全面屏的最后障碍屏下摄像头是如何实现的？

谢慧华

从屏幕指纹识别说起

把摄像头放置在屏幕下方，并“穿透”屏幕进行拍摄，这真的能实现吗？实际上，它不仅完全可行，而且已经被运用在不少手机上。只不过目前的“屏下摄像头”并非用来自拍，它拍摄的是用户的指纹，这就是光电式屏幕指纹传感器。它的工作原理很简单，当用户将手指按压到屏幕上时，屏幕下的摄像头借助屏幕发出的光线拍摄到指纹反射回来的图案，再通过算法增强与录入的图像进行对比，完成对用户指纹的识别。

虽然都是在屏幕下方放置摄像头，但屏幕指纹识别和屏下摄像头的实现难度有天壤之别。最明显之处在于，屏幕指纹对画质要求很低，拍摄的只是黑白影像，拍摄对象是贴在屏幕上的指纹。但用屏下摄像头自拍，人脸不可能贴在屏幕上，用户对图像分辨率和色彩的要求也高得多。和传统前置摄像头被放置在高透光率的保护玻璃下不同，屏下摄像头与外界隔着显示屏，顯示屏的透光率远低于光学玻璃，屏幕上每个像素之间的晶格、电路也会在摄像头前方形成阻碍，这就像隔着普通玻璃和毛玻璃进行拍照一样。

从带着刘海屏的苹果iPhoneX出现之后，手机厂商从未停止过全面屏的技术探索。边框可以缩减，听筒可以换个地方放置，但为了解决前置摄像头手机厂商各显神通，有的采用各种形态的挖孔，有的采用电动升降式前置摄像头，有的采用推拉滑盖式机身……在偏执的用户看来，挖孔依然影响着屏幕的一体性，而无论是机械升降还是滑盖机身，都不可避免存在故障率提升、机身厚重增加、容易堆积灰尘的问题。大家“苦前置摄像头久矣”，只有隐形的屏下摄像头技术才能解救。

新型材料是技术关键

既能够显示图像，又能够让前置摄像头的自拍、人脸识别等功能不受影响，这显然不是普通的屏幕可以做到的。光电式屏幕指纹的解决方案大多采用透光性更好的OLED屏幕，自发光的特性也可以大幅减少干扰光源，而LCD屏幕较厚，不能主动发光，背光的特性会干扰到解锁过程。同理，屏下摄像头技术同样依托于OLED屏幕的纤薄、自发光特性。我们都知道，OLED屏实际上是由一层具半导体特性的铟锡氧化物（ITO）与电极的阳极相连，再加上另一个金属阴极形成如三明治的结构，整个结构层中包括了：空穴传输层（HTL）、发光层（EL）与电子传输层（ETL），另外还有基板用来支撑整个屏幕。基板可以是透明塑料，也可以是玻璃或者金属箔。阳极和阴极也可以做成透明的。导电层和发射层则是由有机塑料分子构成。有机层也是由有机物分子或有机聚合物构成。这些材料在不发光的情况下都可以是透明的。这就意味着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电视，LG、京东方也都曾展示过小尺寸的透明OLED屏幕。

从维信诺给出的方案来看，它其实是将屏幕分成两部分，一部分依旧延续原本的结构设计，而另一部分屏下摄像头的显示区域则采用了透明导电层以及其他的新型材料，从而让藏在屏幕底下的摄像头保持正常运作。当该区域的透明OLED显示屏不显示画面时，将会呈现透明的状态（相对摄像头而言），这也使得外界的环境光线可以透过透明的OLED显示屏到底屏下的摄像头，从而最终实现成像。为了能够在前置摄像头成像的同时不影响屏幕显示，透明屏幕区域往往还加入了投影组件。当屏下摄像头进行拍照，投影组件则负责向显示屏投影显示内容，进而做到拍照和显示两不误。

摄像头+算法同步进化

将前置摄像头从高透光的玻璃移到透明屏幕区域下方，也对摄像头提出新的要求。透明的OLED屏幕材质的透光率比玻璃低，对光线存在一定的反射和吸收，再加上玻璃盖板的影响，前置摄像头单位时间内的进光量会明显降低。想要获得更好的屏下成像效果，前置摄像头就需要更加强悍的感光能力，这对摄像头的光圈大小、传感器尺寸提出了新的要求。光圈越大，进光量也就越大。传感器尺寸越大，感光面积也就越大。屏下摄像头模组必须具有更大的光圈、传感器面积和单像素尺寸，才能充分利用透过屏幕的光线来成像。

此外，光线通过屏幕的过程会带来眩光、偏色、雾化等问题，除了硬件之外，屏下摄像头成像还需要软件算法来优化。这些算法主要包括三个方面：白平衡算法、HDR算法和AI去雾化算法。针对屏下摄像头的光线条件，过去已经很出色的白平衡算法和HDR算法需要调整，校准色彩、压制高光、提亮暗部，保证画面真实、明亮和细节表现。而AI去雾化算法专门针对屏下摄像头的雾化效应，去除光路不通畅产生的雾面效应，减少模糊观感，进一步提升画面清晰度。维信诺InVsee方案就采取了一系列措施提升前置拍摄效果，比如在透明显示区域上采用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，抑制了像素点对前置摄像头的影响，在软件算法上也做出了升级，从而消除衍射和眩光，抑制雾化效果。

什么时候能用上屏下摄像头手机？

在维信诺之前，不少手机厂商就已经开始布局屏下摄像头手机。2019年6月，OPPO和小米在同一天展示了采用屏下摄像头技术的手机，vivo随后跟上，带来了vivoAPEX2020，今年3月华为也提交了一项屏下摄像头专利。供应商方面，除了维信诺之外，曾为OPPO样机提供屏幕的华星光电也表示将于2020年内量产屏下摄像头技术。种种信息表明，屏下摄像头手机离我们不远了。

当然，我们也不能太过期待初代屏下摄像头手机的体验，从展示的样机来看目前屏下摄像头的表现还无法令人满意。在vivoAPEX2020概念机上，微倾斜下屏幕角度就能看到手机顶部看到一小块略显不同的区域，就像是拼接上去的色块。为了提升透光性，透明显示区域的亮度、色域、视角和分辨率都可能与常规显示区域不同。针对这点，维信诺表示通过特殊的像素排列方式、新OLED器件的应用，让两个区域的边缘过渡更为自然，同时以创新的驱动方式让两个区域显示同步。换言之，更加自然就是还不够完美，能够完全隐形又兼顾照片效果的屏下拍照体验，还需要等待技术的成熟。