小米中兴大战屏下摄像 中国厂商或再次拿下一城

时间:2021-02-08 16:05:30       来源:智东西

到目前为止,把屏下摄像头技术大规模量产的手机厂商,仅有中兴一家。

2021 年,这个数字至少会大于 2。小米 Redmi 产品总监王腾近日回应关于 MIX 系列今年是否会更新时说,“都这么问了,没有是不是说不过去?”

MIX 系列向来是小米探索技术落地的前哨站,而雷军去年就说第三代屏下摄像技术将在 2021 年量产。

▲雷军称 2 月 7 日他将解答 “今年有 MIX 么?”这个问题

另外,小米 2 月 5 日发布的四曲面瀑布屏概念机,据称也采用了小米第三代屏下摄像技术,实现了机身 “零开孔”。

▲小米四曲面瀑布屏概念机

从 2019 年到 2020 年上半年,小米、OPPO、vivo 三家为屏下摄像头技术争得火热,去年 9 月,中兴突然半路杀出,成功 “截胡”。

中兴的首款屏下摄像头手机中兴天机 Axon 20 5G,根据实际体验来看,其前置拍照效果、屏下摄像区的显示效果均已初步具有可用性。

其实早在 2019 年 6 月,小米和 OPPO 就曾 “不约而同”地公布了自家的屏下摄像头方案,但那时双方都是通过高管微博曝光的方式来呈现的,微博视频和动态图的画质有限,因此当屏幕正常显示时,前置摄像头区域的效果到底怎么样?我们不得而知。

2020 年 2 月,vivo 又发布了一款小规模试产的概念手机 Apex 2020,一些媒体有机会一睹屏下摄像头的 “真容”。从样张和视频来看,前置摄像头区域在浅色背景下仍然 “较暗”。

▲Apex 2020 概念机屏下区域近距离拍摄

对于屏下摄像技术推进,小米高管卢伟冰就曾在微博中公开表示,“以目前的技术能力,无法找到兼顾显示效果和相机效果的有效方案。”

近两年来,在一些智能手机新技术的尝鲜中,中国手机厂商和供应链企业逐渐走到前面,不论是高刷屏、百倍变焦还是百瓦快充,中国厂商都率先实现了技术量产。

屏下摄像头背后,有哪些技术难题需要克服,而实际体验到底还存在哪些不足?

带着这些疑问,智东西作为少数受邀媒体,体验了小米第三代屏下摄像技术的工程样机。可以说 ,屏下摄像头,无疑又将成为中国手机厂商的下一个技术高点。

▲小米屏下摄像头 3.0 工程机(左上角打孔屏下前摄)

一、相机:我要光!屏幕:我要显示!

在中兴屏下摄像头手机落地之前,技术的发展主要受制于屏幕透光率与屏幕显示效果不可兼得。

我们知道,拍照的关键因素之一,就是光。没有足够的光线,就算有再强大的图像传感器也无处施展拳脚。光与相机,就像食材和厨子,巧妇难为无米之炊。

屏幕中的像素点、阴极、阳极和电路等部分都会明显降低透光率,而想要保证良好的成像效果,屏幕的透光率就必须在 90% 以上。

如果从屏幕的阴阳极入手,采用透明阴极、阳极材料,则屏幕的亮度、颜色表现都会因此受到影响。如果减少前置摄像头区域的屏幕像素数量和电路排布,则屏幕分辨率就会下降,屏幕的 “纱窗感”就会增强,引起观感的不适。

当然,通过算法的加持,可以去除一些固定结构的干扰,从而获得更加干净的图像,不过算法的大量使用也会一定程度上增加画面的涂抹感。

因此,鱼和熊掌如何兼得,如何兼顾屏幕显示效果和透光率,是各家工程师都在绞尽脑汁去思索的。

中兴 A20,据称屏下摄像头部分的面积只占整个屏幕面积的千分之二,为了解决透光率问题,中兴首先从屏幕材料入手。

中兴通讯终端事业部总裁、努比亚技术有限公司总裁倪飞在发布会上对于中兴的屏下摄像技术做了解释,称中兴在阴极、OLED、阵列这几个屏幕主要层使用了新的材料,提升了透光率。另外对屏幕的膜层结构做了处理,在提升透明度的同时抑制光学衍射。

另外,中兴用了一颗独立驱动屏显芯片来对 “屏下摄像区”和 “常规区”两部分屏幕进行整体驱动,这样可以解决不同区域间显示同步的问题。当然,屏下摄像区的像素,其排布方式和尺寸都跟常规区是不一样的。保证拍照时透明、不拍照时正常显示。

