深度解析OLED屏幕的低亮度DC調光是如何實現的?

2021-01-12 零鏡網

隨著黑鯊手機二代的發布,DC調光大熱,已經成為智慧型手機圈內大家爭相討論的話題。各大手機廠商紛紛表示跟進,已經開始開發自家旗艦手機上的DC調光內核。但其實很多人在知道DC調光和PWM調光的原理之後,還是會存在一些疑惑的。簡單來說,低亮度的DC調光是如何實現的,其實一直沒有明確的答案。

相信大家對於DC調光和PWM兩種調光模式已經有了一些熟悉,基本信息也不用過多介紹。我們可以簡單的把DC調光理解為最原始的調光技術,屏幕一直亮著,用控制屏幕通電的功率來控制屏幕亮度的高低,是非常直接的方式。而PWM則是一種後來才研發出的更加複雜的調光技術,嚴格來說更為先進。它利用了人眼的視覺殘留,使屏幕高速閃爍,通過控制閃爍的頻率來控制屏幕的亮度。其實很容易便能想到PWM調光的實現難度其實要比DC調光更大,並且解決了DC調光在低亮度情況下的一系列問題。

而DC調光在低亮度下會發生的問題,可能大家也已經了解了不少,比如可能會出現抹布屏,並且一定會出現低亮度的灰階丟失和彩色顯示異常的情況,但你可能不了解為什麼會出現這種情況。這其實跟OLED屏幕的原理有關係。

都知道OLED的像素點自發光,每個像素點的子像素都是獨立發光。而OLED屏幕的子像素雖然有很多種排列方式,但終究還是由RGB(紅綠藍)三原色組成。而三種單色光如何產生出其他顏色的光呢?很簡單,通過不同亮度的三原色光的疊加,RGB各自有256級亮度(從0到255),也就是我們說的灰度值。

基於此,我們試想一下,屏幕所有像素點全部打開會是什麼樣的情況?此時的RGB的灰度值均為255,這個時候所有子像素全部最大亮度,屏幕便是一片白色。而灰色這種白色加黑色的顏色,又沒有黑光這種東西,它該如何顯示呢?也很簡單,其實手機中的灰色就是低亮度的白色,只不過在更亮的白色襯託下看起來是灰色的。

再結合OLED自身發光的特性,也就不難理解為何OLED在低光下很難做到亮度控制了。因為嚴格來說,OLED屏幕的子像素亮度控制其實是為顏色服務的,當亮度足夠的時候,OLED屏幕的子像素可以控制像素點的顏色的同時控制屏幕的整體亮度。當亮度降低到一定程度的時候,三原色子像素的明暗變化已經不能準確的控制色彩了,這便是如今所有OLED屏幕都不能在低亮度下硬體DC調光的本質。

這個問題其實想來是無解的,子像素用明暗變化來組成顏色,但當所有子像素亮度都非常低的時候,明暗變化形成的顏色是否又能看得出呢?並且,在低亮度情況下子像素的明暗控制必然需要更加精細的控制,相信目前也沒有那個屏幕可以做到在最低亮度的情況下,還能把三原色子像素再分個256級亮度吧。

所以現在想實現屏幕最低亮度的DC調光其實都只能靠軟體。

而OPPO和魅族在跟進DC調光的時候也都直言不諱,如今的DC調光其實都不是硬體DC,只是軟體層面的。具體怎麼做呢?必然只有卡在硬體支持DC調光的臨界點。什麼亮度開啟PWM調光其實是屏幕廠商寫好了的,基本不可更改,這也是屏幕廠商為了保證自家屏幕在低亮度時的色彩表現而定下的。所以手機廠商能做的便只有從軟體入手。

比如一款手機的屏幕是大約100nit的亮度以上會自動開啟DC調光,低於此便會開啟PWM調光,那便將手機屏幕的最低亮度定在100nit。如果用戶再調低亮度,那麼屏幕就不再亮度便不再變化,而是對屏幕的圖像進行變暗處理。這樣便全程不會開啟PWM調光,這也是推動此次DC調光大火的數碼博主@魔法師蛋小丁 開發內核的核心思路。(圖自 @魔法師蛋小丁)

於是手機廠商們只需要解決如何讓圖像變暗的問題就好了,當然這個問題也並不簡單,或者說,要做到不影響色彩的顯示,不簡單。黑鯊手機的藉助了Pixelworks獨立圖像處理晶片對顏色進行管理,效果已經達到了可用水平。但如果沒有硬體的幫助,便只有用算法降低圖像的亮度了。 (圖自 @魔法師蛋小丁)

拿OPPO的方案來舉例,他們採用的是「蒙版調光」+「dither(顏色抖動)平滑」的方式,簡單來說就是在低亮度下,給屏幕上所有顯示的內容加上蒙版,並且用顏色抖動的方式來保證屏幕的色階、對比度和色偏,效果也是非常不錯的。OPPO還將此算法分享了出來,大廠風範盡顯,也算是送給業界的小禮物吧。

至此,DC調光可以說是任何廠家都能做出的技術跟進了,基本上沒有難度。不過華為P30 Pro那樣的全局PWM調光要如何解決,就不好說了,或許需要從驅動上面去改才行。

當然,雖然DC調光如此火爆,但其實這個感覺真的是因人而異。或許很多人對PWM調光並不敏感,所以DC不DC的,或許真沒那麼重要。因為要說到傷眼睛,長時間看任何屏幕都會有的。所以願大家理性看待。

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