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花 18 个月把摄像头藏起来,值得么?

魔術帽與兔·手机·
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回望过去两年的科技圈,你会发现手机工业设计的演变很大程度上都围绕着几颗摄像头在做文章。

为了追求「真全面屏」,我们不再满足于「刘海」「水滴」式的前摄开槽,于是穿孔屏、机械升降结构乃至更为复古的滑盖设计轮番登场。这些方案各有利弊,谁都不具备压倒性优势,不过已经初露端倪的屏下摄像头技术还是让我们看到了终结争议的希望。

相比之下,手机背面的现状更为「惨烈」。为了提升影像能力而不断增加的后置镜头数量与外观美感之间的矛盾已经到了难以调和的地步,「浴霸」「花洒」「机枪」造型的后摄模组不断挑战着消费者的审美极限,似乎除了「看着看着就习惯」式的被动接受以外,我们别无他法。

但转念一想,既然处理前摄的策略都是想尽办法去隐藏,那么何不借鉴思路,把后摄也藏起来呢?

其实业界已经有过尝试。还记得 OPPO Find X 么?前后摄像头均通过机械升降结构隐藏,只在调用时露出。不过机械结构的弊端实在难以回避,尤其进入 5G 大规模普及阶段之后,基带、天线和电池等组件对手机内部空间的需求也让机械结构的可行性进一步降低。

历时 18 个月研发,一加首款概念机 OnePlus Concept One 的「潜隐式后摄」则为我们提供了一种新的思路。



为什么是「电致变色」?


想法很好理解:用变色玻璃制作后摄盖板,通过颜色和透明度的变化实现摄像头的隐藏和显现。

说来容易,做起来却不简单。


首先,「变色」的技术方案不止一种,常见的就包括光致变色、热致变色、电致变色、悬浮粒子和聚合物分散液晶等等。

生活中常见的变色墨镜,以及倒进热水就会改变图案的马克杯就分别采用了光致变色和热致变色材料。这两种技术的局限性是显而易见的:材料性状的改变依赖于外部环境因素的刺激,难以精确控制。

悬浮粒子和聚合物分散液晶技术的原理相近,都是通过电场来改变悬浮粒子或液晶分子的排列方式,使材料呈现出透光率的变化。这两种方案的主要问题是需要持续施加电压来维持材料的透明状态,从功耗上来讲不够经济。另外,聚合物分散液晶材料在不透明状态下呈乳白色,也不太适合用作手机摄像头的盖板玻璃。

如此看来,无需持续施加电压就能保持色态稳定性的电致变色技术就成了最合理的选择。

这项技术并不是什么新鲜玩意,相关研究最早可以追溯到二十世纪上半叶。如今它更是广泛应用于建筑玻璃外墙、飞机舷窗、汽车玻璃和后视镜等领域。

▲ 波音 787 客机舷窗的变色玻璃(图片来源:wikipedia


实际上,OnePlus Concept One 「潜隐式后摄」的灵感恰恰来源于汽车行业。长期与迈凯伦保持密切合作的一加,受到迈凯伦 720S 跑车天窗的启发,产生了用电致变色玻璃隐藏后摄的想法。

▲ 迈凯伦 720S 的变色天窗(动图来源:TheStraightPipes



为什么花了 18 个月?


然而即便电致变色技术本身已经相对成熟,用到手机上却是头一遭,需要克服的问题也不少。

手机尺寸就是最大的限制。市面上的电致变色玻璃厚度普遍在 1 厘米以上,比一整台手机还厚,显然无法直接用于摄像头盖板。然而盲目缩减厚度又可能造成材料强度不足,甚至影响变色效果。为此,一加与迈凯伦以及供应链伙伴合作,运用调整电致变色材料配方、优化玻璃结构等手段,最终将整个电致变色元器件的厚度做到了 0.35mm,大约就是一张普通钢化膜的厚度。此外,一加还通过优化镀膜技术和光学结构等方式,确保了电致变色玻璃在透明状态下拥有足够高的透光率,使其对成像质量的影响尽可能降到最低。从沟通会现场的短暂体验来看,概念机的拍照效果与一加目前的量产机型相比没有明显差距。

