芯耀
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2000年，世界上第一臺(tái)內(nèi)置攝像頭的手機(jī)誕生——夏普J(rèn)-SH04。當(dāng)時(shí)拍照功能只能被看作是手機(jī)廠商的小小嘗試；2006年，三星發(fā)布全球首款千萬(wàn)像素?cái)z像頭的手機(jī)三星B600；2012年，諾基亞發(fā)布了Pure View，其采用4100萬(wàn)像素傳感器和卡爾蔡司鏡頭，開(kāi)啟智能手機(jī)的新紀(jì)元；2019年，小米發(fā)布了業(yè)內(nèi)首款一億像素拍照手機(jī)CC9 Pro，展現(xiàn)了前所未有的手機(jī)拍攝水平。
隨著手機(jī)攝像技術(shù)的不斷升級(jí)及用戶對(duì)拍照體驗(yàn)訴求不斷提高，各大終端不斷推出光學(xué)變焦、相位對(duì)焦、光學(xué)防抖、TOF等方案，為手機(jī)拍攝的環(huán)境和性能提升提供強(qiáng)大的支持。
今天，小為將當(dāng)下科技圈火熱的“防抖技術(shù)”作為本篇文章的主角，為大家細(xì)致介紹一下拍照防抖的相關(guān)原理。
攝像頭模組構(gòu)成
在進(jìn)入“防抖技術(shù)”這一主題之前，小為有必要給大家簡(jiǎn)單介紹一下攝像頭模組的構(gòu)成，如下圖所示：
?VCM驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)VCM馬達(dá)精確控制鏡頭移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦和光學(xué)防抖功能；
?CMOS Sensor，即圖像傳感器，是實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器；
?鏡頭，搜集被拍攝物體的反射光并將其聚焦于圖像傳感器之上；
?柔性印刷電路板，負(fù)責(zé)將攝像頭的其他組件與主處理器連接起來(lái)。
攝像頭模組的工作原理是景物通過(guò)鏡頭生成光學(xué)圖像，投射到感光器上由此生成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后送到DSP處理，然后通過(guò)I/O口傳到中央處理器中進(jìn)行處理，最后通過(guò)顯示屏，就是最后我們看到的圖片了。
為什么要防抖？
專業(yè)攝像設(shè)備一般都采用攝像機(jī)穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)使畫(huà)面成像精準(zhǔn)，但手機(jī)拍攝時(shí)很難做到完全固定，因?yàn)槭殖挚赡軙?huì)引發(fā)手抖、顛簸等因素都會(huì)導(dǎo)致攝像抖動(dòng)。而CMOS Sensor成像需要先進(jìn)行曝光，曝光時(shí)間一般從幾十毫秒到幾百毫秒甚至在夜景拍攝時(shí)會(huì)到幾秒鐘時(shí)間，如果在曝光過(guò)程中手機(jī)發(fā)生了抖動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致拍攝畫(huà)面模糊，曝光時(shí)間越長(zhǎng)，成像受抖動(dòng)的影響就越大，這就是我們用不帶光學(xué)防抖功能的攝像機(jī)拍攝夜景的時(shí)候很難拍出清晰的照片的原因。
另外，在拍攝遠(yuǎn)處物體時(shí)有沒(méi)有防抖區(qū)別也很明顯，同樣的抖動(dòng)，對(duì)于遠(yuǎn)處物體成像上偏移也就越大，失之毫厘，謬以千里，實(shí)是如此。所以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量清晰的拍攝畫(huà)面，手機(jī)防抖技術(shù)的應(yīng)用，不可或缺。
如何實(shí)現(xiàn)防抖？
為實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的成像效果，衍生出了一系列防抖的辦法，比如增加曝光速度，只要快門(mén)足夠快，受抖動(dòng)影響就越??；增大像素尺寸也可以在一定程度上減少抖動(dòng)影響；此外，手機(jī)應(yīng)用要實(shí)現(xiàn)更好的防抖，就不得不引出今天內(nèi)容的重點(diǎn)——電子防抖（EIS）和光學(xué)防抖（OIS）。
