HOVM争夺5年却被中兴“摘桃子”，屏下摄像头“黑科技”是如何实现的？

自被美国封杀并且“休克”之后，中兴作为曾经的全球顶级科技公司颇有些沉寂。不过，在数码科技爱好者的圈子里，这个名字最近被提起的次数又多了起来。

上月初，中兴手机业务负责人倪飞在微博一语惊人，解开了一个在数码圈内保持了许久的悬念：“全球首款屏下摄像头智能手机，就是我中兴!”

苹果也做“丑”手机

2017年9月，苹果在极具视觉冲击力的史蒂夫·乔布斯剧院隆重推出了同样极具视觉冲击力的iPhone X系列手机。和其他厂商一样，苹果也在追赶全面屏的潮流。不同的是，他们更加极端，不仅仅把两侧的边框做得极窄，也毫无保留地去掉了屏幕上方的额头和下巴，达到了削减边框的极致效果。

这时候，要实现真·全面屏效果，只剩下一只拦路虎。遗憾的是，这只拦路虎如此重要，以至于在赶走他之前的一切努力，都暂时被看做白费。因为这只拦路虎，苹果寄予厚望、投入巨资开发的新iPhone设计，在大量媒体和用户中获得了苹果产品中罕有的“丑”的评价。

这只拦路虎就是前置摄像头。

在移动互联网时代，用手机自拍、P图、发微博、发朋友圈，这几乎是大部分女性用户的刚需。那么，前置摄像头自然是不可或缺的，甚至于还取代后置拍照，成为部分厂商争夺火热的点。

但是，前置摄像头的存在，和正面一整块屏幕的目标是冲突的。即便是苹果，在这个问题上也不得不暂时妥协，在屏幕上方出挖空一块作为安放摄像头和Face ID组件的空间，也就是后来说的“刘海屏”。要解决这个问题，只能把摄像头做到屏幕下边去。

去年6月3日，连续2家大厂展示了自家的屏下摄像头原型机——先是前OPPO副总裁沈义人在微博发布了一段视频，接着在同一天下午，小米除了展示了自己的屏下摄像头手机视频外，还用公布了自家的“透明屏”技术概念。

这顿时让整个手机圈沸腾了，期待了这么久的技术，这回终于要实现了吗?紧接着，又有许多圈内“消息人士”借着热度，透露了华为、vivo、魅族等厂商也有自己方案的消息，这让沸腾的情绪更加高涨。

不过，他们也许没想到，下一次沸腾要等到今年6月了。6月8日，维信诺宣布推出全球首个可量产的屏下前置摄像头解决方案，采用新透明OLED器件、新型驱动电路和像素结构、高透明新材料等。直到8月初中兴公布消息，称今天将发布量产的屏下摄像头手机，圈内才终于又狂欢起来。

屏幕是个大问题

可能很多人有疑问，被黑漆漆的屏幕挡着，摄像头是怎么看到外面的?实际上，这就是这项技术的关键所在，也是折磨了厂商和爱好者许久的最大难题。

这个技术的核心问题在于屏幕，要搞清楚技术，首先要简单了解一下关于手机屏幕的知识。

乍一看，手机屏幕似乎是一整块会发光、显示图案的板子，但如果贴得很近了，就会看到，它实际上是由无数个小点组成的。

这些小点就是像素点，或者像素，平常我们说的某某手机屏幕xx像素，或者摄像头xx像素，就是指这个屏幕/摄像头感光元件上有xx个这种小点。

这些小点很小，排列又密集，所以只有靠得很近才能看清楚，离远一点就看不出来了。当要显示图像时，背后的控制芯片指挥电流通过，让这些小点按照需要发出不同颜色的光，从整体上看就组成了一幅完整的图片。

对于一个屏幕，像素密度，即单位面积内有多少像素是个很关键的指标。像素密度越大，图像自然越清晰，像素密度越小，图像就越贴近马赛克的效果。通常这个指标用ppi(屏幕像素/对角线长度)来衡量。

在2010年发布iPhone 4时，乔布斯曾提出过“视网膜屏幕”的理论。按照他的说法，人在离手机屏幕最舒适距离(10-12英寸，约25-30厘米)上，屏幕ppi至少要达到300，才看不到像素点。从此以后，ppi>300成为手机屏幕的下限。

可能还有人有疑问，这些像素小点是怎么显示不同颜色的呢?

这些像素小点实际上不是最小的单位，每个像素还可以分成更小的几块，也就是子像素。这些子像素会发出不同颜色的光，其排列方法称为像素排列。

比如，我们平常见到的RGB、RGBW，说的就是像素排列，RGB指的是1个像素分成红(Red)、绿、(Green)、蓝(Blue)3个子像素，RGBW则多分出1个白色(White)小块，具体怎么分布取决于厂商对不同屏幕指标(亮度、色差等)的取舍。

在发光时，这些子像素会被激活，像素点也显示相应的颜色，接着组合在一起变成一幅完整的图片。

可能有人会问，为什么屏幕是由这么多小块组成的，近看可以看出，摸上去确实一整块的感觉的?原因很简单，因为你摸到的不是屏幕，只是外面的盖板玻璃。通常盖板玻璃下面还有一层触摸层，用来感应触摸操作的，再下面才是显示面板。

接下来再说一下屏幕的材质，这里以目前最为流行的OLED屏幕为例。

OLED是有机发光二极管(Organic Light-EmitTIng Diode)的英文简称，其发光机制是通过载流子注入和复合导致发光。

OLED屏幕的结构共有6层，从上到下分别是基层、阳极、空穴传输层、发光层、电子传输层、阴极。具体来说，当通电时，电子和空穴分别从阴极和阳极注入到电子和空穴传输层，然后分别迁移到发光层，相遇形成激子使发光分子激发，后者经过辐射后发出可见光。

