手机拍照糊?光学防抖了解一下?

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随着手机成为现在年轻人人手一个的必备“装备”,大家对手机的需求也不尽相同,有的对手机性能要求高,有的需要拍照好。性能啥的就不说了,就是单纯的堆硬件,内存,CPU用最旗舰的配置就是了。但是说到拍照,那真的是各家厂商八仙过海,各显神通了。
 
手机拍照的成像素质取决于多方面,比如像素、光圈、传感器、镜片等。人们对成像效果的需求促使手机厂商把很多原本在专业相机上才拥有的技术应用智能手机中。例如广角镜头和长焦镜头的切换,长期来都是专业相机的标志,现在最新的手机里已经把广角和长焦的镜头集成为一个非常小型化的双摄像头。运用到手机身上的技术也影响着用户体验,拥有长焦并不代表拥有完美的图像,其中要首要解决的就是防抖技术。 
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常见的防抖对策
 
防抖技术暂时还是用在比较高端的手机,占整个市场的10%左右,今后可能会渐渐向中端手机进行普及。据ROHM半导体(上海)有限公司设计中心副所长金东辉介绍,常见的防抖对策有:
 
(1)大像素,每个像素的尺寸都非常大;
 
(2)大镜头,光通量比较大,曝光时间相应变短,可以有效的防止抖动,但是光学结构尺寸大;
 
(3)电子防抖,基本上靠软件处理,实现起来比较容易,但像素减少,仅适用低频抖动,适合拍视频;
 
(4)光学防抖,适用范围广,拍夜景、远景效果突出,是最有前景和实际效果的技术。
 
 
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ROHM半导体(上海)有限公司 设计中心 副所长 金东辉
 
应用于手机的电子防抖和光学防抖
 
大像素和大镜头由于占据的空间较大,在手机上用得比较少。手机里较多的是电子防抖和光学防抖。
 
“光学防抖和电子防抖完全不是一种技术。”金东辉说,“从硬件的配置看的话,光学防抖一定要配镜头驱动的马达、OIS控制的芯片。电子防抖一般是不需要额外的硬件的;光学防抖可以追踪全幅图像区域的,电子防抖则必然会损失边缘的一部分的像素;对于帧内补偿,电子防抖是没有用的,必须采用光学防抖;对于图像质量的劣化,光学防抖基本上没有损失,电子防抖会有相当的图像质量的损失,由于这个原因,电子防抖大多数是放在录视频的时候用,光学防抖是动态图像和静止图像都可以用。”
 
OIS光学防抖的工作原理:光轴补偿
 
光学防抖尤其在拍夜景和拍远处物体的时候,效果非常突出。如下图所示,相机抖动一个角度时候,更远处的物体在光轴上的偏移量和偏移角度更大,所以对图像造成的破坏最严重。近距离物体则那么严重。
 
那么光学防抖,就是通过镜头的移动透镜来纠正“光轴偏移”。其中镜头陀螺仪不停检测图像的移动,然后将移动感知数据传至OIS芯片,OIS芯片控制补偿镜片组的移动,根据镜头的抖动方向及位移量加以补偿,尽可能减少成像的偏移,降低抖动的影响。
 
金东辉表示:“开OIS的效果就相当于快门速度的缩短提升了三级。比如矫正ON的时候,快门速度为1/15秒的曝光,就相当于光矫正off时快门速度1/125秒,这两个图像质量基本上是等价的。”
 
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ROHM适用于OIS技术的镜头驱动技术方案
 
从硬件来看,镜头的驱动部件大约由以下组成:外壳、PCV以及传感器、镜头组、马达、镜头驱动芯片等。镜头驱动马达分很多类,常见的有VCM(Voice Coil Motor)马达,还有压电马达。VCM里面也分绕线式的和Ball Guide方式,这个是目前主流的。最新出了SMA还有MEMS的马达。ROHM作为半导体、电子零部件的企业,拥有丰富的镜头驱动芯片产品系列,分为AF和OIS两大类,也分反馈性和前馈性的马达控制。
 
金东辉介绍说:“前馈型是系统检测到失焦信号,是通过图像的比较知道有没有失焦,失焦的话直接让VCM马达推动镜头到一定的位置,这一轮的控制就结束了。反馈型不一样,有一个Servo DSP控制的,首先也是检测抖动或者是失焦的信号,经过各种运算,把VCM推到一定的位置。这个位置迅速由hall检测,反馈到DSP里面,反馈镜头不是已经推到了要的位置。如果有一定的误差的话,会迅速不停的循环,只要CPU给这个系统下了一个指令,把镜头推到某个位置以后,它就可以完全以这个4轴DSP来控制。”
 
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反馈型主要有两方面优势:
 
(1)抗冲击。镜头一般是用VCM驱动,有一个弹簧驱动,如果有撞击,镜头就会摇晃,偏离原来的位置,这个晃动慢慢衰减,但时间很长。如果加上反馈控制,只要位置偏离一点,马上就拉回中心位置,可以使大部分时间内得到清晰的图像。
 
(2)抗振动,由于外部的振动,镜头会偏离该有的位置,这时候用close loop ,close loop的控制非常快,可以迅速拉回正常的位置。
 
 
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金东辉总结说:“ROHM的OIS驱动是一个高性能的伺服系统控制的,经过严密的仿真和现场调试做出来的芯片,我们也加了一些新的功能,比如用PWM驱动马达。相比线性驱动,PWM可以省掉很多功耗。另外ROHM整个开发和支持体系是非常完整的。手机厂并不是自己组装镜头,而是由外包厂组装的,ROHM对外包厂量产线的建立、调试都提供支持。 
 
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总结:
 
光学防抖一直是很多手机厂商宣扬的手机拍照功能之一,ROHM则为这些手机厂商提供了一种良好的解决方案,随着ROHM对OIS的不断优化,相信在未来会有更加完美的光学防抖的方案出现。
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