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屏下摄像头技术即将来袭

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发表于 2019-11-1 08:45
我们都知道,前置摄像头是影响手机屏占比参数的最大变量之一.随着屏下摄像头技术的出现,趋于完美的“真·全面屏”时代即将降临。
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真伪全面屏的争论
“全面屏”的概念最早诞生于2016年,行业内泛指采用18:9或更修长显示比例屏幕的手机。自从手机进入“全面屏”时代后,“屏占比”就成为了新款手机们比拼的关键参数,屏占比越高意味着这款手机的“视界”越震撼,更接近“满眼全是屏幕”的视觉效果。
影响手机屏占比参数的因素有很多,比如屏幕上下两端留给天线的净空区域、屏幕两侧的BM(黑边)区、听筒扬声器和光线距离传感器的安置等。
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除了上述因素,前置摄像头则是影响手机实现极致屏占比的“元凶”。为了干掉这个必须在屏幕上开个“窟窿”、影响屏幕整体性的家伙,手机厂商和相关产业链付出了诸多努力。
比如,以魅族16系列为代表的手机,通过采用尺寸更小的传感器,将镜头塞进了更窄的屏幕上边框内,成就“极边全面屏”的;再比如,以小米MIX1/2/2s为代表的,将上边框压缩到极致,将前置摄像头转移到下边框内,自拍时需要将屏幕倒过来的;更主流的做法,则是采用异形屏幕设计,在屏幕顶部切割出一个“刘海”、“美人尖”、“水滴”、“珍珠”形状的凹槽,用来容纳摄像头的;随后还出现了以华为nova 4、荣耀V20/荣耀20、Galaxy A8s/S10系列为代表,在屏幕顶部挖出了一个窟窿来安置摄像头的。
由于上述方案都没有解决前置摄像头对屏幕有效显示区域空间的占用,所以常被用户称为“伪·全面屏”。
现阶段最符合“真·全面屏”定义的,其实只限于采用升降式或翻转式摄像头,滑盖或双屏设计的全面屏手机。可惜,这类方案成本较高、机械结构存在使用寿命和容易堆积灰尘的问题,还会牺牲手机原本就很宝贵的内部空间,从而影响电池容量和重量,造成续航时间和持握手感的下降。
来自挖孔屏的思考
冷静思考,在现有的“伪·全面屏”手机中,“挖孔屏”设计无疑最符合广泛用户的审美,因为它可以摆放在屏幕顶部区域的任何位置上。
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可惜,无论是基于AMOLED(三星S10系列)还是LCD材质(其他型号)的屏幕,其摄像头部分平时都是以一个“黑色的窟窿”示人,亮屏状态下非常影响观瞻,还需要系统和APP对这个黑窟窿的区域进行适配优化,否则就会出现遮住图标和显示内容的问题,遗憾多多。
LCD材质的挖孔屏之所以摄像头区域无法显示内容,是因为它需要挖透“背光层”,让外部光线通过屏幕玻璃和液晶面板两层结构最终到达摄像头(传感器)才能完成拍照成像,哪怕采用特殊的“盲孔”方案不破坏液晶面板,也照样以黑窟窿的形态对着用户。
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LCD挖孔屏中“通孔”和“盲孔”方案原理对比
问题来了,AMOLED材质屏幕可以自发光,无需背光层就能显示内容。如果AMOLED材质的挖孔屏也参考“盲孔”方案不破坏显示面板,是否有机会同时满足透光拍照和正常显示的工作呢?正是出于这种思考,基于AMOLED屏幕定制的“屏下摄像头”技术便浮出了水面。
屏下摄像头技术参上
6月3日,OPPO和小米的高层先后曝光了旗下搭载屏下摄像头技术的工程样机,小米员工“Kevin王的日记本”甚至还在微博上表示“友商请注意,屏下摄像头已经注册专利”,由此引发了屏下摄像头技术的“口水仗”。我们在这里不讨论该技术的发布顺序,也不在意它是由小米或OPPO独立研发,还是直接套用了三星和大力光等产业链企业的现有技术,只聚焦于屏下摄像头技术的实现原理。
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不一样的命名
小米将自家的屏下摄像头技术命名为“小米隐视屏”,OPPO则将其称为“透视全景屏”,它们与现有的屏幕指纹识别技术相似,前置摄像头的区域平时不影响画面显示和操作,当前置摄像头被APP激活时,摄像头区域内的屏幕会瞬间变透明,从而方便里面隐藏的摄像头完成取景。
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屏下摄像头示意图,仅供参考
来自AMOLED的机会
我们都知道,手机前置摄像头的自拍效果,除了受制于传感器型号、对焦技术和AI美颜算法以外,进光量也是非常关键的指标。而影响进光量的因素,则包含镜头光圈大小和光学镜片的透光率。在过去,手机前置摄像头的表面只隔着一层(屏幕)保护玻璃,对成像基本没有影响。
