如今，智能手機(jī)在人們生活中占有舉足輕重的地位，曾經(jīng)出門三大件“手機(jī)、錢包、鑰匙” 的功能正逐步被智能手機(jī)所代替。通過擺參數(shù)、曬跑分造成噱頭吸引消費(fèi)者已成為過去，為抓住市場，手機(jī)廠商不斷進(jìn)行手機(jī)差異化設(shè)計(jì)，近幾年手機(jī)領(lǐng)域出現(xiàn)了陶瓷外殼、高速充電、無線充電、雙攝像頭等新的技術(shù)，特別是手機(jī)拍照功能升級一直以來都是很好的差異化方向。

隨著智能手機(jī)變得越來越輕薄，攝像頭不可避免地成為了其中難以妥協(xié)的部分，于是我們就見證了從末代攝影機(jī)皇諾基亞Lumia 1020的奧利奧首“凸”到后來的以iPhone 6為代表的群“凸”。由于手機(jī)的體積和厚度的限制而無法無限提升傳感器尺寸和鏡頭光學(xué)性能，以華為榮耀6 Plus為代表的雙攝手機(jī)逐步出現(xiàn)。手機(jī)拍照功能的發(fā)展使得卡片機(jī)逐步“失寵”，甚至很多時候不需要帶單反相機(jī)只需一部手機(jī)即可拍出畫質(zhì)好的照片。

ROHM半導(dǎo)體（上海）有限公司設(shè)計(jì)中心副所長金東輝先生介紹：“在提升智能手機(jī)拍照技能方面， ROHM公司花了很大功夫，恨不得把專業(yè)相機(jī)的功能直接用到手機(jī)上。像廣角鏡頭和長焦鏡頭的切換，長期來都是專業(yè)相機(jī)的標(biāo)志，現(xiàn)在最新的手機(jī)里面，已經(jīng)把廣角和長焦的鏡頭集成到手機(jī)里，是一個非常小型化的雙攝像頭，這樣一個技術(shù)移植的過程并不是一帆風(fēng)順的，有很多實(shí)際的工作要做，很多的問題要解決。”

ROHM半導(dǎo)體（上海）有限公司設(shè)計(jì)中心副所長金東輝

有了長焦并不等于就可以取得很完美的圖像，幾倍光學(xué)變焦在拍遠(yuǎn)景時抖動非常厲害，除非用三腳架固定，否則很難取得完美的圖像。在鏡頭上面花了錢，但是卻得不到好的圖像，這個問題要得到解決，就得依靠一些防抖的對策。

常見的防抖對策有：

（1）  大像素，每個像素的尺寸都非常大；

（2）  大鏡頭，光通量比較大，曝光時間相應(yīng)變短，可以有效的防止抖動，但是光學(xué)結(jié)構(gòu)尺寸大；

（3）  電子防抖，基本上靠軟件處理，實(shí)現(xiàn)起來比較容易，但像素減少，僅適用低頻抖動，適合拍視頻；

（4）  光學(xué)防抖，適用范圍廣，拍夜景、遠(yuǎn)景效果突出，是最有前景和實(shí)際效果的技術(shù)。

大像素和大鏡頭由于占據(jù)的空間較大，在手機(jī)上用得比較少。手機(jī)里較多的是電子防抖和光學(xué)防抖。

什么是光學(xué)防抖？

光學(xué)防抖，即光學(xué)的圖像穩(wěn)定技術(shù)（OIS），是依靠特殊的鏡頭或者CCD感光元件的結(jié)構(gòu)在最大程度上降低操作者在使用過程中由于抖動造成影像不穩(wěn)定。在鏡頭內(nèi)的陀螺儀偵測到微小的移動時，會將信號傳至微處理器立即計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)奈灰屏浚缓笸ㄟ^補(bǔ)償鏡片組，根據(jù)鏡頭（或透鏡）的抖動方向及位移量加以補(bǔ)償，從而有效克服因相機(jī)的振動產(chǎn)生的影像模糊。作為光學(xué)防抖技術(shù)，并不是讓機(jī)身不抖動，通過光軸補(bǔ)償，盡可能減少成像的偏移，降低抖動的影響。

