梦想照进现实

屏下相机方案的由来

自手机进入“全面屏”时代以来，屏占比就是最最核心的参数，而影响这一指标的因素主要以屏幕边框和前置摄像头为主。其中，屏幕边框可以通过COP封装工艺、曲面屏或瀑布屏压缩到极致，但在前置摄像头的安置方面却存在争议，由此才引发了水滴屏、挖孔屏、前后双屏、弹出摄像头、滑盖全面屏等诸多设计的论战（图1）。

几番较量之后，以“挖孔屏”为代表的方案暂时胜出，它对屏幕整体性的破坏最小，不存在升降摄像头那复杂的物理结构（图2），随着产业链的成熟，其成本也在一路走低，并被更多不同价位的新品所列装。然而，哪怕是最先进的极点开孔工艺，也需要为摄像头留下至少3mm左右的孔径，这对于追求“满眼全是屏”特效的用户来说也是不能接受的。

既然智能手機当年可以凭借屏下指纹识别技术让前置指纹模块的开孔消失，为什么前置摄像头就不能借鉴这种思路隐藏呢？于是，屏下摄像头，也就是屏下相机时代就此拉开了序幕。

屏下相机方案的技术难点

早期的屏下指纹识别技术大多采用“准直器方案”，它们会在OLED屏幕下方嵌入指纹传感器，通过微透镜收集从OLED屏幕小孔透下来的光线成像，从而实现对指纹信息的采集与识别。从2018年下半年开始，“CMOS方案”逐渐一统屏下指纹江湖，它们将隐藏在屏幕内的指纹识别传感器换成了特殊的摄像头模组，配合OLED屏幕面板产生的光线反射实现指纹的录入、识别和解锁流程（图3）。

换句话说，你现在正在使用的采用屏下指纹识别技术的手机，已经在屏幕下面隐藏了一颗你看不见它，它却能看到你指纹的摄像头了（图4）。但是，由于OLED屏幕面板的透光性较差，藏在下面的摄像头只能拍摄微距和黑白照，用于指纹信息的识别问题不大，但要用于日常的自拍，基本啥都拍不清。

因此，想在屏幕下面隐藏一颗自拍用的摄像头，首先就要解决OLED屏幕的透光问题，也就是摄像头工作时要将对应区域的屏幕变透明。既然有了解决思路，接下来就是不断的优化与技术迭代了。

屏下相机技术的迭代之旅

2019年6月初，小米和OPPO几乎同时曝光了旗下搭载屏下相机技术的工程样机，并分别命名为“小米隐视屏”和“透视全景屏”。从技术迭代的角度来看，这一时期的屏下相机技术属于“第一代”。

第一代屏下相机技术

无论是小米还是OPPO，第一代屏下相机技术的本质都是相同的，它们都采用了由两块屏幕拼接的设计，包括正常的主体屏幕，以及在前置相机对应位置拼接的“透明副屏”。

标准OLED屏幕的透光性很差，原因是它位于上下两层的阳极和阴极材料本身就不太透光，能采集黑白的指纹信息就已经非常勉强了。因此，第一代屏下相机技术为OLED屏幕定制了有着更高透光率的阴阳极材料，能让外部光线通过“透明副屏”直达摄像头内部的传感器，从而提升成像素质（图5）。在不使用摄像头时，这一小块“透明副屏”还能正常显示屏幕内容，和整个屏幕浑然一体。

需要注意的是，再怎么优化阴阳极材料，它的透光率也难以和真正的透明玻璃相比，光线在到达CMOS传感器的过程中会受到屏幕透明材料的衍射、闪光等因素的干扰，从而带来雾化、眩光、清晰度下降等问题，翻译过来就是自拍时的照片会有种雾蒙蒙的感觉，需要后期成像算法加以弥补修饰。如果你细心观察，还会发现“透明副屏”部分的画面存在色彩失真、分辨率降低的缺陷，哪怕是深色背景也能看出色彩的偏差（图6），就像是拼接上去的色块。