而屏下摄像头,相当于把镜头放在了保护玻璃和显示面板的下一层,光线需要透过多道隔层,中间还会产生光线折射、散射等情况,这更加剧了进光量的衰减。
前文提到的“挖孔屏”之所以在平时无法隐藏摄像头,就是为了追求透光率,不得不一次挖透所有影响进光量的障碍,比如LCD屏幕时的背光板,AMOLED屏幕时对应的显示面板,也因此失去了显示画面的能力。
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这一次,无论是小米的“隐视屏”还是OPPO的“透视全景屏”,它们都是建立在自发光AMOLED屏幕面板的基础上。和LCD相比,AMOLED面板具备更薄的特性,在透光率上原本就占有一定的优势。理论上,只要将AMOLED面板做得足够薄,当透光率达到某个临界的阈值,通过面板的光线就足够让隐藏其下的摄像头完成成像。
可惜,现阶段的技术水平还无法让AMOLED屏幕面板薄到如此地步,因此想让屏下摄像头可以正常工作,就只能拿屏幕的现有结构“开刀”了。
相似的实现原理
按照小米官方对“隐视屏”的描述,在前置相机(独有的屏镜一体式镜头)区域是一块小的“透明屏”,具有低反射、高透光率的特性。“透明屏”不拍照时可正常显示屏幕内容,拍照时则变为透明玻璃。当相机启动的瞬间,屏幕和镜头共同作用,让光线充分进入相机传感器,解析力超过LCD的盲孔屏方案。
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OPPO主打的“透视全景屏”在原理上和“隐视屏”相似,它也是采用两块屏幕拼接的方式,在前置相机对应的表面覆盖了一层“透明屏”(OPPO将这个显示区域称为USC——Under-Screen-Camera)。和小米相比,OPPO对这部分“透明屏”的描述更加准确,它并非我们想象中的透明玻璃,而是通过重新设计前置摄像头区域的像素结构,采用透光率更高的“透明材料”,也就是“可以变透明的AMOLED面板”。
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我们都知道,手机专用的AMOLED屏幕面板由上到下通常是由传统阴极材料、有机发光材料、传统阳极材料三层结构组成(当然还有覆盖其表面的保护玻璃)。为了保证AMOLED的热稳定性,最底层的阳极材料必须为透光率极低的黄色,而这也就导致普通AMOLED屏幕面板是“不透明”的。换句话说,想让AMOLED屏幕面板“变透明”,就需要更换最底层的阳极材料。
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小米和OPPO提到的那一小块“透明屏”,其实就是使用了定制阳极材料的AMOLED面板,这种阳极材料有着更高的透光率,能让外部光线透过屏幕和这部分AMOLED面板区域直达摄像头内部的传感器,从而提升成像素质。在不使用摄像头时,这一小块“透明屏”还能正常显示屏幕内容,和整个AMOLED屏幕浑然一体,毫无违和感。
暂时无解的后遗症
虽然改变阳极材料的部分AMOLED面板看似“透明”,但它的透光率依旧难以和真正的透明玻璃相比。换句话说,现阶段屏下摄像头很难做到和非屏下一样的效果,光学素质肯定会有一定的损失,自拍的照片略有偏色和模糊。同时,这部分可以变透明的AMOLED面板,在正常显示时也存在色彩失真、分辨率降低的缺陷,在显示浅色画面时尤为明显。因此,采用屏下摄像头的工程样机,才会以深色壁纸加以掩饰。
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由于屏下摄像头技术存在上述缺陷,OPPO副总裁沈义人也在微博上透露,“新技术的实现没有一下就发展到完美的。我觉得依照目前的实际体验,很难大规模量产”。
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现阶段,屏下摄像头方案可以从软硬两个角度加以优化。硬件方面,通过定制更大光圈、传感器尺寸和单像素面积的前置摄像头,可以进一步提升进光量;软件方面,通过白平衡+HDR+AI算法来提升画面亮度与细节,再利用去雾化算法用来去除屏下摄像头的雾面效应,进一步提升画面清晰度。但无论如何优化,它短期内都无法获得传统前置摄像头方案的自拍效果,只能做到尽量接近。
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小结
屏下摄像头技术的出现,可以让“真·全面屏”手机无需改变现有形态,彻底摆脱复杂机械结构的束缚,不会增加机身重量影响续航,堪称最完美的全面屏解决方案。虽然该技术还存在显示和成像质量下降的问题,但正所谓“办法总比困难多”,当更完美的阳极材料、传感器和AI算法携手后,就是“真·全面屏”手机彻底的普及之时,一起期待吧。

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