相機(jī)的抖動對畫面的影響

OIS的工作原理：光軸補(bǔ)償

光學(xué)防抖PK電子防抖

電子防抖主要指在數(shù)碼照相機(jī)上采用強(qiáng)制提高CCD感光參數(shù)同時加快快門并針對CCD上取得的圖像進(jìn)行分析，然后利用邊緣圖像進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆蓝丁ｋ娮臃蓝秾?shí)際上是一種通過降低畫質(zhì)來補(bǔ)償抖動的技術(shù)，此技術(shù)試圖在畫質(zhì)和畫面抖動之間取得一個平衡點(diǎn)。與光學(xué)防抖比較，此技術(shù)成本要低很多，效果也要差。

光學(xué)防抖和電子防抖的區(qū)別

金東輝先生解釋：“從硬件配置看，光學(xué)防抖一定要配鏡頭驅(qū)動的馬達(dá)，要能夠移動這個鏡頭。還有就是OIS控制的芯片。電子防抖一般不需要額外的硬件，只要DSP足夠強(qiáng)大，算法足夠好就可以。光學(xué)防抖可以追蹤所有的區(qū)域，電子防抖必然會損失邊緣的一部分的像素，還有幀間補(bǔ)償動作，電子防抖必須有兩個幀以上才能有效，要比較兩個幀。光學(xué)防抖關(guān)鍵在于幀內(nèi)補(bǔ)償，如果抖動是發(fā)生在拍一幀的情況下，電子防抖是沒有用的，必須采用光學(xué)防抖。圖像質(zhì)量的劣化方面，光學(xué)防抖基本上是沒有損失的，電子防抖會有相當(dāng)?shù)膱D像質(zhì)量的損失，由于這個原因，電子防抖大多數(shù)在錄視頻時使用，而光學(xué)防抖在動態(tài)圖像和靜止圖像都可以用?！?/p>

OIS這么好，它的效果怎么評估呢？金東輝先生解釋：“OIS開的效果就相當(dāng)于快門速度提了三級，大概是8~10倍。比如開校正的時候，可以用1/15s的曝光，就相當(dāng)于關(guān)校正以后1/125s的，基本上是等價的?！痹诎倒馀臄z中，1/125s的速度進(jìn)光量是遠(yuǎn)小于1/15s的，所以在同樣的條件下，有了光學(xué)防抖之后，會看到照片更明亮，暗部細(xì)節(jié)更清楚，畫質(zhì)比采用電子防抖的手機(jī)好一些。

OIS的效果評估

ROHM高性能鏡頭驅(qū)動芯片

下圖是一個攝像頭模組的主要部分，灰色的是外殼，下面是PCV以及傳感器，中間白色的部分是鏡頭組，鏡頭組上下延著Z方向移動，稱為AF方向的移動，目的是聚焦。OIS補(bǔ)償動作則是讓馬達(dá)在XY平面移動，追蹤整個圖像。馬達(dá)的移動需要馬達(dá)驅(qū)動，ROHM的鏡頭驅(qū)動芯片提供驅(qū)動電流，多少驅(qū)動電流就能使馬達(dá)移動多少位置。

攝像頭結(jié)構(gòu)以及鏡頭驅(qū)動部件

鏡頭驅(qū)動馬達(dá)分很多類，常見的有VCM（Voice Coil Motor）馬達(dá)，還有壓電馬達(dá)。VCM分繞線式的和Ball Guide方式，這是目前主流的，ROHM具有大規(guī)模量產(chǎn)實(shí)績。此外，ROHM也和有關(guān)廠家配合研究方案，最新出了記憶金屬馬達(dá)SMA和MEMS馬達(dá)。

