高像素、大光圈、快速对焦、光学防抖,双摄乃至多摄已经成为手机摄像头的主流趋势。越来越多的手机用户对手机拍照功能提出了更多的要求:既要拍照好看,还要对焦速度快、对焦稳定、防抖效果好。如何满足用户的拍照需求呢?本篇,小为来为你解答!
手机模组成像原理
手机模组成像的原理是:景物通过镜头成像在CMOS图像传感器上,将光信号转换成电信号,经过模拟/数字转换后,送到图像信号处理器(ISP)进行处理,再传到中央处理器中进行处理,最终通过手机显示屏就可以看到图像,示意图如下:
在整个成像的过程中,“对焦”非常重要。
清晰照片的关键——对焦
目前自动对焦的两大技术分别为:
1. 反差对焦 (Contrast Detection Focus)
对焦的过程是通过移动镜头来使对焦区域的图像达到最清晰的过程,在这个过程中,像素传感器将会对整个场景范围进行纵深方向上的全面检测,并持续记录对比度等反差数值,找出反差最大位置后,运动到顶部的镜片则会重新回到该位置,完成最终的对焦,所以在屏幕上会看到先模糊再清晰再模糊的过程。
2. 相位对焦 (Phase Detection Focus)
相位对焦则是直接将自动对焦传感器与像素传感器直接集成在一起,即从像素传感器上拿出左右相对的成对像素点,分别对场景中的物体进行光量等信息的检测,通过比对左右两侧的相关值情况,便会迅速找出准确的对焦点,之后马达便会一次性将镜片推动到相应的位置完成对焦,由于取消了之前的检测过程,并且镜间马达需要移动的距离更短,相比反差对焦,相位对焦速度明显更快,效果也会更佳自然。
对焦系统、反差对焦、相位对焦示意图
其中闭环反馈PID控制算法是一种常见的闭环控制方法。
什么是闭环控制PID呢?
PID控制 (PID控制器(比例-积分-微分控制器),由比例单元(Proportional)、积分单元(Integral)和微分单元(Derivative)组成。可以透过调整这三个单元的增益Kp, Ki, Kd,和来调定其特性。
PID控制器方块图
这个控制器把收集到的数据(下一次输出位置)和一个参考值(预计对焦位置)进行比较,然后把这个差别用于计算新的输入值,这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值,使系统更加准确而稳定。
PID对应反应图
闭环控制是在驱动的同时引入了反馈量,控制器能够实时获取马达的实际位置,根据马达的实际位置调整输出,直到反馈值和目标值的误差为0,马达移动到我们设定的位置实现自动对焦。
闭环是持续实时控制,能够加快马达对焦速度,精确控制位移,并且能够有效抑制外界环境因素对马达产生的干扰。PID控制算法使用方便、适应性强、鲁棒性强,可以有效地减小超调,使马达能够快速达到指定位置,相比开环控制,闭环PID控制实现了马达对焦的快、稳、准。
从模组成本等方面考虑,反差对焦一般配合开环VCM驱动芯片使用。为了更高精度、更快捷地对焦,相位对焦通常要配合闭环VCM驱动芯片。
艾为芯:真“芯”对焦更清晰
无论是反差对焦,还是相位对焦,艾为芯都有相应的解决方案实现真“芯”对焦!
除快速对焦之外,防抖也同样是拍摄清晰照片必不可少的一环。
为何要防抖?
防抖技术主要包括,大像素、大镜头、数字防抖(DIS)、电子防抖(EIS)以及光学防抖(OIS),目前最为火爆的当属OIS。OIS适用范围广泛,拍夜景、远景效果突出。
OIS工作原理:借助机械结构使镜头可以移动,在成像的过程中,如果手机发生了抖动,成像的位置发生偏移,模组内部的陀螺仪传感器将检测到的抖动信号传给微处理器,经过微处理器计算出需要补偿的位移量,驱动芯片控制镜头相应的移动而改变成像的光路,使成像的位置仍然保持在原来的位置,以便于有效的防止手机抖动引起的成像模糊。
艾为拥有高性能OIS光学防抖的VCM马达驱动芯片,该款芯片支持OIS光学防抖、自动对焦,内置CPU,集成DSP与浮点运算单元,高工作频率,多通道ADC、DAC转换单元,拥有多个串行外设接口,支持宽范围电压供电,超低关断电流。
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