为什么 iPhone 的屏下摄像头会更难做?

产品

03-25 11:50

每一代苹果新机发布后,总会有两种激烈的讨论,一是对本代产品的锐利点评,二是对下三代 iPhone 的大胆预测。

iPhone 15 上架后的半年里,屏下摄像头成了许多新闻媒体关注的焦点。

前段时间 Macrumor 爆料,苹果在韩国的供应商已经开始了智能手机屏下摄像头的的研发,而另一边马上有网友指正五年前就有了类似的传言。

我们不知道什么时候才能看见如图所示的 iPhone ,但在看见真机之前,我们知道这种争论会一直持续。

相较 Android 越做越小的前置镜头,甚至争先尝试「真 · 全屏」的方案,苹果倒像一位坐在场边的观众,同在一个时空,却没参与比赛,还是置身事外地坚守着屏幕上方的那抹黑斑。

要了解苹果为什么迟迟不推出万众瞩目的屏下镜头,我们先要弄清一个问题:

前置模组对苹果来说为何如此重要?

家具越多,房子越大

苹果的刘海里面,其实暗藏玄机。

前置模组包括了「红外镜头」「泛光感应元件」「扬声器」等在内的 8 个感应组件,从这个角度再次审视,好像也能理解了齐刘海的存在。

其中的红外镜头、点阵投影器和前置摄像头,是苹果执着保留大模组的根本原因。

尽管 iPhone 15 上全系都采用了长度更短的「灵动岛」,许多传感器都被重新排布设计,但这三兄弟还是屹立在「岛屿」的中央。

iPhone 对拍照一直都有自己独到的理解,评测网站 DXOMARK 将 iPhone 15 Pro Max「自拍效果」的评分列为了近两年的榜首,即使是去年的 14 依然能在 2023 年的一众新机里,取得并列第二的优异成绩。

▲ 图片来自:DXOMARK

iPhone 的纸面数据一直都不是最好的那个,但所有的摄影测评的横向对比中总少不了苹果的影子;它的照片风格也并不是最讨喜的那个,但自然的成像效果在各大榜单上却颇有亮点。

在这个线上互动愈发频繁的年代,自拍直播、视频通话、线上会议都需要前置镜头的参与,因此 iPhone 把前置摄影的权重,提到了很高的位置。

「红外镜头」和「点阵投影器」这对孪生兄弟,融合成了苹果生态的把关人 —— Face ID。

经常能听到苹果用户抱怨 iPhone 的续航和信号,但鲜有听闻苹果安全性不好的传言,这得益于苹果在安全验证方面的深耕。

早在 2017 年 Face ID 就加入了苹果生态,与此同时 iPhone 还把自己引领起来的 Touch ID 彻底抛弃。

人脸识别的安全性是指纹解锁不可比拟的,「3D 结构光双摄」的解锁过程展开讲有些生涩,我们只挑重点部分大概阐述。

「支付级别」的面部解锁,是对 Face ID 最大的夸奖,连金库都可以放心依托给的技术,当然有一些不可逾越的门槛,「点阵投影器」就是其中的大功臣。

通过镜头将看不见的 IR Dot 投影到人脸上,在面部形成一个拥有 3 万点阵组的三维模型,在用红外镜头扫描这个虚拟面罩,和手机里的点阵信息匹配,来确认解锁人是否为机主。

面部信息的安全性,实际上比指纹方案高出了 20 倍。被相同的指纹解锁手机的概率是五万分之一,而在 Face ID 中,这个概率缩小到了百万分之一。

经过面部识别多年的升级,用户可以在戴着口罩、眼镜、帽子时使用,但用假脸的照片甚至 1:1 的脸部模型不能解锁。

为了防止机主在睡觉时被他人拿着手机强行解锁,Face ID 还加入了「注意力检测」技术,只有当机主的注意力落在手机屏幕上时,iPhone 才会判别为解锁的指令,上述的解锁过程才能进行。

美观、全屏等特点在「安全」和「影像」的面前,都是可以妥协的项目。

苹果的固执,在没有遇见「完美」的屏下技术之前,会使得刘海和药丸一直存在。

不过苹果专利网上接连爆出的几项专利,好像又让远在天边的真·全面屏有了些许苗头。

堵住缺口的三板斧

目前已经推出过屏下摄像头的中兴、小米、OPPO、三星等,虽然对这项技术有着不同的叫法,但实现「镜头消失术」的底层逻辑,大同小异。

由于 OLED 发光材料不透光,所以想要做到既能看到屏幕,又能让镜头在屏幕下看到我们,就需要在前置镜头的区域,增加屏幕的透光性,不管是让像素之间的缝隙变大,还是扣掉部分像素,最终要的效果就是,光能顺利穿过缝隙,进入镜头。

苹果也是用相同的原理设计屏下镜头,但比起先前的厂家,iPhone 屏下镜头有两个原生难题需要面对:

– 搭载 FaceID 的 iPhone,有更大的前置模组需要隐藏
– 更大的模组需要更大的透光区

红魔 9 Pro 是目前市面上将「屏下区」和「主屏区」的分辨率差异,控制得比较好的机子,在这段时间的体验里,我们在大部分的场景下都感受不到分辨率缺失的突兀,但这也是建立在只有一颗摄像头的前提下才能实现的效果。

针对这一点,苹果在专利中用「集成+隐藏」的方法,来尽可能地缩小对屏幕分辨率的影响。

在代号为 20240077648 的专利文件中,提及了一种名为「点阵投影器和泛光照明器集成」的技术。

泛光照明器就是在上文提到的红外镜头,用来发射红外光帮助手机识别面容,并判定用户是否直视屏幕,以确保只有用户本人才可以解锁屏幕。

现在,苹果能将泛光照明器和点阵投影仪组合成单个紧凑的投影模块,将这对传感器的面积缩小到将近原来的一半,以此来减少对屏下区域的需求。

另一份专利中的「平面光波导」,是上述集成技术的延伸。

传统前置模组中的环境光传感、图像捕获、手势识别和接近传感等模块,需要通过各种物理孔径发射或接收不同光谱区域内的光辐射,这样才能完成相应的操作指令,以及对环境和使用者的感知。

所以目前绝大部分全面屏手机才会在屏幕上留一抹黑,不是喜欢,而是无奈。

不过,平面光波导似乎把这个问题解决了。这项技术可以利用手机显示屏上的平面光波导,来引导辐射穿过显示屏表面,而不干扰显示功能。

把晦涩深奥的专业词语去掉:有了它,大部分传感器(除了摄像头)即使放在屏幕下面也不会影响使用,就和手机上的指纹解锁一个道理。

理论上,苹果的这套组合拳缩小了前置模组的大小,也缩小了降低屏幕分辨率的面积,需要让主屏幕妥协的,就只剩一个前置光学镜头了。

所以,这张 iPhone 16 的渲染图,也不无道理。

但要做到真全面,镜头是一定绕不开的话题,模组上方的分辨率终究还是和主屏幕有区别,即使是红魔 9 Pro 上依然会在浅色高亮的界面看到「纱窗般」的屏下区域。

而苹果的第三板斧,专门为此而生。

首先,通过像素特殊的「W」排列方式,增加透光率,减少衍射现象,避免自拍出现「光晕」和「雾化感」。

接着,该区域里的元件(如触摸传感器金属)在不同的使用场景中,可以朝向或远离其相邻像素的方向移动,以此来减轻「像素去除区」和「全像素密度区」之间的显示差别。

只从专利文件的描述来看,苹果做到了物理意义上的可变分辨率。

在翻阅专利文件时,我还发现了一个苹果的「小心机」。

示意图中并没有给出屏下区域的具体位置是哪,而是把可能出现的位置依次例举。这个烟雾弹,不亚于每年新 iPhone 发布前,全网开启对后置模组形状猜测的大狂欢。

这两年,各大厂商对全面屏的探索,似乎都统一放缓了脚步。

一方面,经过了多年的尝试,前后双面屏、翻转镜头、滑盖屏等奇思妙想都成了转瞬即逝的历史产物,点子很新鲜但市场不买单,在现有的技术水平下,「重量便携」「像素高清」「屏幕完整」的理想手机,只能满足其中的两个。

在这个不可能三角中舍弃的那一项,也形成了不同品牌、不同系列的特点。

另一边,不完整的屏幕到也不全是缺点。回到屏幕上方,猛然发现,挖空、刘海或水滴的存在不仅让前置模组有发挥空间,而且还给状态栏提供自然的栖息空间。

屏下方案普及的那天,状态栏信息该何去何从?厂家又会针对这些图标的去留玩儿出哪些花样?还挺值期待的。

不过人们对完美屏幕的追求,让这场旷日持久的「空间拉锯战」还在继续,未来的手机屏幕到底会是什么样子?其实早就有了答案。

前苹果首席设计师 Jony Ive 认为「无边泳池」会是未来手机屏幕的一种形态,从三星 Galaxy Note Edge 到华为 Mate 30 pro 一直都在无意间贯穿着这一概念,但真正能够在视觉上达到无边的,就是那台被摆在展柜里的小米 Mix α,只是这台机器离量产,或者说离我们,还是太远。

这几份专利文件,也算让我们看到「全面屏 iPhone」的一点希望,只是把宁缺毋滥贯穿到底的苹果,在找到完美屏幕的路上,稍慢了几步。

就像当年宁可家里空空,也不愿意凑活用不喜欢的家具的乔布斯,iPhone 的设计,似乎一直在保持这种理念,总是特立独行,总是慢人一步,当然也会在做出改变的时候,引起世界的关注。

更重要的是,当把近些年的 iPhone 摆在一起的时候,你就能发现它们其实有在悄悄进步。

登录,参与讨论前请先登录

评论在审核通过后将对所有人可见

正在加载中