在驱动电路设计上,中兴采用了一种环形电路设计,这样可以减少不透光的电路部分对光线的影响,从而进一步提升了透光率。

当然,除了硬件的升级,中兴也在前置拍照中融入了一些优化算法,比如消除衍射光和眩光、抑制画面的雾化效果、提升照片的纯净度和画面亮度。这些对于实际成像效果还是有比较明显的优化作用的。

说了这么多,中兴 A20 的实际表现到底怎么样呢?根据媒体实际测试显示,中兴 A20 的屏下摄像区域在日常使用时已经基本 “无感”,尤其是在观看视频、图片等场景中;前置拍照的亮度、细节都较之前其他家公布的方案有了比较明显的提升。

▲中兴 A20 浅色背景下显示效果

▲中兴 A20 观看视频

不过在浅色背景下,仍然能够 “隐约”看到屏下摄像区域。

▲中兴 A20 在某些角度浅色背景下,屏下摄像区域的 “纱窗感”

总体来看,对于屏幕材料的透明化处理,多少都会对屏幕像素产生一定的影响,从而令屏下摄像区域和正常区域的屏幕有所不同。不过相比打孔屏的开孔,屏下摄像头的感知度已经非常低了。

二、小米第三代屏下摄像:分辨率不变,还能更透明?

就在 2020 年中兴 A20 屏下摄像头手机即将发布前的一个礼拜,小米 CEO 雷军也在微博上曝光了小米最新的屏下摄像头技术,官方称之为 “3.0”版本,不过雷军说,“大家别急,预计明年量产。”

“明年”已经到来。

在去年小米开发者大会上,雷军就强调了拍照、屏幕、充电、系统等方面都是小米自研技术发力的重点方向。屏下摄像技术,无疑需要拍照和屏幕团队的密切协作。

根据小米发布的官方信息来看,在 2019 年 6 月发布的第一代技术中,小米采用了透明的阴阳极材料,但屏幕显示的亮度、色域和色准都受到了影响;第二代技术增加了透明区域,减少有效像素,但是由于分辨率下降,屏幕 “颗粒感”增强。

由于这些问题,小米屏下摄像头技术的前两代都没有量产。这一次,小米称其第三代屏下摄像头技术为 “终极形态”,并将于明年量产。

具体来看技术本身,小米通过不同的像素排列方式,让屏下相机区域在物理像素层面保持了 “全分辨率”;同时他们优化了像素尺寸,提升了像素间的透光间隙,并且重新设计像素驱动电路,采用透明导线设计,从而整体上实现了更高的透光率。

简单理解,就是像素数量不变,但通过尺寸的调整增加间隙,并且让间隙 “更透明”。

小米称,在这样的技术前提下,屏下相机区域的屏幕可以在保证亮度、色域、色准的同时,兼顾高透光性,实现显示效果和自拍表现的平衡。

相比之下,中兴的方案更加注重拍照效果,由于使用了刚性 OLED 屏幕,其玻璃基底的透光性要先天好于小米的柔性 OLED 的 PI 基底。不过在显示效果上,中兴 A20 在分辨率上的降低会增加屏幕的 “颗粒感”,透明阴极的采用也会带来 EL 器件性能的略微下降。

在小米的屏下摄像头方案落地前夕,智东西作为少数业内受邀媒体,已经对小米屏下摄像 3.0 方案 “工程机”进行了初步体验。

▲小米 2.0 方案(左)与 3.0 方案(右)的效果对比

根据实际体验来看,基于小米 10 尊享版 “改装”的屏下摄像头机型,其屏下相机区域在正常使用过程中已基本无法察觉。仅有在角度很大的斜向观看浅色背景时,才会略微显现,但这种角度已经基本偏离了用户日常使用的观看角度。

并且左上角的打孔设计,本身感知就会比居中打孔要弱一些,因此在日常使用时很少会注意到屏下摄像头的存在。我平日使用的是一加 7 Pro,这是一款采用升降前摄设计的 “真全面屏”手机,可以说,在视觉观感上,两者基本已经感受不到差异。

▲小米 2.0 方案(左)与 3.0 方案(右)的前置拍照效果对比

在前置自拍方面,实际拍摄效果可用性比较强,并且相比上代的 2.0 方案,很明显的特点就是画面细节更丰富,画面的算法涂抹感降低。当然其成像与主流旗舰手机的前置自拍效果相比,还有比较大的优化空间。