ROHM鏡頭驅(qū)動芯片產(chǎn)品系列

ROHM鏡頭驅(qū)動產(chǎn)品大致分兩種：（1）AF：BU64XXX。AF從2008年開始開發(fā)，為了聚焦更快，后加了一些振鈴補(bǔ)償；還有BDAF中置馬達(dá)，可以更省電，這三類都屬于前饋型的馬達(dá)控制。（2）OIS有兩個系列：BU24XXX、BU63XXX。24主要注重性能，但尺寸相對較大；63是一個小型化的系列，非常方便。為了實(shí)現(xiàn)快速對焦，一般要用到反饋型，如繞線型、滾珠型和4軸的OIS。到現(xiàn)在為止，OIS主要是補(bǔ)償Pitch和Yaw，在拍微距時，要防抖，就需要一個4軸的OIS，檢測平動的加速度。

前饋型和反饋型AF/OIS的比較

對于前饋型和反饋型AF/OIS的比較，金東輝先生指出，系統(tǒng)通過圖像的比教判斷是否失焦，一旦系統(tǒng)檢測到失焦信號，前饋型直接讓VCM馬達(dá)推動鏡頭到一定的位置，這輪的控制就結(jié)束了；而反饋型有一個Servo DSP控制，經(jīng)過各種運(yùn)算，把VCM推到一定的位置，這個位置迅速由Hall檢測，反饋給DSP，如果鏡頭位置還有一定的誤差，會迅速不停地循環(huán)，只要CPU給這個系統(tǒng)下了一個指令，把鏡頭推到某個位置以后，它就可以完全由這個4軸DSP來控制。

反饋型主要有兩方面優(yōu)勢：（1）抗沖擊。鏡頭一般是用VCM驅(qū)動，有一個彈簧驅(qū)動，如果有撞擊，鏡頭就會搖晃，偏離原來的位置，這個晃動慢慢衰減，但時間很長。如果加上反饋控制，只要位置偏離一點(diǎn)，馬上就拉回中心位置，可以使大部分時間內(nèi)得到清晰的圖像。（2）抗振動，由于外部的振動，鏡頭會偏離該有的位置，這時候用close loop ，close loop的控制非?？?，可以迅速拉回正常的位置。

反饋性AF控制的優(yōu)勢

金東輝先生總結(jié)道：“ROHM的OIS驅(qū)動是一個高性能的伺服系統(tǒng)控制的，經(jīng)過嚴(yán)密的仿真和現(xiàn)場調(diào)試做出來的芯片，我們也加了一些新的功能，比如用PWM驅(qū)動馬達(dá)。相比線性驅(qū)動，PWM可以省掉很多功耗。另外ROHM整個開發(fā)和支持體系是非常完整的。手機(jī)廠并不是自己組裝鏡頭，而是由外包廠組裝的，ROHM對外包廠量產(chǎn)線的建立、調(diào)試都提供支持?！苯刂沟?015年，ROHM的OIS驅(qū)動已經(jīng)累計(jì)出貨超過了10億片，預(yù)計(jì)2016年突破13億片。

從下圖可以直觀地看到ROHM OIS的優(yōu)異拍攝效果，夜視下細(xì)節(jié)更為清晰。

ROHM OIS的拍攝效果展示

現(xiàn)在光學(xué)防抖技術(shù)暫時只用在比較高端的手機(jī)，今后可能會漸漸向中端手機(jī)進(jìn)行普及。由各大廠家發(fā)布的旗艦手機(jī)來看，今年的重點(diǎn)是雙攝像頭技術(shù)。數(shù)據(jù)顯示，2017年中國智能手機(jī)出貨量大約為7億部，其中雙攝滲透率將達(dá)30%，旗艦機(jī)中雙攝滲透率將達(dá)70%。據(jù)了解，預(yù)計(jì)到2020年全球智能手機(jī)出貨量接近20億部，屆時雙攝手機(jī)將達(dá)5億臺。能極大提升手機(jī)拍照體驗(yàn)的雙攝像頭已然成為旗艦手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配置，可以看到，華為P9、小米5sPlus以及iPhone7 Plus等一眾機(jī)型都配備了雙攝像頭版本。不過目前只有支持一個攝像頭的OIS芯片。ROHM株式會社LSI商品開發(fā)本部馬達(dá)控制LSI商品開發(fā)部控制開發(fā)科顧問關(guān)本芳宏先生認(rèn)為：“理論上支持兩個攝像頭是完全有可能的，ROHM也非常關(guān)注一些客戶的反饋，有的認(rèn)為兩個鏡頭當(dāng)中只要一個就可以了，也有一些希望兩個都使用光學(xué)防抖。從技術(shù)上來說，最好是一個芯片支持兩個光學(xué)防抖，這樣同步效果可能會更好一些，如果兩個芯片分別控制，可能同步方面還要動一些腦筋。”

