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高像素、大光圈、快速對焦、光學(xué)防抖，雙攝乃至多攝已經(jīng)成為手機攝像頭的主流趨勢。越來越多的手機用戶對手機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！

手機模組成像原理

手機模組成像的原理是：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）進行處理，再傳到中央處理器中進行處理，最終通過手機顯示屏就可以看到圖像，示意圖如下：

在整個成像的過程中，“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鏡頭來使對焦區(qū)域的圖像達到最清晰的過程，在這個過程中，像素傳感器將會對整個場景范圍進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，運動到頂部的鏡片則會重新回到該位置，完成最終的對焦，所以在屏幕上會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，分別對場景中的物體進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，便會迅速找出準確的對焦點，之后馬達便會一次性將鏡片推動到相應(yīng)的位置完成對焦，由于取消了之前的檢測過程，并且鏡間馬達需要移動的距離更短，相比反差對焦，相位對焦速度明顯更快，效果也會更佳自然。

對焦系統(tǒng)、反差對焦、相位對焦示意圖

在上圖可以得知，讓VCM(Voice Coil Motor)快速到達指定的對焦位置是實現(xiàn)正確對焦的重要因素。但由于VCM是機械裝置，如果直接施予控制信號而無補償?shù)臋C制的話，將會產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象(Ringing Effect)，下圖所示，因此便有許多控制算法去消除Ringing Effect。

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?？梢酝高^調(diào)整這三個單元的增益K_p, K_i, K_d，和來調(diào)定其特性。

PID控制器方塊圖

這個控制器把收集到的數(shù)據(jù)(下一次輸出位置)和一個參考值(預(yù)計對焦位置)進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數(shù)據(jù)達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)更加準確而穩(wěn)定。

PID對應(yīng)反應(yīng)圖

閉環(huán)控制是在驅(qū)動的同時引入了反饋量，控制器能夠?qū)崟r獲取馬達的實際位置，根據(jù)馬達的實際位置調(diào)整輸出，直到反饋值和目標值的誤差為0，馬達移動到我們設(shè)定的位置實現(xiàn)自動對焦。

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

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)的解決方案實現(xiàn)真“芯”對焦！

在艾為VCM Driver 系列產(chǎn)品中， AW8601CSR是一款開環(huán)中置驅(qū)動芯片，搭配艾為VRC(VCM Ring Control)對焦算法使用就可以實現(xiàn)理想的反差對焦。

而針對相位對焦，艾為專門設(shè)計了AW86020這款閉環(huán)中置驅(qū)動芯片。

該芯片支持寬范圍電壓供電，帶載能力強，支持大電流輸出，高精度數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，具有I2C通訊接口，支持高頻通訊，內(nèi)置霍爾傳感器用于檢測馬達實時位置，節(jié)省用戶成本與模組空間；具有大容量Flash存儲單元，除此之外其最大的特點是內(nèi)置PID控制器與數(shù)字濾波電路，可實現(xiàn)閉環(huán)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)精準而快速的對焦。

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？

大家手持手機拍攝照片與視頻時難免會有所晃動，其抖動頻率在2~10Hz范圍內(nèi)，抖動幅度在1°以內(nèi)。傳感器成像需要曝光，曝光是不可能在一瞬間完成的，在曝光期間如果攝像機發(fā)生了抖動，進而導(dǎo)致傳感器采集的光線糅合在一起，圖像就會產(chǎn)生重影，變得模糊不清。尤其是在夜景拍攝和長焦拍攝遠處時防抖尤為重要，因為夜拍模式下曝光時間會加長，而長焦在放大時，同樣的抖動，圖像模糊程度會更大。

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），目前最為火爆的當屬OIS。OIS適用范圍廣泛，拍夜景、遠景效果突出。

OIS工作原理：借助機械結(jié)構(gòu)使鏡頭可以移動，在成像的過程中，如果手機發(fā)生了抖動，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信號傳給微處理器，經(jīng)過微處理器計算出需要補償?shù)奈灰屏?，?qū)動芯片控制鏡頭相應(yīng)的移動而改變成像的光路，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抖動引起的成像模糊。

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