手机的自动亮度为什么不好做？

肖楚玉

用过不少手机，体会过不少手机不同的好，也体会过不同手机相同的糟，比如自动亮度调节到 2020 年依旧是个让人头疼的问题。
从我个人感受来看，自动亮度这事其实市面上不少的手机做的都不够好，尤其是早期国产 Android 手机经常出现「亮度乱跳」、「亮瞎眼」、「暗瞎眼」等各种各样的问题。但也有一些手机的自动亮度在用户中的口碑就不错。


▲ Pixel 4 XL
按照我使用的体验来说，iPhone 的自动光感基本上可以说是最好的那一档。这体现在用户很少需要去手动拉亮度，95% 的时间内亮度都是相对合适的。
而在 Android 阵营中，Pixel 是少数自动亮度几乎能媲美 iPhone 的手机，除了没有高激发亮度，在大太阳下可视亮度差点之外，点亮 Pixel 绝大多数时候都能给我合适的亮度。
有做的比较好自然也有做的比较糟的。
我印象较深的品牌比如一加和锤子，自动亮度不准的程度甚至会让人感觉恼火。我因为之前一加 7 Pro 使用体验相当不错，下半年又自购了一加 7T Pro，但从一加 7Pro 算起，将近一年过去了自动亮度算法都没有太大改善，这点难免让人比较失望。


▲ 一加 7T Pro
举个例子，晚上在我正在使用笔记本上网的时候把一加 7T Pro 拿到面前使用，这时除了后面笔记本的光源外，侧后方还开了一盏灯作为补充环境光亮度。而一加 7T Pro 的亮度总是会自动调节到很暗，似乎完全没有注意到背后有两个光源进入我的眼睛。


一加的改进向来只能寄望于新机表现，好在一加 CEO 刘作虎在 4 月 1 日发微博声称：
这次新品还将给你安卓手机上最好、最舒适的色温亮度自动调节
除了加入了色温传感器之外，还将自动亮度的级数从 1024 级增加到 4096 级，将亮度变化的过程变得更加细腻。不过自动亮度策略是否会随着传感器的增多，以及亮度变化级数的增多而变好，还得等一加 8 系列发布之后再看。


4096 级档位亮度调节在小米 10 系列的发布会上也出现过，之前小米手机系统软件部总监张国全也曾经在小米 10 系列发布时进行过一番科普解释，为什么自动亮度不好做：
人眼在暗环境时，瞳孔变大，对亮度调节非常敏感
OLED 屏幕亮度调节级数比 LCD 屏幕少，尤其低亮度下，每级之间的亮度变化大
一个前置光线传感器只对手机上方点光源起作用，现实环境光源位置多变，一个 sensor 很难覆盖所有场景，尤其是横屏玩游戏时，手持状态也会经常遮传感器，导致传感器数据采集数据失真
敏感用户暗光对 OLED 调光感触明显
针对这个问题，小米 10 系列做了针对性优化方案，具体包括：
OLED 屏幕增加到 4096 级调节挡位，做更精细调节；同时对低亮度的亮度调节曲线做算法优化，让亮度变化更加平滑顺畅
首次采用两个 sensor 硬件 : 前后光感相互协同，在复杂光线场景下，采集更多的光源数据，以获取更准确的用户使用环境光数据
自动背光 AI 算法 : 手机自动记录使用者偏好，根据每个用户状态做智能调节；同时利用 motion detect 技术，实时监测手机姿态和用户使用场景，让自动亮度调节体验更佳 ; 细分游戏，视频，通用等多种自动亮度曲线，更加贴合用户使用场景
支持 OLED 屏全量程 DC 调光，并针对 DC 调光做了更精确的调节优化，给敏感用户提供更优的体验


当然这只是小米为了配合小米 10 后背增加光感设计进行的针对性营销科普，小米 10 系列和 K30 Pro 在背后都增加了一枚环境光传感器来辅助自动算法，以求在背光等环境下自动亮度能够变得更精准。
不过，这并不能完全解释一些背后没有光感的手机为什么自动亮度体验差异巨大，比如 iPhone 和 Pixel 都没有背后的环境光传感器。


传感器的数量的多寡，以及放置的位置是硬件基础，他们决定决定了光线传感器能够收集到多少环境光线数据。
环境光线数据好比做饭的食材，理论上说食材越丰富质量越高越好，能够实现的菜式就越多。但光有食材也不等于菜能够做好，一个有经验的大厨和一个小作坊厨师做出来的菜也完全不可同日而语。
在经验上，在技术上，大品牌都更有实力。


