全面屏的最后一役

徐林

早在2019年6月26日，OPPO就在上海MWCS 2019上展出了第一款采用屏下攝像头技术的原型机，之后的两年多时间里就再无消息。难不成就像125W超级闪充技术那样，OPPO又“忘了”么？非也，在这些悄无声息的日子里，OPPO的显示与影像团队，针对屏下摄像头技术的优化一刻也没有停止过，现在，它已经来到了第四代，与上机商用无限接近。

必由之路

最近这一年多以来，我们可以注意到：在智能手机领域，屏幕技术的发展似乎进入了一个称得上飞跃的时期：屏幕的材质、亮度、画面素质、显示刷新率等各方面都迸出来一堆让人大乎过瘾的新名词。

是的，屏幕作为人与智能手机交互最核心的一个接口，它的素质好坏与用户体验息息相关。E4/E5发光材料、高显示刷新率、高触控采样率的应用，提升了屏幕的亮度，为视频、游戏等流行应用带来更好的视觉体验；分辨率的提升，让屏幕的观感更加细致，阅读感觉更加愉悦；LTPO低温多晶氧化物材料带来的可变刷新率特性，让屏幕这个耗电大户也变得更加节能；高频PWM调光技术的采用，减轻了长时间使用屏幕时对眼睛的压力，等等。

总之，手机厂商与供应链合作伙伴在屏幕上所下的功夫，比起其他方面更是有过之而无不及。况且，对比处理器、闪存等配件，屏幕供应商的选择更加多元化，也更有利于产品专属特性的打造，游戏取向的手机就是个典型的例子。更重要的是，屏幕技术是一个对产品定义全局影响更明显的技术：除了前边提到的那些关乎用户体验的方方面面，屏幕对产品设计定义本身的影响也非常大。

比如全面屏，正是这项技术的普及让智能手机消除了存在多年的边框，在保持机身小巧的同时显示有效区域更大（即屏占比更高）。但无论是最早的全面屏1.0窄边框技术，还是现在用得很多的曲面屏技术，被一个问题所困扰：前置摄像头该如何布置。

在我看来，与其说这是一个问题，不如说是一个大矛盾。随着手机影像功能的日新月异，前置是一个非常重要的发展领域，不仅仅是自拍这一项，还有涉及安全的人脸识别、前置建模等应用，比如华为P40/Mate 40/nova 8系列，为了让前置拥有更强的技术特性，不惜采用开孔更大的“药丸”屏，特别是P40 Pro+，更是大到辨识度极高的程度。

甚至还出现了像vivo S系列这样的特例，为了更好地实现以自拍为主打的卖点，在2021年依旧使用“兔牙（刘海）”造型的屏幕，尽管在市场上的表现不错，但相信对设计师来说是个无奈之举。而屏幕上因为这一系列的原因，出现各种形状的黑孔，有些人不敏感，有些人则觉得对观感影响严重，无法接受。

能将前置模组隐藏起来的屏下摄像头技术就是解决这个问题的完美答案。它不仅仅能解决开孔的问题，对手机的设计还有额外的好处。为了进一步减小前置开孔对显示效果的影响，前置摄像头一般都会布置到边边角角的位置，要么左右上角，要么中间顶端，同时受开孔尺寸的影响，前置影像模组的尺寸和功能也会受到限制。尽管前置影像模组因为应用场景的原因，其对传感器尺寸、像素的要求不像后置模组那么高，但想要做到功能更强，体积问题总是无法规避。

所以，这一番解读下来可以看出，屏下技术之于手机厂商来说，无论对造型、功能来说，它都是一项很有前途、值得投入的技术——特别是折叠屏形态受制于成本、材质的现在，屏下技术对消费者热情的撬动更有价值，它是全面屏的终极形态。所以，大小手机厂商都与屏幕供应商联合研发，推进屏下摄像头技术，但是比起这个章节前边说到的那些新技术，屏下摄像头技术的演进难度要大得多。

多管齐下为屏下

之所以说屏下摄像头技术的难度更大，一言以蔽之：要在不牺牲屏幕显示效果的前提下，尽可能地保证前置模组的功能发挥，这其中当然就包括影像，看看最早出现的屏下技术，摄像头区域那一块“疤痕”还不如让它黑着呢。

当然，这个前提和结果你也可以将它们换个位置。要达成最好的结果，就需要在屏幕材质、像素排布、电路布置和软件算法等多个方面共同努力。这其中各家都有解决方案，早期透露出来的有OPPO、中兴这种基于小孔成像原理的，有vivo这种双材质的，有小米这种隐视屏的，还有华为这种电压调整液晶显示效果的。

OPPO的屏下摄像头技术早在2018年上半年就已经在OPPO内部的科技展上亮相了，到现在，它一共经历了四代技术演进：

2019年MWCS上看到的就是被称为第一代的技术：方型打孔，通过增大单像素面积，减小像素数量，透明走线等方案，给前置摄像头带来更多的拍摄光线，屏下摄像头区域的像素密度为200PPI。从采用硬屏方案原型机的效果看，屏下区域与周边有相当明显的区分，粗糙感明显。微观上，一个驱动电路对应一个像素。这算得上是OPPO自己的预研项目，验证屏下技术的方向和可能性，其根本思路，和小孔眼镜基本同源；

