【技術(shù)帖】艾為VCM馬達(dá)驅(qū)動(dòng)——精準(zhǔn)快速對焦不是夢！

高像素、大光圈、快速對焦、光學(xué)防抖，雙攝乃至多攝已經(jīng)成為手機(jī)攝像頭的主流趨勢。越來越多的手機(jī)用戶對手機(jī)拍照功能提出了更多的要求：既要拍照好看，還要對焦速度快、對焦穩(wěn)定、防抖效果好。如何滿足用戶的拍照需求呢？本篇，小為來為你解答！

手機(jī)模組成像原理

手機(jī)模組成像的原理是：景物通過鏡頭成像在CMOS圖像傳感器上，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換后，送到圖像信號處理器（ISP）進(jìn)行處理，再傳到中央處理器中進(jìn)行處理，最終通過手機(jī)顯示屏就可以看到圖像，示意圖如下：

在整個(gè)成像的過程中，“對焦”非常重要。

清晰照片的關(guān)鍵——對焦

目前自動(dòng)對焦的兩大技術(shù)分別為：

1.??反差對焦 (Contrast Detection Focus)

對焦的過程是通過移動(dòng)鏡頭來使對焦區(qū)域的圖像達(dá)到最清晰的過程，在這個(gè)過程中，像素傳感器將會(huì)對整個(gè)場景范圍進(jìn)行縱深方向上的全面檢測，并持續(xù)記錄對比度等反差數(shù)值，找出反差最大位置后，運(yùn)動(dòng)到頂部的鏡片則會(huì)重新回到該位置，完成最終的對焦，所以在屏幕上會(huì)看到先模糊再清晰再模糊的過程。

2.??相位對焦 (Phase Detection Focus)

相位對焦則是直接將自動(dòng)對焦傳感器與像素傳感器直接集成在一起，即從像素傳感器上拿出左右相對的成對像素點(diǎn)，分別對場景中的物體進(jìn)行光量等信息的檢測，通過比對左右兩側(cè)的相關(guān)值情況，便會(huì)迅速找出準(zhǔn)確的對焦點(diǎn)，之后馬達(dá)便會(huì)一次性將鏡片推動(dòng)到相應(yīng)的位置完成對焦，由于取消了之前的檢測過程，并且鏡間馬達(dá)需要移動(dòng)的距離更短，相比反差對焦，相位對焦速度明顯更快，效果也會(huì)更佳自然。

對焦系統(tǒng)、反差對焦、相位對焦示意圖

其中閉環(huán)反饋PID控制算法是一種常見的閉環(huán)控制方法。

什么是閉環(huán)控制PID呢？

PID控制 (PID控制器（比例-積分-微分控制器），由比例單元（Proportional）、積分單元（Integral）和微分單元（Derivative）組成。可以透過調(diào)整這三個(gè)單元的增益K_p, K_i, K_d，和來調(diào)定其特性。

PID控制器方塊圖

這個(gè)控制器把收集到的數(shù)據(jù)(下一次輸出位置)和一個(gè)參考值(預(yù)計(jì)對焦位置)進(jìn)行比較，然后把這個(gè)差別用于計(jì)算新的輸入值，這個(gè)新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達(dá)到或者保持在參考值。PID控制器可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和差別的出現(xiàn)率來調(diào)整輸入值，使系統(tǒng)更加準(zhǔn)確而穩(wěn)定。

PID對應(yīng)反應(yīng)圖

閉環(huán)控制是在驅(qū)動(dòng)的同時(shí)引入了反饋量，控制器能夠?qū)崟r(shí)獲取馬達(dá)的實(shí)際位置，根據(jù)馬達(dá)的實(shí)際位置調(diào)整輸出，直到反饋值和目標(biāo)值的誤差為0，馬達(dá)移動(dòng)到我們設(shè)定的位置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對焦。

閉環(huán)是持續(xù)實(shí)時(shí)控制，能夠加快馬達(dá)對焦速度，精確控制位移，并且能夠有效抑制外界環(huán)境因素對馬達(dá)產(chǎn)生的干擾。PID控制算法使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、魯棒性強(qiáng)，可以有效地減小超調(diào)，使馬達(dá)能夠快速達(dá)到指定位置，相比開環(huán)控制，閉環(huán)PID控制實(shí)現(xiàn)了馬達(dá)對焦的快、穩(wěn)、準(zhǔn)。

從模組成本等方面考慮，反差對焦一般配合開環(huán)VCM驅(qū)動(dòng)芯片使用。為了更高精度、更快捷地對焦，相位對焦通常要配合閉環(huán)VCM驅(qū)動(dòng)芯片。

艾為芯：真“芯”對焦更清晰

無論是反差對焦，還是相位對焦，艾為芯都有相應(yīng)的解決方案實(shí)現(xiàn)真“芯”對焦！

除快速對焦之外，防抖也同樣是拍攝清晰照片必不可少的一環(huán)。

為何要防抖？

防抖技術(shù)主要包括，大像素、大鏡頭、數(shù)字防抖（DIS）、電子防抖（EIS）以及光學(xué)防抖（OIS），目前最為火爆的當(dāng)屬OIS。OIS適用范圍廣泛，拍夜景、遠(yuǎn)景效果突出。

OIS工作原理：借助機(jī)械結(jié)構(gòu)使鏡頭可以移動(dòng)，在成像的過程中，如果手機(jī)發(fā)生了抖動(dòng)，成像的位置發(fā)生偏移，模組內(nèi)部的陀螺儀傳感器將檢測到的抖動(dòng)信號傳給微處理器，經(jīng)過微處理器計(jì)算出需要補(bǔ)償?shù)奈灰屏浚?qū)動(dòng)芯片控制鏡頭相應(yīng)的移動(dòng)而改變成像的光路，使成像的位置仍然保持在原來的位置，以便于有效的防止手機(jī)抖動(dòng)引起的成像模糊。

艾為擁有高性能OIS光學(xué)防抖的VCM馬達(dá)驅(qū)動(dòng)芯片，該款芯片支持OIS光學(xué)防抖、自動(dòng)對焦，內(nèi)置CPU，集成DSP與浮點(diǎn)運(yùn)算單元，高工作頻率，多通道ADC、DAC轉(zhuǎn)換單元，擁有多個(gè)串行外設(shè)接口，支持寬范圍電壓供電，超低關(guān)斷電流。