(huì)受到屏幕透明材料的衍射、閃光等因素的干擾，從而帶來霧化、眩光、清晰度下降等問題，翻譯過來就是自拍時(shí)的照片會(huì)有種霧蒙蒙的感覺，需要后期成像算法加以彌補(bǔ)修飾。如果你細(xì)心觀察，還會(huì)發(fā)現(xiàn)“透明副屏”部分的畫面存在色彩失真、分辨率降低的缺陷，哪怕是深色背景也能看出色彩的偏差（圖6），就像是拼接上去的色塊。

第二代屏下相機(jī)技術(shù)

為了進(jìn)一步提升OLED屏幕的透光率，屏下相機(jī)技術(shù)很快就迭代到了第二代。從小米提供的宣傳科普資料來看，該品牌在2 019 年10月就進(jìn)入到了第二代屏下相機(jī)技術(shù)的可展示階段，新技術(shù)在上代優(yōu)化陰陽極材料的基礎(chǔ)上，對(duì)“透明副屏”區(qū)域的OLED面板像素排列進(jìn)行了改良——每4個(gè)像素僅保留1個(gè)RGB像素做顯示，其余3個(gè)通過改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)使其擁有透光性，達(dá)到屏幕透光效果（圖7）。

改變像素排列后，雖然可以讓“透明副屏”獲得更加趨近于普通玻璃的透光性，降低了自拍時(shí)成像的霧化效果，但同時(shí)也導(dǎo)致了攝像頭附近區(qū)域屏幕的像素密度大幅降低了75%，在顯示淺色時(shí)可能還不太明顯，但在顯示深色或鮮艷的背景時(shí)就自帶“馬賽克”特效，影響觀感了。

引言中我們提到的全球首發(fā)屏下相機(jī)技術(shù)的中興天機(jī)Axon 20（圖8），它采用的就是來自維信諾旗下的InV see屏下攝像解決方案，嚴(yán)格意義上來講也屬于第二代屏下相機(jī)技術(shù)。

從維信諾官方的資料來看，InV see選擇了透明度更高的新有機(jī)膜和無機(jī)膜材料，并在副屏區(qū)域用透明導(dǎo)電層最大限度地代替非透明金屬材料，而無法用透明導(dǎo)電層代替的金屬層則采用全新材料，從而達(dá)到提升透明度和抑制衍射的雙重效果（圖9）。

InV see采用業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的驅(qū)動(dòng)電路和像素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，規(guī)避了像素驅(qū)動(dòng)電路對(duì)攝像頭的干擾，抑制了透明區(qū)顯示走線和像素對(duì)前置攝像頭的影響，并與終端廠商合作對(duì)成像算法進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步消除了影響拍攝效果的衍射和炫光，抑制霧化效果，大幅提升照片清晰度和亮度。

此外，InV see引入了新OLED器件，通過特殊的像素排列方式優(yōu)化，明顯弱化主副屏區(qū)域因透明度、分辨率等差異導(dǎo)致的分界線，實(shí)現(xiàn)了主副屏顯示同步，還消除了透明副屏和主屏之間的亮度差異、色域差異、視角差異，直觀地提升了整個(gè)屏幕的顯示一致性。

從中興天機(jī)A xon 20的真機(jī)體驗(yàn)來看，深色背景狀態(tài)副屏的顯示效果與主屏有著不錯(cuò)的一致性，但換成白色或淺色背景，并從側(cè)面仔細(xì)觀察時(shí)，依舊可以看到副屏的大致輪廓，畫面清晰度下降，對(duì)觀感存在一定的影響（圖10）。

第三代屏下相機(jī)技術(shù)

好消息是，屏下相機(jī)技術(shù)經(jīng)過進(jìn)一步的迭代，可以帶來更趨完美的顯示和自拍體驗(yàn)。比如小米展示的第三代屏下相機(jī)技術(shù)，我們就可以將其視為前兩代技術(shù)的融合優(yōu)化版。

簡(jiǎn)單來說，小米的第三代屏下相機(jī)技術(shù)同樣改變了“透明副屏”區(qū)域OLED面板的像素排列，但它并沒有采用“4選1”的策略，而是在每個(gè)單位像素內(nèi)都保留了完整的RGB子像素顯示，因此并沒有犧牲像素密度，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的物理像素全顯示，并達(dá)到相同的亮度、色域及色準(zhǔn)，使得整塊屏幕渾然一體（圖11）。

同時(shí)，得益于全新的自研像素排布，以及特殊的電路設(shè)計(jì)，將更多元器件隱藏在RGB子像素下方，可以在子像素的間隙中透過更多光線（圖12），結(jié)合相機(jī)優(yōu)化算法，一改普通屏下相機(jī)不通透、自帶濾鏡似的拍照體驗(yàn)，讓屏下相機(jī)實(shí)現(xiàn)了與常規(guī)前置相機(jī)幾乎無差別的成像表現(xiàn)（圖13）。

從小米展示的樣機(jī)來看，搭載第三代屏下相機(jī)技術(shù)的手機(jī)屏幕頂部的“透明副屏”在深色、淺色等背景下幾乎不可見（圖14），即便是從側(cè)面觀看也不會(huì)感覺到有很明顯的區(qū)分。

小結(jié)

雖然中興天機(jī)Axon 20的屏下相機(jī)技術(shù)不夠完美，但它畢竟是首個(gè)可商業(yè)化量產(chǎn)的版本，在技術(shù)推進(jìn)層面的意義重大，實(shí)現(xiàn)了從無到有的突破。最關(guān)鍵的是，天機(jī)Axon 20的價(jià)格只有2000元出頭，并沒有因引入新技術(shù)而大肆加價(jià)，這一點(diǎn)還是值得肯定的。小米展示的第三代屏下相機(jī)技術(shù)雖然效果驚艷，但暫時(shí)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，真正量產(chǎn)的時(shí)間可能需要等到2021年。一項(xiàng)技術(shù)是否禁得起考驗(yàn)，還是需要以最終的量產(chǎn)版為準(zhǔn)。

總之，在折疊屏技術(shù)放下身段走向民間之前，把前置攝像頭隱匿于屏幕之下將成為智能手機(jī)屏幕的下一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。正常使用時(shí)，百萬像素同時(shí)亮起沒有一絲遮擋。自拍時(shí)，前置攝像頭的顯示區(qū)域瞬間消失，讓光線傾瀉而下。怎么樣，對(duì)于這種描述，你是否有了心動(dòng)的感覺？