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2000年，世界上第一臺內(nèi)置攝像頭的手機誕生——夏普J-SH04。當時拍照功能只能被看作是手機廠商的小小嘗試；2006年，三星發(fā)布全球首款千萬像素攝像頭的手機三星B600；2012年，諾基亞發(fā)布了Pure View，其采用4100萬像素傳感器和卡爾蔡司鏡頭，開啟智能手機的新紀元；2019年，小米發(fā)布了業(yè)內(nèi)首款一億像素拍照手機CC9 Pro，展現(xiàn)了前所未有的手機拍攝水平。
隨著手機攝像技術(shù)的不斷升級及用戶對拍照體驗訴求不斷提高，各大終端不斷推出光學變焦、相位對焦、光學防抖、TOF等方案，為手機拍攝的環(huán)境和性能提升提供強大的支持。
今天，小為將當下科技圈火熱的“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
在進入“防抖技術(shù)”這一主題之前，小為有必要給大家簡單介紹一下攝像頭模組的構(gòu)成，如下圖所示：
?VCM驅(qū)動芯片，驅(qū)動VCM馬達精確控制鏡頭移動實現(xiàn)對焦和光學防抖功能；
?CMOS Sensor，即圖像傳感器，是實現(xiàn)將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的模數(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，負責將攝像頭的其他組件與主處理器連接起來。
攝像頭模組的工作原理是景物通過鏡頭生成光學圖像，投射到感光器上由此生成電信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后送到DSP處理，然后通過I/O口傳到中央處理器中進行處理，最后通過顯示屏，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穩(wěn)定系統(tǒng)來使畫面成像精準，但手機拍攝時很難做到完全固定，因為手持可能會引發(fā)手抖、顛簸等因素都會導致攝像抖動。而CMOS Sensor成像需要先進行曝光，曝光時間一般從幾十毫秒到幾百毫秒甚至在夜景拍攝時會到幾秒鐘時間，如果在曝光過程中手機發(fā)生了抖動，就會導致拍攝畫面模糊，曝光時間越長，成像受抖動的影響就越大，這就是我們用不帶光學防抖功能的攝像機拍攝夜景的時候很難拍出清晰的照片的原因。
另外，在拍攝遠處物體時有沒有防抖區(qū)別也很明顯，同樣的抖動，對于遠處物體成像上偏移也就越大，失之毫厘，謬以千里，實是如此。所以實現(xiàn)高質(zhì)量清晰的拍攝畫面，手機防抖技術(shù)的應(yīng)用，不可或缺。
如何實現(xiàn)防抖？
為實現(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，只要快門足夠快，受抖動影響就越?。辉龃笙袼爻叽缫部梢栽谝欢ǔ潭壬蠝p少抖動影響；此外，手機應(yīng)用要實現(xiàn)更好的防抖，就不得不引出今天內(nèi)容的重點——電子防抖（EIS）和光學防抖（OIS）。
EIS電子防抖主要通過算法，對圖像進行裁剪，獲得畫面清晰度與純凈度的平衡，來實現(xiàn)對于拍攝過程中的補償。這種防抖方式可以在視頻拍攝時實現(xiàn)不錯的拍攝效果，但也有其局限性，因為其原理是對已經(jīng)拍攝好的照片進行裁剪、拼湊，所以在拍攝單張照片的時候，就會顯得“心有余而力不足”了。
OIS光學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特的機械結(jié)構(gòu)，通過馬達帶動鏡頭在平行于圖像傳感器的平面上移動（該結(jié)構(gòu)是常見的平移式OIS，在防抖技術(shù)的不斷演變中發(fā)展出了Tilt形式、云臺、Sensor shift等多種形式），搭配可感測相機抖動角度的陀螺儀，系統(tǒng)算法根據(jù)偏移量來控制鏡頭向相反地方移動，由此來抵消曝光點的偏移，這樣拍攝出原始的照片就是清晰的。
OIS光學防抖適用范圍廣泛，在拍夜景、遠景時尤為突出，是最有前景和實際效果的技術(shù)。
一般手機攝像頭應(yīng)用最多的OIS馬達方案都采用線圈+磁鐵+支撐的結(jié)構(gòu)。常見的支撐結(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，彈片提供的彈力可以有效地支撐馬達動子，并能夠與驅(qū)動力相互平衡，通過改變驅(qū)動力的大小，也就是驅(qū)動電流的大小，從而推動馬達在平面內(nèi)移動，來實現(xiàn)抖動的補償。彈片式馬達依靠彈片支撐，動子本身不與定子有直接接觸。
滾珠式結(jié)構(gòu)則沒有彈片結(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類型，比如壓電陶瓷制成的超聲波馬達，其利用高頻的電壓驅(qū)動使陶瓷片發(fā)生形變，接觸摩擦力帶動馬達移動；形狀記憶合金制成的SMA馬達，通過電壓驅(qū)動改變其本身的溫度來控制形變等。
另外，OIS應(yīng)用的馬達一般都內(nèi)置了定位裝置，可以實現(xiàn)馬達位置的閉環(huán)控制，可以使補償更加準確。一般馬達內(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光學防抖系統(tǒng)解決方案
針對攝像防抖應(yīng)用，艾為電子率先推出了OIS 光學防抖軟硬件系統(tǒng)解決方案——AW86006CSR及艾為OIS光學防抖算法。
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位浮點運算指令，擁有充足的片上存儲空間（48K SRAM和64K flash）。與此同時，該產(chǎn)品支持X、Y軸閉環(huán)控制，Z軸AF對焦，支持多OIS協(xié)同設(shè)計。
產(chǎn)品硬件特點