所以我们看到，越是有经验的大厂，在自动亮度方面表现的就越好，比如苹果、三星，包括现在的华为等等，比较例外的就是 Google，他们收了老牌厂商 HTC 的手机团队，本身又以神经网络和算法闻名，调教出好的自动亮度算法也不意外。
而一直以来打小而美的厂商就比较容易翻车，像一加和锤子，印象里魅族也不是很好，一方面可能是算法不是那么的成熟，另一方面可能也是硬件上钱没有花到位。
另外，亮度响应曲线也并非简单线性变化，不同品牌，乃至不同型号都有不同的亮度响应曲线。


根据知乎用户 @Referline 的专栏可以看到，iPhone 的亮度调节曲线并非线性，比如在 iPhone XS 上，在 0-80nits 的时候曲线非常平缓，200-400nits 的时候曲线就会变得更陡一些，400nits 以上的响应变化速度是最快的。
从亮度变化上说，现在所有手机的调节杆位置和实际亮度也并不是线性的，把亮度「调到一半」的时候，显示的亮度并非是最大亮度的一半，而是远远低于最大亮度。


数码博主 @请不要叫我测评君在 B 站也做了一期关于小米 10、iPhone 11 和 Mate30 Pro 5G 的自动亮度调节测试。在它的测试中提到，华为在最近的几代旗舰中其实背部都有做色温传感器，不仅能感应环境色温，同时也能感知背部光线强度的变化，在亮度算法上较为激进，响应较快，多数时候很准，但总体稍欠稳定。
小米 10 则响应时间偏慢，多数情况下亮度适中，但也有一些场景亮度偏暗，这两点和我使用的实际情况较为吻合，但随着 AI 逐渐发挥作用已经比最开始要好一些。
其实今年有很多国产品牌的自动亮度都在变得越来越好，更多的品牌的环境光传感器除了能感知强度外，还能感知色温的变化。
OPPO Find X2 系列上也有类似的自动亮度控制机制，OPPO 称之为自适应护眼技术，主要由智能亮度和环境色自适应两个方面发挥作用。根据用户所处环境的光线情况，自动调整显示屏的色温、亮度，从而改善屏幕的阅读效果，本质上就是自动亮度 + 类似苹果的 Ture Tone 技术。


色温和亮度的变化依赖于六通道颜色传感器（Color Sensor）实现，能够获取环境中的光强和色温。智能背光功能则可以学习用户的个人喜好，当用户调整亮度时，系统会记住用户的环境和应用，并不断改善调光的体验。
此外，这几年 AI 的进步也为自动亮度带来了更多的辅助解决方案。
如今 AI 机器学习的广泛应用让自动亮度有了更多个性化的调节的可能，专门学习用户的使用习惯，有的人习惯较暗，有的人喜欢较亮都是可能的。


其实 Google 在 Android 9 时期 Google 就引入了一项名为 Adaptive Brightness 的功能，中文是「自动调节亮度」。对这个功能 Google 是这么解释的：
系统会根据您的环境和活动自动调节屏幕亮度。您可以手动移动滑块
看起来很简单，像是最基础的自动亮度调节。但其实 Google 在这个功能中加入了 机器学习的功能，通过学习你在不同环境下的亮度偏好，手机会呈现出最适合你个人的亮度设置，从而减少用户手动调节亮度的次数。


在 Pixel 4 上 Google 还新增了 Ambient EQ 功能，这个功能的作用是通过检测环境照明色温的传感器（型号 TMD3702VC）以自动实现屏幕色温的调节，对，又是一个 Ture Tone。


相比很多人厌烦 Ture Tone 的「发黄」感受，Ambient EQ 是一个默认开启且不会有过于偏黄表现的功能。这是由于 Google 认为限制了色温调整范围，而在 Nest HUB 上，同样的功能有着远超 Pixel 4 的色温调整范围。这很可能是 Google 研究了用户习惯之后做出的限制。
总体来说，要想做好自动亮度依然是一个典型的软硬件结合功能，首先传感器本身感应环境光要足够灵敏，最好还有色温感知，另外就是传感器的位置尽量避开屏下设计，不然灵敏度和功能都会受到限制。
有条件的话最好前置后置各来一个环境光传感器，这样对于正面和背后的光源都有更好的感知能力，但前后光感怎么配合就要靠算法了。


▲图片来自：Payette Forward
光线强度、色温、传感器数量这些硬条件依然只是食材，屏幕亮度在不同环境亮度下调整的曲线和响应速度怎么设计，亮度变化级数是 1024 级还是 4096 级，色温的变化范围，AI 根据用户习惯和应用的学习等等，这些都需要厂商去仔细的研究。自动亮度为什么难做，就是因为涉及到东西太多，不仅硬件软件配合，还需要大量对用户习惯的细致调研。
最后还有一个好消息，昨天在微博看到一加很快会将不涉及硬件功能的自动亮度策略推送给一加 7 系列，到时候就看效果如何了。
题图来源：iDownloadBlog