2020年上半年，硬屏原型机演进到第二代。方型打孔，但将屏下区域的单像素一分为二，显示结构更加精细，以减轻显示模糊的感觉。微观上，一个驱动电路对应两个像素，像素密度提升为280PPI，像素驱动保持在200PPI；

2020年下半年，演进到第三代。OPPO和BOE通过减小屏下区域像素体积和形状的方式，将单个像素的形状变为圆形或椭圆形，从而让屏下区域的像素密度和其他区域一样，均为400PPI，显示模糊的问题基本得到解决。为了解决这一小块区域复杂的布线与边缘像素结合的问题，还是沿用了方形打孔，但缺点是未熄屏状态下，这一小块区域还是很容易和周围区分开来，被人发现，隐藏得不够好。

2021年上半年，演进到第四代，就是我们现在看到的这一代。开孔变为圆形，无论熄屏还是亮屏，在全亮度、正常观看使用距离上，基本都做到了完美隐藏。屏下区域拥有超过15%的透光率，除了夜景自拍场景无法满足，其他常规自拍场景基本已经可以满足前置摄像头的工作条件了。

通过对OPPO第四代屏下摄像头技术原型机的实际使用来看，在光线充足的户外或是照明条件良好的室内，前置摄像头拍出的自拍照片与现在量产的智能手机几乎没有什么区别。但要知道，目前这块屏幕的透光率只有15%多一点，比起正常前置摄像头90%以上的透光率要差很多，OPPO是如何解决这个问题的呢？影像工程师的算法就到了发挥威力的时候了。

配合屏下摄像头摄像的算法主要解决三个问题：第一，去雾，这个相对比较好做。OLED屏幕结构这么多层，每层上边都有很多元件对透过的光线造成干扰，让传感器感知到的画面变得雾蒙蒙的，和常规拍照场景区别不大；第二，调色。在目前技术条件下，OLED显示屏的基底层颜色是黄色的，所以会对部分波长的光线造成明显的影响，比如蓝光，这就需要算法做校色的处理——我觉得有点类似于华为RYYB传感器的感觉；第三，去衍射。通过驱动电路外移、电路走线采用透明材质等方案，光线衍射虽然大幅度减轻但还是无法完全消除，这个时候就需要用算法和AI技术解决。目前，通过上万张照片的训练，去衍射算法已经有不错的表现，但在高频和纯色场景的拍摄上，依旧还是能看出一些着色的错误，需要继续打磨。

那么，对比友商已经商用的技术，OPPO的屏下摄像头技术有什么样的不同和优势呢？

首先，是OPPO通过像素排列的设计，保持单个像素面积不变，电流密度提升一倍，同时精调细节，这样就可以让屏下摄像头区域和正常区域的差值控制在2%以内，更加让大家找不到屏下摄像头在哪里了。其次，还是为了解决显示一致的问题，OPPO屏下区域的像素都做了单独的像素亮度算法补偿，让屏下区域的均匀性得到保证，从而在像素面积减小的前提下，还能达成相同的亮度，解决“抹布”问题；第三，OPPO不仅仅做了驱动电路的外移和走线的透明化，更是将屏下区域1000多个像素的电路做了缩小化，1000多条走线的宽度只有2μm，像素电路密度达到了420PID，这几乎已经是当前业界屏幕制程工艺的极限，连OLED领域一哥三星都做不到。

当然，最有趣的是，OPPO的工程师强调了这一次OPPO的屏下摄像头在像素排布和像素驱动，都保持了400PPI。可以算得上是真正的400PPI。而目前行业主流做法是，用2.5微米的线宽做280PPI的像素驱动，在像素排布上采用400PPI。这也能解释为什么在显示效果上来说， OPPO的屏下摄像头区域显示要更加细腻，除非凑近非常仔细地观察，才能发现屏下区域那一点点的不同。

在OPPO屏下技术的演进规划中，还有很多值得期待的东西。OPPO的工程师计划和BOE一起，对OLED显示屏各层的材质、结构做进一步的改良。比如现在OLED黄色的基底层，通过材质改进将其变为透明的，就可以将这层的透光率从当前的70%提升到90%以上；偏光层、负极层也有改进空间，比如将现在一体化的负极层也做像素化，从而进一步提升这层的透光率。OPPO的目标，是将目前第四代方案15%左右的透光率，最终提升到40%以上，如此一来，前置影像模组就能有更好的表现。

值得一提的是，OPPO下一代屏下摄像头技术原型机上那块显示屏的效果让我眼前一亮，色彩和精细程度都远超我印象中的BOE显示屏。对此我也问了OPPO的显示工程师，他简单地说虽然排列没变，但现在OPPO联合供应链通过算法上的改进，将屏幕的显示效果已经提升了很多，能做到并不比钻排差多少的水平。具体的情况我也在与BOE沟通中，看看会有什么有意思的信息吧。

写在最后

这种前瞻技术解析文章最后都会落脚到一个终极问题：能否量产？何时量产？从我体验的情况来看，OPPO第四代屏下摄像头技术其实已经具备很强的量产条件了，但在新技术运用上，OPPO一直都有点像个家财万贯但却不舍得花的主儿，把很多新技术捂在实验室里，放在“技术货架”上——这点在充电技术上已可见一斑。但随着中兴AXON 30的上市以及小米傳闻中的MIX 4将要到来，OPPO你还能坐得住不？也许，8月2日，OPPO中国区总裁刘波微博上那个投票，所指应该很明显啦！