ROHM株式會社LSI商品開發(fā)本部馬達(dá)控制LSI商品開發(fā)部控制開發(fā)科顧問關(guān)本芳宏

金東輝先生最后補(bǔ)充到，除了鏡頭驅(qū)動，ROHM在傳感器方面也是非常不錯的，如光學(xué)傳感器，現(xiàn)在份額非常大，主要的大廠都在用ROHM的傳感器；還有一些分立器件、無線充電，這些都是剛剛在發(fā)力，后期會跟大家分享。

現(xiàn)在，智能手機(jī)攝像頭有了長足的進(jìn)步，防抖功能、變焦功能也都陸續(xù)普及了，有逐漸覆蓋小型數(shù)碼相機(jī)功能的趨勢。特別是防抖功能，以前手機(jī)上帶有防抖功能可以說是身份的象征，現(xiàn)在發(fā)展到更加實(shí)用的考慮，為了在光線偏暗的地方，或者拍遠(yuǎn)處的物體的時候也能拍的清楚。正因?yàn)槿绱?，對光學(xué)今后的期待也是越來越高。關(guān)本芳宏先生表示：“ROHM從2008年開始研究鏡頭驅(qū)動器，2012年在日本和歐洲與一些手機(jī)巨頭合作，當(dāng)時第一次推出了搭載光學(xué)防抖功能的手機(jī)，這些手機(jī)上用的就是ROHM的鏡頭驅(qū)動器產(chǎn)品，從那以后，有更多的手機(jī)廠商搭載帶光學(xué)的防抖功能的鏡頭處理器了。ROHM充分發(fā)揮著光學(xué)防抖控制領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，就是反饋控制技術(shù)，現(xiàn)在很多客戶都在采用ROHM的搭載自動對焦反饋控制功能的鏡頭驅(qū)動器。ROHM今后也會繼續(xù)面向中國市場，推廣鏡頭驅(qū)動器產(chǎn)品，為中國智能手機(jī)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)?！?/p>

OIS光學(xué)防抖技術(shù)最早出現(xiàn)在2007年LG推出的Viewty智能手機(jī)。不過LG Viewty相機(jī)的OIS光學(xué)防抖技術(shù)更多的是依靠應(yīng)用程序來完成該功能，并非是一個完整的光學(xué)系統(tǒng)。直到2012年，諾基亞推出Lumia 920配備了卡爾蔡司認(rèn)證鏡頭以及OIS光學(xué)防抖技術(shù)，隨后一系列的Lumia手機(jī)，特別是Lumia1020，讓人們感受到OIS的強(qiáng)大的拍攝功能，特別是“夜視”和“遠(yuǎn)視”，于是大家購買手機(jī)時都開始考慮是不是具備光學(xué)防抖?，F(xiàn)在，支持OIS光學(xué)防抖技術(shù)的手機(jī)越來越多，包括國內(nèi)手機(jī)廠商在內(nèi)，各大手機(jī)廠商最新發(fā)布的幾款旗艦手機(jī)幾乎都支持OIS，相信隨著技術(shù)的發(fā)展，OIS的成本會逐漸降低，OIS技術(shù)會出現(xiàn)在更多手機(jī)中，帶給大多數(shù)手機(jī)用戶更好的拍照體驗(yàn)。