屏下攝像頭技術即將來襲!“真·全面屏”到底好不好?

CFan 電腦愛好者 2019-10-31 09:10產品 標簽:攝像頭 技術 手機

我們都知道,前置攝像頭是影響手機屏占比參數的最大變量之一,而CFan也曾在《為了屏占比拼了!手機前置攝像頭是如何玩出花樣的?》一文中就前置攝像頭的變化進行過探討。隨著屏下攝像頭技術的出現,趨于完美的“真·全面屏”時代即將降臨。

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真偽全面屏的爭論

“全面屏”的概念最早誕生于2016年,行業內泛指采用18:9或更修長顯示比例屏幕的手機。自從手機進入“全面屏”時代后,“屏占比”就成為了新款手機們比拼的關鍵參數,屏占比越高意味著這款手機的“視界”越震撼,更接近“滿眼全是屏幕”的視覺效果。

影響手機屏占比參數的因素有很多,比如屏幕上下兩端留給天線的凈空區域、屏幕兩側的BM(黑邊)區、聽筒揚聲器和光線距離傳感器的安置等。

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除了上述因素,前置攝像頭則是影響手機實現極致屏占比的“元兇”。為了干掉這個必須在屏幕上開個“窟窿”、影響屏幕整體性的家伙,手機廠商和相關產業鏈付出了諸多努力。

比如,以魅族16系列為代表的手機,通過采用尺寸更小的傳感器,將鏡頭塞進了更窄的屏幕上邊框內,成就“極邊全面屏”的;再比如,以小米MIX1/2/2s為代表的,將上邊框壓縮到極致,將前置攝像頭轉移到下邊框內,自拍時需要將屏幕倒過來的;更主流的做法,則是采用異形屏幕設計,在屏幕頂部切割出一個“劉海”、“美人尖”、“水滴”、“珍珠”形狀的凹槽,用來容納攝像頭的;隨后還出現了以華為nova 4、榮耀V20/榮耀20、Galaxy A8s/S10系列為代表,在屏幕頂部挖出了一個窟窿來安置攝像頭的。

由于上述方案都沒有解決前置攝像頭對屏幕有效顯示區域空間的占用,所以常被用戶稱為“偽·全面屏”。

現階段最符合“真·全面屏”定義的,其實只限于采用升降式或翻轉式攝像頭,滑蓋或雙屏設計的全面屏手機。可惜,這類方案成本較高、機械結構存在使用壽命和容易堆積灰塵的問題,還會犧牲手機原本就很寶貴的內部空間,從而影響電池容量和重量,造成續航時間和持握手感的下降。

來自挖孔屏的思考

冷靜思考,在現有的“偽·全面屏”手機中,“挖孔屏”設計無疑最符合廣泛用戶的審美,因為它可以擺放在屏幕頂部區域的任何位置上。

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可惜,無論是基于AMOLED(三星S10系列)還是LCD材質(其他型號)的屏幕,其攝像頭部分平時都是以一個“黑色的窟窿”示人,亮屏狀態下非常影響觀瞻,還需要系統和APP對這個黑窟窿的區域進行適配優化,否則就會出現遮住圖標和顯示內容的問題,遺憾多多。

LCD材質的挖孔屏之所以攝像頭區域無法顯示內容,是因為它需要挖透“背光層”,讓外部光線通過屏幕玻璃和液晶面板兩層結構最終到達攝像頭(傳感器)才能完成拍照成像,哪怕采用特殊的“盲孔”方案不破壞液晶面板,也照樣以黑窟窿的形態對著用戶。

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LCD挖孔屏中“通孔”和“盲孔”方案原理對比

問題來了,AMOLED材質屏幕可以自發光,無需背光層就能顯示內容。如果AMOLED材質的挖孔屏也參考“盲孔”方案不破壞顯示面板,是否有機會同時滿足透光拍照和正常顯示的工作呢?正是出于這種思考,基于AMOLED屏幕定制的“屏下攝像頭”技術便浮出了水面。

屏下攝像頭技術參上

6月3日,OPPO和小米的高層先后曝光了旗下搭載屏下攝像頭技術的工程樣機,小米員工“Kevin王的日記本”甚至還在微博上表示“友商請注意,屏下攝像頭已經注冊專利”,由此引發了屏下攝像頭技術的“口水仗”。我們在這里不討論該技術的發布順序,也不在意它是由小米或OPPO獨立研發,還是直接套用了三星和大力光等產業鏈企業的現有技術,只聚焦于屏下攝像頭技術的實現原理。

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不一樣的命名

小米將自家的屏下攝像頭技術命名為“小米隱視屏”,OPPO則將其稱為“透視全景屏”,它們與現有的屏幕指紋識別技術相似,前置攝像頭的區域平時不影響畫面顯示和操作,當前置攝像頭被APP激活時,攝像頭區域內的屏幕會瞬間變透明,從而方便里面隱藏的攝像頭完成取景。