EIS電子防抖主要通過(guò)算法，對(duì)圖像進(jìn)行裁剪，獲得畫(huà)面清晰度與純凈度的平衡，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于拍攝過(guò)程中的補(bǔ)償。這種防抖方式可以在視頻拍攝時(shí)實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的拍攝效果，但也有其局限性，因?yàn)槠湓硎菍?duì)已經(jīng)拍攝好的照片進(jìn)行裁剪、拼湊，所以在拍攝單張照片的時(shí)候，就會(huì)顯得“心有余而力不足”了。
OIS光學(xué)防抖則是在源頭上抑制成像模糊。這種防抖方式需要配合其獨(dú)特的機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)馬達(dá)帶動(dòng)鏡頭在平行于圖像傳感器的平面上移動(dòng)（該結(jié)構(gòu)是常見(jiàn)的平移式OIS，在防抖技術(shù)的不斷演變中發(fā)展出了Tilt形式、云臺(tái)、Sensor shift等多種形式），搭配可感測(cè)相機(jī)抖動(dòng)角度的陀螺儀，系統(tǒng)算法根據(jù)偏移量來(lái)控制鏡頭向相反地方移動(dòng)，由此來(lái)抵消曝光點(diǎn)的偏移，這樣拍攝出原始的照片就是清晰的。
OIS光學(xué)防抖適用范圍廣泛，在拍夜景、遠(yuǎn)景時(shí)尤為突出，是最有前景和實(shí)際效果的技術(shù)。
一般手機(jī)攝像頭應(yīng)用最多的OIS馬達(dá)方案都采用線圈+磁鐵+支撐的結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的支撐結(jié)構(gòu)通常有彈片式結(jié)構(gòu)和滾珠式結(jié)構(gòu)。
彈片式結(jié)構(gòu)的馬達(dá)，彈片提供的彈力可以有效地支撐馬達(dá)動(dòng)子，并能夠與驅(qū)動(dòng)力相互平衡，通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)力的大小，也就是驅(qū)動(dòng)電流的大小，從而推動(dòng)馬達(dá)在平面內(nèi)移動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)抖動(dòng)的補(bǔ)償。彈片式馬達(dá)依靠彈片支撐，動(dòng)子本身不與定子有直接接觸。
滾珠式結(jié)構(gòu)則沒(méi)有彈片結(jié)構(gòu)，而是采用滑軌+滾珠的結(jié)構(gòu)，相比彈片更加穩(wěn)定耐用。
除此以外還有很多種馬達(dá)類型，比如壓電陶瓷制成的超聲波馬達(dá)，其利用高頻的電壓驅(qū)動(dòng)使陶瓷片發(fā)生形變，接觸摩擦力帶動(dòng)馬達(dá)移動(dòng)；形狀記憶合金制成的SMA馬達(dá)，通過(guò)電壓驅(qū)動(dòng)改變其本身的溫度來(lái)控制形變等。
另外，OIS應(yīng)用的馬達(dá)一般都內(nèi)置了定位裝置，可以實(shí)現(xiàn)馬達(dá)位置的閉環(huán)控制，可以使補(bǔ)償更加準(zhǔn)確。一般馬達(dá)內(nèi)采用磁鐵+霍爾傳感器的方案。在霍爾傳感器方面，艾為也有相應(yīng)的解決方案（戳此回顧→【技術(shù)帖】（連載一）Hello，磁傳感器?。?。
艾為OIS光學(xué)防抖系統(tǒng)解決方案
針對(duì)攝像防抖應(yīng)用，艾為電子率先推出了OIS 光學(xué)防抖軟硬件系統(tǒng)解決方案——AW86006CSR及艾為OIS光學(xué)防抖算法。
AW86006CSR
AW86006CSR是一款已成熟量產(chǎn)的OIS Driver，其內(nèi)置ARM星辰處理器，支持硬件DSP指令、32位浮點(diǎn)運(yùn)算指令，擁有充足的片上存儲(chǔ)空間（48K SRAM和64K flash）。與此同時(shí)，該產(chǎn)品支持X、Y軸閉環(huán)控制，Z軸AF對(duì)焦，支持多OIS協(xié)同設(shè)計(jì)。
產(chǎn)品硬件特點(diǎn)
