دوربین سلفی زیر نمایشگر چیست و چگونه کار می‌کند؟

دوربین‌های زیر نمایشگر ظاهرا به‌زودی به ترند آتی بازار تبدیل خواهند شد و جای حسگرهای زیر نمایشگر را خواهند گرفت. سناریوی عملی استفاده از این فناوری تا حدی شبیه فیلم‌های علمی-تخیلی است، چون شما دوربین را نمی‌بینید ولی دوربین شما را می‌بیند. با ظهور دوربین‌های زیر نمایشگر بالاخره می‌توانیم بدون دغدغه به موبایل‌های تمام صفحه دست پیدا کنیم. اما این فناوری چگونه کار می‌کند و چه زمانی بالاخره فراگیر خواهد شد؟

وب‌سایت اندروید پلیس برای پاسخ‌گویی به این سوالات به‌سراغ مایکل هلندر (Michael Helander) از شرکت OTI Luminotics رفته است. این شرکت سازنده برخی از مواد مورد استفاده در فرآیند تولید پنل‌های OLED است. بنابراین هلندر به‌خوبی با زیروبم چالش‌های تکنیکی و چگونگی پیاده‌سازی این فناوری آشناست و می‌تواند به ما نشان بدهد که این سازوکار به چه شکلی انجام می‌شود. در ادامه مطلب با جی‌اس‌ام همراه باشید.

دو رویکرد خاص از پیاده‌سازی نمایشگرها

به‌گفته هلندر، برای طراحی دوربین زیر نمایشگر دو رویکرد مهندسی وجود دارد: یا باید هر کاری از دستتان برمی‌آید انجام دهید تا تمام ناحیه پنلی که بالای دوربین قرار گرفته شفاف شود، یا باید در ناحیه‌ای که به ظاهر کدر به نظر می‌رسد حفره‌های شفاف بسیار کوچکی درست کنید تا نور از آن‌ها عبور کند.

در مورد رویکرد اول، باید مواد را تغییر داده و ترکیب آن‌ها را در ناحیه بالای دوربین عوض کنید. برخی فلزات موجود در لایه‌های مختلف را می‌توان با مواد شفافی مثل اکسید قلع ایندیوم تعویض کرد، و ساختار خود صفحه هم می‌تواند بازآرایی شود تا هر آن‌چه که ممکن است با شفافیت نوری مطلوب آن نقطه تداخل داشته باشد از بین برود. در این شرایط، هر چیزی را که نمی‌توانیم حذف یا با ماده دیگر جایگزین کنیم، باید تا حد ممکن کوچک بسازیم.

استفاده از این رویکرد محدودیت‌هایی دارد که مهم‌ترین آن‌ها روشنایی، یکپارچگی و وضوح است. پیکسل‌های OLED معمولا طوری طراحی می‌شوند که از یک سو بازتاب‌دهنده و از سوی دیگر شفاف باشند؛ با این کار اطمینان می‌یابیم که اکثر پرتوهای تولیدی فقط در یک جهت حرکت می‌کنند: یعنی به سمت کاربر می‌روند. ولی اگر بخواهیم یک نقطه از نمایشگر را شفاف کنیم، این مسئله با قاعده طراحی مذکور تداخل پیدا می‌کند، و می‌تواند باعث شود که ناحیه بالای دوربین نسبت به سایر بخش‌های صفحه متفاوت و با روشنایی کمتر به نظر برسد. اگر این مشکل را با دستکاری روشنایی و کالیبره متفاوت آن ناحیه جبران کنیم، نمایشگر در طولانی‌مدت با مشکلاتی در ناحیه دوربین مواجه می‌شود. به‌علاوه، تغییرات ساختاری و افزایش میزان شفافیت اغلب باعث کاهش وضوح نمایشگر در آن ناحیه می‌شود. یعنی در نقطه‌ای که دوربین قرار گرفته اندازه پیکسل‌ها بسیار بزرگ‌تر از سایر نقاط صفحه خواهد بود. این رویکرد احتمالا همان رویکردی است که از سوی ZTE در Axon 20 5G در پیش گرفته شده است.

رویکرد دوم کمی متفاوت است و به‌جای این‌که کل ناحیه بالای دوربین را شفاف شود، از طریق ایجاد تک‌حفره‌های شفاف در بین پیکسل‌ها پیاده‌سازی می‌شود. این حفره‌ها وظیفه عبور نور از داخل نمایشگر را برعهده می‌گیرند. پیاده‌سازی عملی این روش به چند طریق ممکن است: مثلا می‌توانید وضوح صفحه را در یک ناحیه کاهش دهید و به‌ازای هر X پیکسل یکی را به‌عنوان حفره انتخاب کنید، یا ساختار صفحه را دچار ترکیب و تغییر کنید تا فضاهای الگودار معمولی بسازید.

