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是什么原因导致智能手机前置摄像头的规格停滞不前

时间:2020-04-27 11:08:38 来源:三易生活

编者按:本文来自微信公众号“三易生活”(ID:IT-3eLife),作者 三易菌,36氪经授权发布。

对于喜欢用手机拍照的朋友来说,从2019年下半年至今的这段时间可以说是相当“幸福而又痛苦”的时光。说幸福,是因为1.08亿像素的主摄、100倍变焦、4800万长焦,以及全像素全向对焦等技术先后得以商用,使得这段时间的旗舰机型无论是在拍照功能,还是在实际画质上都上演了一出集体涅槃,瞬间令智能手机与专业卡片(注意,不是也不可能单反)相机之间的画质差距又拉近了不少。

而说痛苦,除了因为超强的影像堆料与5G时代的来临,使得相关机型的价格普遍高企,消费者钱包遭难之外,还有一点不容忽视的事实,那就是以上所述的这些手机拍照新技术和新配置,基本上全都是针对后置摄像头而做的改进。至于部分用户非常在意的前置相机部分,整个行业在这几个月、甚至更长的时间里,都几乎是无所作为的。

最典型的例子就是时至今日,我们在主流旗舰机型上能看到的前摄规,格普遍还停留在2019年年初的3200万像素水平,甚至还有不少旗舰手机仍在使用着1600万或者2000万像素的前摄传感器。很显然这种“后摄突飞猛进、前摄不动如山”的情形,绝对称不上是正常的技术发展状况。

那么问题就来了,是什么原因导致智能手机前置摄像头的规格停滞不前呢?答案其实没有什么新意。说白了,还是整个行业、包括消费者在内对于智能手机“屏占比”,或者说对于屏幕视觉观感的极致追求。

因为想要智能手机机身尽可能小,显示面积却尽可能大,所以就出现了消灭上下边框的“全面屏”;因为想要全面屏在视觉效果上更加极致,所以就有了从刘海到水滴、从珍珠到开孔的造型变迁。

因为就连开孔屏都会被嫌弃挤占了那么一点点的屏幕显示面积,所以如今的设计方向普遍都是将开孔越做越小,以至于就连理论上能够做到更好前置自拍虚化效果的双孔双摄配置,都会被大部分消费者认为“药丸、太丑”。

需求决定供给,当大部分的消费者开始追求旗舰手机屏幕的3K分辨率、高帧率显示、广色域色彩,并且对屏幕上哪怕一丁点的遮挡都认为是不完美的时候,厂商的技术和精力自然也就放在了如何尽可能缩小开孔上。而更小的开孔,不仅意味着前摄更少的进光量、也代表着将无法使用尺寸比开孔大出很多的大底传感器。于是智能手机前摄的硬件(尺寸)规格,就这样被限制住了。

面对这个状况,一部分有技术、有追求的厂商还是进行了一些探索的。比如说OPPO与vivo都曾先后尝试推出了采用升降式前摄的机型;华硕和三星曾经在旗下产品上尝试了自动翻转式的“后摄变前摄”;而努比亚更是率先实践了前后双屏设计,一度被认为是解决全面屏时代自拍画质下降问题的最好办法。

但是升降式前摄模组本身体积巨大,会导致手机变重变厚,并且升降式前摄虽然可以有更大的“开孔”,但其厚度却更受制约,这导致将无法使用复杂的光学镜组,实际上还是限制了CMOS的规格。而翻转式与前后双屏的设计直接以后摄为前摄,看似是自拍画质的最终极解决办法,但说到底这二者一个耐用度堪忧,一个多少会影响到手机的续航与维修成本,因此最终还是没能成为市场主流。

那么,难道智能手机行业就没有一个能够同时兼顾机身美观轻薄、质量可靠耐用、操作便捷直观这三个优点,同时还能显著提升自拍画质的办法了吗?其实还是有的,这就是最快可能在年内登场,最慢明年也会到来的屏下摄像头技术。

为什么屏下摄像头有望带来智能手机自拍技术的进步?要理解这一点,我们首先需要弄清楚,屏下摄像头到底是如何工作的。

2019年6月,OPPO在MWC上海展期间首家展出了实际可上手工作的屏下摄像头原型机,一时间成为行业焦点。但更重要的是,他们也同时公布了自家屏下摄像头的专利资料。

从这份专利中我们可以看到,此前据传“屏下摄像头靠的是透明化的屏幕像素”的说法至少当前还做不到。因为OPPO利用的其实是屏幕上每个像素之间的间隙部分——通过将像素之间的间隙孔洞透明化,并在其内设置聚焦用的微透镜,就构成了一个类似“复眼”或者说百叶窗一样的光学结构。

从拍照原理的角度来说,这种基于超多微透镜聚焦的“镜头”当然也能拍出完整的照片来,但它的难点就在于要让每一块微透镜捕捉到的光线信息“拼合”,需要极为精密的设计。同时由于单个微透镜的进光量实在太小,这就意味着屏下摄像头要想捕捉到足够的光线信息,就必须要把“镜头”所在的区域设计得相当大。

“等效尺寸”相当大,而且视觉上还看不到的“光学镜头”,想到什么了吗?没错,屏下摄像头的这种结构,决定了它和大尺寸的CMOS堪称绝配。一方面是因为不再需要顾虑肉眼可见的屏幕开孔问题,另一方面来说,要想充分接收阵列式的微镜头捕捉到的光线,本身也需要一块足够大的“大底”。

Galaxy S20Ultra的拆解结构,可以看到顶部扬声器体积不小

那么最后一个问题就来了,对于当今内部空间寸土寸金的智能手机来说,还有余力在屏幕下方塞进一颗和后摄一样(甚至更大)的自拍传感器模组吗?当然有,既然已经能够在机身内放下又宽又大的高品质顶部扬声器,那么如果这样的空间对于前摄模组的安置来说,或许就不会是太大的问题了。