全面屏的最后障礙屏下攝像頭是如何實(shí)現(xiàn)的？

謝慧華

從屏幕指紋識別說起

把攝像頭放置在屏幕下方，并“穿透”屏幕進(jìn)行拍攝，這真的能實(shí)現(xiàn)嗎？實(shí)際上，它不僅完全可行，而且已經(jīng)被運(yùn)用在不少手機(jī)上。只不過目前的“屏下攝像頭”并非用來自拍，它拍攝的是用戶的指紋，這就是光電式屏幕指紋傳感器。它的工作原理很簡單，當(dāng)用戶將手指按壓到屏幕上時，屏幕下的攝像頭借助屏幕發(fā)出的光線拍攝到指紋反射回來的圖案，再通過算法增強(qiáng)與錄入的圖像進(jìn)行對比，完成對用戶指紋的識別。

雖然都是在屏幕下方放置攝像頭，但屏幕指紋識別和屏下攝像頭的實(shí)現(xiàn)難度有天壤之別。最明顯之處在于，屏幕指紋對畫質(zhì)要求很低，拍攝的只是黑白影像，拍攝對象是貼在屏幕上的指紋。但用屏下攝像頭自拍，人臉不可能貼在屏幕上，用戶對圖像分辨率和色彩的要求也高得多。和傳統(tǒng)前置攝像頭被放置在高透光率的保護(hù)玻璃下不同，屏下攝像頭與外界隔著顯示屏，顯示屏的透光率遠(yuǎn)低于光學(xué)玻璃，屏幕上每個像素之間的晶格、電路也會在攝像頭前方形成阻礙，這就像隔著普通玻璃和毛玻璃進(jìn)行拍照一樣。

從帶著劉海屏的蘋果iPhoneX出現(xiàn)之后，手機(jī)廠商從未停止過全面屏的技術(shù)探索。邊框可以縮減，聽筒可以換個地方放置，但為了解決前置攝像頭手機(jī)廠商各顯神通，有的采用各種形態(tài)的挖孔，有的采用電動升降式前置攝像頭，有的采用推拉滑蓋式機(jī)身……在偏執(zhí)的用戶看來，挖孔依然影響著屏幕的一體性，而無論是機(jī)械升降還是滑蓋機(jī)身，都不可避免存在故障率提升、機(jī)身厚重增加、容易堆積灰塵的問題。大家“苦前置攝像頭久矣”，只有隱形的屏下攝像頭技術(shù)才能解救。

新型材料是技術(shù)關(guān)鍵

既能夠顯示圖像，又能夠讓前置攝像頭的自拍、人臉識別等功能不受影響，這顯然不是普通的屏幕可以做到的。光電式屏幕指紋的解決方案大多采用透光性更好的OLED屏幕，自發(fā)光的特性也可以大幅減少干擾光源，而LCD屏幕較厚，不能主動發(fā)光，背光的特性會干擾到解鎖過程。同理，屏下攝像頭技術(shù)同樣依托于OLED屏幕的纖薄、自發(fā)光特性。我們都知道，OLED屏實(shí)際上是由一層具半導(dǎo)體特性的銦錫氧化物（ITO）與電極的陽極相連，再加上另一個金屬陰極形成如三明治的結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)層中包括了：空穴傳輸層（HTL）、發(fā)光層（EL）與電子傳輸層（ETL），另外還有基板用來支撐整個屏幕?；蹇梢允峭该魉芰希部梢允遣ＡЩ蛘呓饘俨?。陽極和陰極也可以做成透明的。導(dǎo)電層和發(fā)射層則是由有機(jī)塑料分子構(gòu)成。有機(jī)層也是由有機(jī)物分子或有機(jī)聚合物構(gòu)成。這些材料在不發(fā)光的情況下都可以是透明的。這就意味著OLED屏幕完全可以做成透明的。早在2015年，三星就曾展示了一款55英寸的透明OLED電視，LG、京東方也都曾展示過小尺寸的透明OLED屏幕。