第二代屏下相机技术

为了进一步提升OLED屏幕的透光率，屏下相机技术很快就迭代到了第二代。从小米提供的宣传科普资料来看，该品牌在2 019 年10月就进入到了第二代屏下相机技术的可展示阶段，新技术在上代优化阴阳极材料的基础上，对“透明副屏”区域的OLED面板像素排列进行了改良——每4个像素仅保留1个RGB像素做显示，其余3个通过改变内部结构和材质使其拥有透光性，达到屏幕透光效果（图7）。

改变像素排列后，虽然可以让“透明副屏”获得更加趋近于普通玻璃的透光性，降低了自拍时成像的雾化效果，但同时也导致了摄像头附近区域屏幕的像素密度大幅降低了75%，在显示浅色时可能还不太明显，但在显示深色或鲜艳的背景时就自带“马赛克”特效，影响观感了。

引言中我们提到的全球首发屏下相机技术的中兴天机Axon 20（图8），它采用的就是来自维信诺旗下的InV see屏下摄像解决方案，严格意义上来讲也属于第二代屏下相机技术。

从维信诺官方的资料来看，InV see选择了透明度更高的新有机膜和无机膜材料，并在副屏区域用透明导电层最大限度地代替非透明金属材料，而无法用透明导电层代替的金属层则采用全新材料，从而达到提升透明度和抑制衍射的双重效果（图9）。

InV see采用業内首创的驱动电路和像素结构设计，规避了像素驱动电路对摄像头的干扰，抑制了透明区显示走线和像素对前置摄像头的影响，并与终端厂商合作对成像算法进行优化，进一步消除了影响拍摄效果的衍射和炫光，抑制雾化效果，大幅提升照片清晰度和亮度。

此外，InV see引入了新OLED器件，通过特殊的像素排列方式优化，明显弱化主副屏区域因透明度、分辨率等差异导致的分界线，实现了主副屏显示同步，还消除了透明副屏和主屏之间的亮度差异、色域差异、视角差异，直观地提升了整个屏幕的显示一致性。

从中兴天机A xon 20的真机体验来看，深色背景状态副屏的显示效果与主屏有着不错的一致性，但换成白色或浅色背景，并从侧面仔细观察时，依旧可以看到副屏的大致轮廓，画面清晰度下降，对观感存在一定的影响（图10）。

第三代屏下相机技术

好消息是，屏下相机技术经过进一步的迭代，可以带来更趋完美的显示和自拍体验。比如小米展示的第三代屏下相机技术，我们就可以将其视为前两代技术的融合优化版。

简单来说，小米的第三代屏下相机技术同样改变了“透明副屏”区域OLED面板的像素排列，但它并没有采用“4选1”的策略，而是在每个单位像素内都保留了完整的RGB子像素显示，因此并没有牺牲像素密度，可实现点对点的物理像素全显示，并达到相同的亮度、色域及色准，使得整块屏幕浑然一体（图11）。

同时，得益于全新的自研像素排布，以及特殊的电路设计，将更多元器件隐藏在RGB子像素下方，可以在子像素的间隙中透过更多光线（图12），结合相机优化算法，一改普通屏下相机不通透、自带滤镜似的拍照体验，让屏下相机实现了与常规前置相机几乎无差别的成像表现（图13）。

从小米展示的样机来看，搭载第三代屏下相机技术的手机屏幕顶部的“透明副屏”在深色、浅色等背景下几乎不可见（图14），即便是从侧面观看也不会感觉到有很明显的区分。

小结

虽然中兴天机Axon 20的屏下相机技术不够完美，但它毕竟是首个可商业化量产的版本，在技术推进层面的意义重大，实现了从无到有的突破。最关键的是，天机Axon 20的价格只有2000元出头，并没有因引入新技术而大肆加价，这一点还是值得肯定的。小米展示的第三代屏下相机技术虽然效果惊艳，但暂时还处于实验室阶段，真正量产的时间可能需要等到2021年。一项技术是否禁得起考验，还是需要以最终的量产版为准。

总之，在折叠屏技术放下身段走向民间之前，把前置摄像头隐匿于屏幕之下将成为智能手机屏幕的下一个发展趋势。正常使用时，百万像素同时亮起没有一丝遮挡。自拍时，前置摄像头的显示区域瞬间消失，让光线倾泻而下。怎么样，对于这种描述，你是否有了心动的感觉？