大致上，OLED屏幕的像素就是一个“三明治”，正负电分分别从阳极和阴极到达发光层，相遇后发出能量激活发光层，“biu”一下射出有颜色的光线来。

了解了以上屏幕知识，接下来就可以看看屏下摄像头的难题具体是怎么解决的了。

各显神通

目前虽然有很多厂商在攻关这个技术，但略微有些具体信息的技术只有2种。

透明像素方案

早前，深圳地铁6号、10号线和北京地铁6号线都出现了一种奇特窗户。这种窗户虽然是透明的，但在部分位置却可以显示出图像，播放站点资讯和新闻，十分抓人眼球。

同时，小米前不久在的10周年发布会上推出了一种售价5万元的透明电视。同样，这种电视平时也是透明的，但是打开后却能在透明的玻璃上播放图像。

目前，电视上用到的大型OLED面板基本上都是LG提供的，这里我们介绍一下LG的做法——它屏幕中新增了一种“透明子像素”。这种像素并不会发光，也不会参与到图像显示，但它自身却是由高透明材料制成的。

最终，当无数个这样的像素点均匀地分布在面板上时，屏幕也自然而然地会获得一定的通透效果，但同时又能兼顾彩色图像的显示。

比如，小米透明电视就是添加增加了近50%区域的“透明子像素”，从而在视觉上实现了较高的透明度。

但是这种方法的弊端也很明显——你添加了50%区域的不发光像素，那不就相当于降低了50%的像素密度吗?这实际上造成了分辨率的大大下降，这也是为什么包括小米透明电视只能做到40%透明度、1080P分辨率的水平。

不过，这种方法还有一个升级版，这和OLED材料的特质有关。

从上面的图片中可以看到，OLED屏幕的结构非常简单，在透明的玻璃基板之上，基本上就是阳极和阴极夹着发光层的“三明治”结构。那么，保证发光层不动，把上下2层“面包”做成透明的，不就可以使这个像素在不通电的时候呈现透明颜色吗?

这也是部分厂商正在尝试的方案，比如小米曾经公布的方案：

他们表示，“全新定制屏幕在前置摄像机区域是一块小的‘透明屏’，具有低反射、高透光率的特性。平时可以作为正常的显示区域，而在拍照时将会变成透明，让光线通过，从而实现自拍。在显示区域的下方，集成了我们传统的摄像头模组。”

像素缝隙方案

另一种方法是不改变像素，而是利用屏幕本身特质的。

前面讲到，虽然手机屏幕看起来是一整块面板，但实际上并不是完整的，而是由几千万个小的像素点之间组成的，像素点之间存在缝隙。这就构成了屏下摄像头的基础。

看过红海行动的人或许记得电影中的一幕，狙击手在瞄准时，他的瞄准镜蒙着一块布。可能很多人看到这里都会有疑惑，难道这样不影响视线吗?

不仅不影响视线，这样做还可以避免镜头反光照到对方，引起警觉。

这么做的原理是，物体反射或发出无数条光线，其中部分会在穿过透光点后相交，这时物体就成像。遮挡住凸透镜一部分后，只是遮住了部分光线，仍有光线能相交，所以仍能成像，只是暗一点罢了。

不信的话，你可以想一想百叶窗。当你从远处看半开着的百叶窗，虽然叶片阻住了部分，但仍能看到外面的景象。或者你可以现在拿出一张纸巾，将其最薄一层揭下，放在眼前，看看能不能看到外面的景象。

屏下摄像头同样可以利用这个原理，利用像素之间的缝隙作为透光孔采集图像。根据此前公布的专利，这应该是OPPO的技术方案之一。

不过，这种方案有一个先天的限制，那就是能有多少光线透过来。正如百叶窗一样，叶片合上得越多，透过的光线就越少，接收到的景象就越模糊。而屏幕的透光率和像素指标是冲突的，像素越密集，像素间的缝隙就越小，能透过的光就越少。

为了解决这个问题，OPPO一方面在硬件上下功夫，在屏下摄像头的区域，采用一种透光率更高的“透明材料”进行覆盖，同时对摄像头组件进行定制化升级，提高感光率。除此之外，根据他们的专利，他们还在像素缝隙中使用了微透镜，增加采光量。

此外，这种方法还需要非常强大的算法配合，因为经过不同部分缝隙透过来的光，传递的信息都是不同的，要用算法将其整合成一张图像。不过在AI技术发达的今天，算法“猜”图像已经不是新鲜事儿了。

有意思的是，在中兴宣布将发布首款量产屏下摄像头手机后，小米也紧接着公布了一款“明年量产”的“第三代屏下摄像头”手机。而根据其描述，这个“第三代屏幕摄像头”技术似乎不同于他们之前公布的透明像素方案，而是采用了像素缝隙的方案。

除了上述2种方案外，据行业消息人士称，其他手机或供应链厂商还有多种方案，比如昨晚中兴发布的屏下摄像头手机，好像是在透明像素和像素排列方面双管齐下：

vivo采用2块屏幕方案，在屏幕主要部分使用AMOLED材质屏幕，在屏下摄像头上方使用透光率更高的PMOLED屏幕;

魅族则是考虑采用石墨烯材料作为导光材料;

京东方的方案简单粗暴，直接就在屏下摄像头处配备2块屏幕，需要用到屛下摄像头时，对应部分的屏幕直接移动走;

华为的方案则比较奇葩，通过液晶调光膜+补光灯，用电压调节部分屏幕区域液晶层的透明度。这种方法不仅可以用于屛下摄像头，还可以调节背盖的透明度，实现手机背盖在雾面和透明之间的随意调节。