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屏下攝像頭示意圖,僅供參考

來自AMOLED的機會

我們都知道,手機前置攝像頭的自拍效果,除了受制于傳感器型號、對焦技術和AI美顏算法以外,進光量也是非常關鍵的指標。而影響進光量的因素,則包含鏡頭光圈大小和光學鏡片的透光率。在過去,手機前置攝像頭的表面只隔著一層(屏幕)保護玻璃,對成像基本沒有影響。

而屏下攝像頭,相當于把鏡頭放在了保護玻璃和顯示面板的下一層,光線需要透過多道隔層,中間還會產生光線折射、散射等情況,這更加劇了進光量的衰減。

前文提到的“挖孔屏”之所以在平時無法隱藏攝像頭,就是為了追求透光率,不得不一次挖透所有影響進光量的障礙,比如LCD屏幕時的背光板,AMOLED屏幕時對應的顯示面板,也因此失去了顯示畫面的能力。

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這一次,無論是小米的“隱視屏”還是OPPO的“透視全景屏”,它們都是建立在自發光AMOLED屏幕面板的基礎上。和LCD相比,AMOLED面板具備更薄的特性,在透光率上原本就占有一定的優勢。理論上,只要將AMOLED面板做得足夠薄,當透光率達到某個臨界的閾值,通過面板的光線就足夠讓隱藏其下的攝像頭完成成像。

可惜,現階段的技術水平還無法讓AMOLED屏幕面板薄到如此地步,因此想讓屏下攝像頭可以正常工作,就只能拿屏幕的現有結構“開刀”了。

相似的實現原理

按照小米官方對“隱視屏”的描述,在前置相機(獨有的屏鏡一體式鏡頭)區域是一塊小的“透明屏”,具有低反射、高透光率的特性。“透明屏”不拍照時可正常顯示屏幕內容,拍照時則變為透明玻璃。當相機啟動的瞬間,屏幕和鏡頭共同作用,讓光線充分進入相機傳感器,解析力超過LCD的盲孔屏方案。

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OPPO主打的“透視全景屏”在原理上和“隱視屏”相似,它也是采用兩塊屏幕拼接的方式,在前置相機對應的表面覆蓋了一層“透明屏”(OPPO將這個顯示區域稱為USC——Under-Screen-Camera)。和小米相比,OPPO對這部分“透明屏”的描述更加準確,它并非我們想象中的透明玻璃,而是通過重新設計前置攝像頭區域的像素結構,采用透光率更高的“透明材料”,也就是“可以變透明的AMOLED面板”。

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我們都知道,手機專用的AMOLED屏幕面板由上到下通常是由傳統陰極材料、有機發光材料、傳統陽極材料三層結構組成(當然還有覆蓋其表面的保護玻璃)。為了保證AMOLED的熱穩定性,最底層的陽極材料必須為透光率極低的黃色,而這也就導致普通AMOLED屏幕面板是“不透明”的。換句話說,想讓AMOLED屏幕面板“變透明”,就需要更換最底層的陽極材料。

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小米和OPPO提到的那一小塊“透明屏”,其實就是使用了定制陽極材料的AMOLED面板,這種陽極材料有著更高的透光率,能讓外部光線透過屏幕和這部分AMOLED面板區域直達攝像頭內部的傳感器,從而提升成像素質。在不使用攝像頭時,這一小塊“透明屏”還能正常顯示屏幕內容,和整個AMOLED屏幕渾然一體,毫無違和感。

暫時無解的后遺癥

雖然改變陽極材料的部分AMOLED面板看似“透明”,但它的透光率依舊難以和真正的透明玻璃相比。換句話說,現階段屏下攝像頭很難做到和非屏下一樣的效果,光學素質肯定會有一定的損失,自拍的照片略有偏色和模糊。同時,這部分可以變透明的AMOLED面板,在正常顯示時也存在色彩失真、分辨率降低的缺陷,在顯示淺色畫面時尤為明顯。因此,采用屏下攝像頭的工程樣機,才會以深色壁紙加以掩飾。

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由于屏下攝像頭技術存在上述缺陷,OPPO副總裁沈義人也在微博上透露,“新技術的實現沒有一下就發展到完美的。我覺得依照目前的實際體驗,很難大規模量產”。

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現階段,屏下攝像頭方案可以從軟硬兩個角度加以優化。硬件方面,通過定制更大光圈、傳感器尺寸和單像素面積的前置攝像頭,可以進一步提升進光量;軟件方面,通過白平衡+HDR+AI算法來提升畫面亮度與細節,再利用去霧化算法用來去除屏下攝像頭的霧面效應,進一步提升畫面清晰度。但無論如何優化,它短期內都無法獲得傳統前置攝像頭方案的自拍效果,只能做到盡量接近。

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小結

屏下攝像頭技術的出現,可以讓“真·全面屏”手機無需改變現有形態,徹底擺脫復雜機械結構的束縛,不會增加機身重量影響續航,堪稱最完美的全面屏解決方案。雖然該技術還存在顯示和成像質量下降的問題,但正所謂“辦法總比困難多”,當更完美的陽極材料、傳感器和AI算法攜手后,就是“真·全面屏”手機徹底的普及之時,一起期待吧。

 

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