夢想照進現實

屏下相機方案的由來

自手機進入“全面屏”時代以來，屏占比就是最最核心的參數，而影響這一指標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議，由此才引發了水滴屏、挖孔屏、前后雙屏、彈出攝像頭、滑蓋全面屏等諸多設計的論戰（圖1）。

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

既然智能手機當年可以憑借屏下指紋識別技術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，也就是屏下相機時代就此拉開了序幕。

屏下相機方案的技術難點

早期的屏下指紋識別技術大多采用“準直器方案”，它們會在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，從而實現對指紋信息的采集與識別。從2018年下半年開始，“CMOS方案”逐漸一統屏下指紋江湖，它們將隱藏在屏幕內的指紋識別傳感器換成了特殊的攝像頭模組，配合OLED屏幕面板產生的光線反射實現指紋的錄入、識別和解鎖流程（圖3）。

換句話說，你現在正在使用的采用屏下指紋識別技術的手機，已經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要將對應區域的屏幕變透明。既然有了解決思路，接下來就是不斷的優化與技術迭代了。

屏下相機技術的迭代之旅

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

第一代屏下相機技術

無論是小米還是OPPO，第一代屏下相機技術的本質都是相同的，它們都采用了由兩塊屏幕拼接的設計，包括正常的主體屏幕，以及在前置相機對應位置拼接的“透明副屏”。

標準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非常勉強了。因此，第一代屏下相機技術為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”直達攝像頭內部的傳感器，從而提升成像素質（圖5）。在不使用攝像頭時，這一小塊“透明副屏”還能正常顯示屏幕內容，和整個屏幕渾然一體。

需要注意的是，再怎么優化陰陽極材料，它的透光率也難以和真正的透明玻璃相比，光線在到達CMOS傳感器的過程中會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的照片會有種霧蒙蒙的感覺，需要后期成像算法加以彌補修飾。如果你細心觀察，還會發現“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。

第二代屏下相機技術

為了進一步提升OLED屏幕的透光率，屏下相機技術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月就進入到了第二代屏下相機技術的可展示階段，新技術在上代優化陰陽極材料的基礎上，對“透明副屏”區域的OLED面板像素排列進行了改良——每4個像素僅保留1個RGB像素做顯示，其余3個通過改變內部結構和材質使其擁有透光性，達到屏幕透光效果（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，降低了自拍時成像的霧化效果，但同時也導致了攝像頭附近區域屏幕的像素密度大幅降低了75%，在顯示淺色時可能還不太明顯，但在顯示深色或鮮艷的背景時就自帶“馬賽克”特效，影響觀感了。

引言中我們提到的全球首發屏下相機技術的中興天機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，嚴格意義上來講也屬于第二代屏下相機技術。

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膜和無機膜材料，并在副屏區域用透明導電層最大限度地代替非透明金屬材料，而無法用透明導電層代替的金屬層則采用全新材料，從而達到提升透明度和抑制衍射的雙重效果（圖9）。

InV see采用業內首創的驅動電路和像素結構設計，規避了像素驅動電路對攝像頭的干擾，抑制了透明區顯示走線和像素對前置攝像頭的影響，并與終端廠商合作對成像算法進行優化，進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化，明顯弱化主副屏區域因透明度、分辨率等差異導致的分界線，實現了主副屏顯示同步，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，直觀地提升了整個屏幕的顯示一致性。

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

第三代屏下相機技術

好消息是，屏下相機技術經過進一步的迭代，可以帶來更趨完美的顯示和自拍體驗。比如小米展示的第三代屏下相機技術，我們就可以將其視為前兩代技術的融合優化版。

簡單來說，小米的第三代屏下相機技術同樣改變了“透明副屏”區域OLED面板的像素排列，但它并沒有采用“4選1”的策略，而是在每個單位像素內都保留了完整的RGB子像素顯示，因此并沒有犧牲像素密度，可實現點對點的物理像素全顯示，并達到相同的亮度、色域及色準，使得整塊屏幕渾然一體（圖11）。

同時，得益于全新的自研像素排布，以及特殊的電路設計，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），結合相機優化算法，一改普通屏下相機不通透、自帶濾鏡似的拍照體驗，讓屏下相機實現了與常規前置相機幾乎無差別的成像表現（圖13）。

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

小結

雖然中興天機Axon 20的屏下相機技術不夠完美，但它畢竟是首個可商業化量產的版本，在技術推進層面的意義重大，實現了從無到有的突破。最關鍵的是，天機Axon 20的價格只有2000元出頭，并沒有因引入新技術而大肆加價，這一點還是值得肯定的。小米展示的第三代屏下相機技術雖然效果驚艷，但暫時還處于實驗室階段，真正量產的時間可能需要等到2021年。一項技術是否禁得起考驗，還是需要以最終的量產版為準。

總之，在折疊屏技術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屏幕的下一個發展趨勢。正常使用時，百萬像素同時亮起沒有一絲遮擋。自拍時，前置攝像頭的顯示區域瞬間消失，讓光線傾瀉而下。怎么樣，對于這種描述，你是否有了心動的感覺？