工作人员告诉智东西,由于现在是工程机阶段,因此还有一些 “瑕疵”,但最终量产机型仍然会做进一步完善。

三、手机厂商连同供应链发力,三星屏下率先试水 PC

小米、中兴之外,OPPO、vivo、华为等厂商都在推进屏下摄像技术的落地,而国内的主流面板厂商也对屏下摄像头技术很感兴趣。

2019 年 6 月,虽然 OPPO 和小米同时展示了屏下摄像方案,但其实技术原理是完全不同的。根据 OPPO 专利显示,他们将屏下摄像区域做成了可透光的,而正常显示的区域是不透光的。

平时屏下摄像区下面有投影组件负责显示图像,拍照时,投影组件关闭,成像组件工作,从而实现拍摄,当然,屏下摄像区域的像素是做了稀疏化处理的,因此显示效果应该会受到一些影响。

▲OPPO 相关专利

vivo 是选择了一种在屏下摄像区使用 PMOLED 屏幕,其他区域使用正常屏幕材质,PMOLED 材料由于结构更薄,透光率也会相对高一些。魅族则是直接将石墨烯材料用在了屏下摄像区,然而显示效果就无法得到保证了。

当然,屏下摄像技术也少不了华为,他另辟蹊径,通过电压调节来控制屏幕的透明度,从而实现屏下摄像头的光线获取。有意思的是,在 2020 年的 CES 上,一加也曾展示了一种 “电致透明”材料,可以通过调整的电压来控制玻璃透明与否。

在屏下摄像技术的探索中,京东方显得有些 “思路清奇”,他们没有在屏幕材料上做文章,而是通过一种机械结构,在需要前置拍照时,将屏幕直接 “移走”。不过至今这种方案还没有实际落地。

▲京东方相关专利

与京东方相比,TCL 华星的方案就可行的多,根据 TCL 华星研发人员透露,从 2019 年 6 月 OPPO 的屏下方案,到 2020 年 2 月 vivo Apex 2020 概念机,再到如今小米最新的屏下摄像 3.0,其屏幕方案均来自于华星。

目前,中兴 A20 所采用的是维信诺的方案。可见,在终端厂商 “炫技”的背后,是中国屏幕面板企业在共同努力。

与国内的热火朝天形成鲜明对比,三星、苹果等海外巨头似乎对屏下摄像技术显得有些 “冷淡”,至今没有什么实际动作。

其实三星早在 2018 年年末就曾被曝光过一项屏下摄像头专利,只不过在那时,屏下摄像头听起来还有些 “梦幻”,因此也没有引起什么大的动静。

两年过去了,三星 Note 20 系列曾被寄予厚望,会首发屏下摄像头技术,而 8 月靴子落地,大家等了一场空。

好在三星前不久发布了一款搭载了屏下摄像头的笔记本产品,也算是在 2020 年的尾巴里赶上了屏下摄像头这波热潮。

▲三星笔记本屏下摄像技术

苹果不但没有动静,连相关专利也鲜有曝光。可以理解,苹果就连高刷都迟到了两年多,苹果对于新技术的采纳是十分严谨的,要求也很高。

从屏下摄像技术发展的整体情况来看,目前已经基本可以形成两条技术路径:TCL 华星选择以显示效果为先,不降低分辨率,但这样的方式需要匹配以图像算法做定制化开发;维信诺选择以拍照效果为先,略微降低分辨率,这样的方式则需要考虑屏幕显示效果要如何优化。

TCL 华星研发工程师告诉智东西,屏下摄像头将会成为未来智能手机市场需求的一大技术热点。各家方案也还有较大的优化空间,预计 2021 年会有更大规模的量产落地。

结语:屏下摄像基本 “拿下”,但方案之争仍在继续

更高的屏占比、更完整的屏幕、更好的屏幕显示效果、更好的前置拍照效果,消费者永远都希望能够拥有一个完美的解决方案,而 2021 年这样的憧憬已经可以实现。

屏下摄像头技术,看起来似乎是 “方向对了”,通过后续软件优化以及算法的不断调教,我们可以期待最终落地量产的结果要比现在更进一步。

从 2019 年微博曝光,到 2020 年线下实机展示成果,国内智能手机屏下摄像头技术仅仅用了一年多,就从实验室里走出,完成了量产。

不论从屏幕显示效果还是前置拍摄效果来看,屏下摄像头已经基本具备 “可用性”和 “量产能力”。而 2021 年,无疑将有更多厂商加入这条赛道。

虽然智能手机芯片中国厂商还被海外巨头卡脖子,但是在屏幕、拍照、快充等方面,国内智能手机厂商已经走在了三星、苹果的前面。

在技术为王的战场中,中国厂商无疑再次拿下一城。