▲ 电致变色玻璃结构


至于功耗,一加表示用最新版本概念机模拟普通用户正常使用相机的频率进行测试,每小时耗电量仅增加 1-2 毫安。也就是说,电致变色元器件对续航的影响基本达到了可以忽略不计的程度。


镜头盖板玻璃变色的响应速度直接关系到启动相机的体验以及快速抓拍的成功率。市面上电致变色玻璃色态变化所需的时间从几秒到数分钟不等。在目前的应用场景中,这并没有什么问题(有时候甚至是优势,比如飞机舷窗的变色速度要是太快,光线的突然变化反而会让乘客感到不适),然而对「潜隐式后摄」来说,超过 1 秒的变色时间都是无法接受的。通过优化驱动,OnePlus Concept One 的电致变色元器件只需 0.7 秒就能完成色态变化,与打开相机 App 的速度相当,对操作体验几乎没有影响。


除了「遮丑」,还有什么用?


美观之外,电致变色玻璃还为一加首款概念机带来了更为实际的用处:系统相机的专业模式新增了 ND 滤镜(减光镜)功能,通过调整盖板玻璃的透明度,从物理层面对进光量进行控制,在强光环境或慢门拍摄等场景下避免过曝,得到更好的成像效果。

在不增加外设的前提下,控制进光量的方法不外乎两种:改变光圈大小,或者改变快门速度。然而在某些情况下,光圈大小和快门速度并不能随意调整。前面提到的慢门拍摄就是一例:为了拍出「丝绢流水」等特殊效果,快门时间必须延长,如果出于补偿而缩小光圈又会改变景深,此时 ND 滤镜就成了控制进光量最有效的手段。


又比如在视频拍摄中,为了得到更符合人眼实际观感的动态模糊效果,通常会将快门速度(的倒数)设定为两倍于帧率。举例来说,如果帧率为 24fps,那么快门速度就应当设定在 1/48 秒(实际拍摄中一般取 1/50 秒)。这种情况下如果光圈恒定,则同样需要 ND 滤镜来控制进光量,以免画面过曝。

手机自带 ND 滤镜,不仅避免了转接外设的繁琐,还为有专业需求的用户提供了更丰富的创作手段,这个方向值得进一步挖掘。

当然,目前 OnePlus Concept One 的 ND 滤镜功能还非常初级,比如只能在开关两种状态之间切换(开启时相当于 ND8 级别,也就是进光量减少至 12.5%),无法调节不同档位。而据沟通会现场一加的产品经理介绍,理论上调节 ND 滤镜档位的需求是可以借由电路设计控制玻璃透光率来实现的。

另外,从我们现场的实际体验来看,目前开启 ND 滤镜模式后,成像画面会轻微偏蓝。一加的工程师表示,这与电致变色材料本身的特性有关。我们推测,OnePlus Concept One 采用的可能是目前电致变色材料中最常见的氧化钨,其在施加电压状态下被还原生成的钨青铜本身就呈蓝色,只是当颜色加深、透光率足够低时看起来像黑色而已(实际上从波音 787 舷窗和迈凯伦 720S 天窗的变色过程中也能观察到这一现象)。理想的 ND 滤镜不应产生色偏,一加的工程师表示他们已经注意到这个问题,正在着手优化当中。


OnePlus Concept One 发布后,网上不乏这样的声音:

「做个变色的后盖就叫概念机?」

在 5G、AI、折叠屏等趋势的席卷之下,一加首款概念机的脑洞确实「另类」。不过在沟通会后的访问环节,一加 CEO 刘作虎也道出了个中缘由:

这一次做概念机,一加就是想告诉大家,怎么让这个设计更简洁、更美、无负担。怎么在设计上表现无负担,表现美的设计,是一加一直以来比较独特的一个方向。至于其他的,像 5G、AI 等,大家都在创新,但今天可能不是我们重点要讲的内容。

挖掘易被忽视的用户痛点作为指导方向,这是一加做产品的调性。去年搭载 90Hz 高刷新率屏幕的一加 7 Pro 亮相之初,也有人说它「徒增功耗」,但后来的事,大家都知道了。


所以,谁又能保证「潜隐式后摄」不会再次成为主流呢?



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