從維信諾給出的方案來看，它其實(shí)是將屏幕分成兩部分，一部分依舊延續(xù)原本的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而另一部分屏下攝像頭的顯示區(qū)域則采用了透明導(dǎo)電層以及其他的新型材料，從而讓藏在屏幕底下的攝像頭保持正常運(yùn)作。當(dāng)該區(qū)域的透明OLED顯示屏不顯示畫面時，將會呈現(xiàn)透明的狀態(tài)（相對攝像頭而言），這也使得外界的環(huán)境光線可以透過透明的OLED顯示屏到底屏下的攝像頭，從而最終實(shí)現(xiàn)成像。為了能夠在前置攝像頭成像的同時不影響屏幕顯示，透明屏幕區(qū)域往往還加入了投影組件。當(dāng)屏下攝像頭進(jìn)行拍照，投影組件則負(fù)責(zé)向顯示屏投影顯示內(nèi)容，進(jìn)而做到拍照和顯示兩不誤。

攝像頭+算法同步進(jìn)化

將前置攝像頭從高透光的玻璃移到透明屏幕區(qū)域下方，也對攝像頭提出新的要求。透明的OLED屏幕材質(zhì)的透光率比玻璃低，對光線存在一定的反射和吸收，再加上玻璃蓋板的影響，前置攝像頭單位時間內(nèi)的進(jìn)光量會明顯降低。想要獲得更好的屏下成像效果，前置攝像頭就需要更加強(qiáng)悍的感光能力，這對攝像頭的光圈大小、傳感器尺寸提出了新的要求。光圈越大，進(jìn)光量也就越大。傳感器尺寸越大，感光面積也就越大。屏下攝像頭模組必須具有更大的光圈、傳感器面積和單像素尺寸，才能充分利用透過屏幕的光線來成像。

此外，光線通過屏幕的過程會帶來眩光、偏色、霧化等問題，除了硬件之外，屏下攝像頭成像還需要軟件算法來優(yōu)化。這些算法主要包括三個方面：白平衡算法、HDR算法和AI去霧化算法。針對屏下攝像頭的光線條件，過去已經(jīng)很出色的白平衡算法和HDR算法需要調(diào)整，校準(zhǔn)色彩、壓制高光、提亮暗部，保證畫面真實(shí)、明亮和細(xì)節(jié)表現(xiàn)。而AI去霧化算法專門針對屏下攝像頭的霧化效應(yīng)，去除光路不通暢產(chǎn)生的霧面效應(yīng)，減少模糊觀感，進(jìn)一步提升畫面清晰度。維信諾InVsee方案就采取了一系列措施提升前置拍攝效果，比如在透明顯示區(qū)域上采用首創(chuàng)的驅(qū)動電路和像素結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，規(guī)避了像素驅(qū)動電路對攝像頭的干擾，抑制了像素點(diǎn)對前置攝像頭的影響，在軟件算法上也做出了升級，從而消除衍射和眩光，抑制霧化效果。

什么時候能用上屏下攝像頭手機(jī)？

在維信諾之前，不少手機(jī)廠商就已經(jīng)開始布局屏下攝像頭手機(jī)。2019年6月，OPPO和小米在同一天展示了采用屏下攝像頭技術(shù)的手機(jī)，vivo隨后跟上，帶來了vivoAPEX2020，今年3月華為也提交了一項(xiàng)屏下攝像頭專利。供應(yīng)商方面，除了維信諾之外，曾為OPPO樣機(jī)提供屏幕的華星光電也表示將于2020年內(nèi)量產(chǎn)屏下攝像頭技術(shù)。種種信息表明，屏下攝像頭手機(jī)離我們不遠(yuǎn)了。

當(dāng)然，我們也不能太過期待初代屏下攝像頭手機(jī)的體驗(yàn)，從展示的樣機(jī)來看目前屏下攝像頭的表現(xiàn)還無法令人滿意。在vivoAPEX2020概念機(jī)上，微傾斜下屏幕角度就能看到手機(jī)頂部看到一小塊略顯不同的區(qū)域，就像是拼接上去的色塊。為了提升透光性，透明顯示區(qū)域的亮度、色域、視角和分辨率都可能與常規(guī)顯示區(qū)域不同。針對這點(diǎn)，維信諾表示通過特殊的像素排列方式、新OLED器件的應(yīng)用，讓兩個區(qū)域的邊緣過渡更為自然，同時以創(chuàng)新的驅(qū)動方式讓兩個區(qū)域顯示同步。換言之，更加自然就是還不夠完美，能夠完全隱形又兼顧照片效果的屏下拍照體驗(yàn)，還需要等待技術(shù)的成熟。