همان‌طور که گفتیم، برای انجام این کار باید برخی از اجزا را بازآرایی کنید تا مطمئن شوید که نور از صفحه عبور می‌کند، اما در این صورت لازم نیست کل ناحیه بالای دوربین شفاف شود و فقط کافی است که نقاط خاصی را با فواصل مشخص شفاف کنید. اگر وضوح صفحه به‌اندازه کافی پایین باشد، پیاده‌سازی این حفره‌های اضافه بدون از دست دادن وضوح ممکن است، اما اگر تراکم پیکسل بالایی وجود داشته باشد، در این فرآیند برخی از پیکسل‌ها قربانی می‌شوند و در نتیجه وضوح تصویر پایین می‌آید. ولی نکته مهم در این روش این است که روشنایی و عملکرد سایر پیکسل‌هایی که بالای دوربین قرار دارند مانند سایر بخش‌های نمایشگر خواهد بود، بنابراین مشکل خاصی از لحاظ یکپارچکی پیدا نمی‌کنید. گفته می‌شود که شیائومی به‌دنبال استفاده از این رویکرد است که در حال حاضر بهترین رویکرد در دسترس به‌حساب می‌آید.

چه هزینه‌های دیگری باید پرداخته شود؟

صرف‌نظر از این‌که تولیدکنندگان چه رویکردی را در پیش می‌گیرند، دوربین‌های زیر نمایشگر همچنان به‌خوبی گذشته نخواهند بود. در این روش‌ها لنز دوربین نور کمتری دریافت می‌کند و موانع بیشتری مقابل خود دارد. به‌علاوه، افکت‌های نوری دیگری هم برای این نوع دوربین‌ها به وجود می‌آیند که سازندگان باید با آن‌ها دست و پنجه نرم کنند. دوربین‌های زیر نمایشگر با مشکلاتی مثل بازتاب و انکسار نور از مواد، لایه‌ها و حفره‌هایی مواجه هستند که پرتوها از آن‌ها می‌گذرند. این مشکلات را نمی‌توان به‌طور کامل برطرف کرد، اما هلندر می‌گوید نرم‌افزار قادر است همراه با علوم پیشرفته و مهندسی تا حدی آن‌ها را جبران کند. برخی از این فناوری‌ها باعث می‌شوند تصاویر نرم‌تر به نظر برسند، یعنی شبیه فیلترهایی باشند که مردم برای زیبایی روی صورت خود اعمال می‌کنند. هلندر مدعی است که مدل‌های یادگیری ماشینی می‌توانند بسیاری از مشکلات موجود را تا حد خوبی برطرف کنند.

این اتفاق آینده نویدبخشی را پیش روی ما قرار می‌دهد. در حال حاضر، اکثر پروتوتایپ‌های دوربین زیر نمایشگر لنز را در همان محل قبلی قرار داده و صرفا صفحه را روی آن می‌کشند تا دیده نشود، اما در آینده نه چندان دور می‌توانیم تصور تلفن‌های هوشمندی را داشته باشیم که تمام نمایشگر آن‌ها شبه‌شفاف باشد و دوربین در هر نقطه‌ای از صفحه که ما خواستیم قرار بگیرد. شاید در نهایت امکانی فراهم شود تا خودمان بتوانیم محل لنز را تغییر دهیم و آن را در نقطه‌ای بگذاریم که در هنگام برقراری تماس‌های ویدیویی عادی‌ترین ارتباط چشمی را به‌وجود بیاورد. حتی ممکن است چند لنز در نقاط مختلف زیر نمایشگر کار گذاشته شود تا هر کدام کارکرد خاصی داشته باشد.

اگر این فناوری به‌دنیای کامپیوترهای شخصی بیاید، می‌توانیم پتانسیل‌های زیادی را برای آن متصور باشم، ولی مطمئنا تا آن زمان هنوز زمان نسبتا زیادی باقی مانده است.

اول میان‌رده‌ها، بعد پرچمداران

فناوری دوربین زیر نمایشگر پیش از جایگزینی کامل دوربین‌های حفره‌ای یا بریدگی‌های بالای صفحه ابتدا باید در مقیاس گسترده‌تری تولید شوند. با توجه به هزینه‌های مهندسی این فناوری، هلندر می‌گوید احتمالا میان‌رده‌ها اولین میزبانان دوربین زیر صفحه نمایش خواهند بود. در حال حاضر برای استفاده از این طراحی باید فداکاری‌هایی از نظر وضوح و روشنایی صورت بگیرد، با این حساب بعید است که پرچمداران حاضر به استفاده از آن باشند. اما کسانی که کمتر از هزار دلار برای گوشی خود پول می‌دهند، می‌توانند بپذیرند که تلفن هوشمندشان در برخی نقاط ارائه بهترین و بالاترین کیفیت نمایش را فدای استفاده از فناوری‌های نوین کرده باشد.

هلندر پیش‌بینی می‌کند که برای رسیدن این فناوری به جریان اصلی بازار باید تا سال ۲۰۲۲ یا ۲۰۲۳ منتظر بمانیم؛ تا آن موقع مشکلات مهندسی برطرف می‌شود، حجم تولید افزایش می‌یابد و واکنش مخاطبان نسبت به آن مشخص خواهد شد. در این فاصله یا باید با چالش‌های احتمالی کنار بیاییم و دست به خرید محصولات منحصر به فردی بزنیم که جرأت استفاده از این فناوری را دارند یا صبر کنیم تا دوربین سلفی زیر صفحه بالاخره وارد جریان اصلی بازار شود.