光學(xué)圖像穩(wěn)定原則

　　光學(xué)圖像穩(wěn)定或 OIS 是完美復(fù)制數(shù)字復(fù)制品的重要元素。如果沒(méi)有這個(gè)，捕獲靜態(tài)圖像和錄制移動(dòng)視頻將導(dǎo)致像素模糊和出現(xiàn)不需要的偽影。雖然數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、手機(jī)和平板電腦等數(shù)字捕捉設(shè)備變得越來(lái)越小，但它們對(duì)分辨率質(zhì)量和像素計(jì)數(shù)密度的需求在過(guò)去十年中呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

　　市場(chǎng)向具有高百萬(wàn)像素捕獲能力的緊湊型移動(dòng)設(shè)備的轉(zhuǎn)變產(chǎn)生了對(duì)先進(jìn)穩(wěn)定技術(shù)的需求。常見(jiàn)的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：電子圖像穩(wěn)定 （EIS） 和光學(xué)圖像穩(wěn)定 （OIS）。

　　圖1 光學(xué)圖像穩(wěn)定目標(biāo)市場(chǎng)

　　穩(wěn)定原則

　　圖像穩(wěn)定用于減少在圖像傳感器暴露于捕捉環(huán)境期間與相機(jī)的運(yùn)動(dòng)和/或晃動(dòng)相關(guān)的模糊。然而，它并不能防止由目標(biāo)拍攝對(duì)象的移動(dòng)或相機(jī)本身的極端移動(dòng)引起的運(yùn)動(dòng)模糊，只能防止用戶(hù)對(duì)相機(jī)鏡頭的相對(duì)較小的晃動(dòng)（在幾個(gè)光學(xué)角度內(nèi)）。這種相機(jī)用戶(hù)運(yùn)動(dòng)的特征在于其平移和傾斜分量，其中角度運(yùn)動(dòng)分別稱(chēng)為偏航和俯仰。相機(jī)滾動(dòng)無(wú)法補(bǔ)償，因?yàn)椤皾L動(dòng)”鏡頭實(shí)際上不會(huì)改變/補(bǔ)償滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，因此相對(duì)于圖像傳感器不會(huì)對(duì)圖像本身產(chǎn)生任何影響。

　　EIS 是一種數(shù)字圖像補(bǔ)償技術(shù)，它使用復(fù)雜的算法來(lái)比較每個(gè)變化幀的幀對(duì)比度和像素位置。圖像邊界上的像素提供運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償所需的緩沖區(qū)。EIS算法計(jì)算每幀之間的細(xì)微差異，然后使用結(jié)果插入新幀以減少運(yùn)動(dòng)感。雖然這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠創(chuàng)建廉價(jià)且緊湊的解決方案，但由于圖像縮放和圖像信號(hào)后處理偽影，終的圖像質(zhì)量總是會(huì)降低，并且需要更多的功率來(lái)進(jìn)行額外的圖像捕獲和終的圖像處理。圖像處理。EIS 系統(tǒng)在全電子變焦（長(zhǎng)視場(chǎng)）和弱光條件下也能發(fā)揮作用。

　　圖2 OIS和EIS圖像質(zhì)量比較

　　OIS 行為

　　OIS 是成像設(shè)備中使用的一種機(jī)械技術(shù)，通過(guò)控制圖像傳感器的光路來(lái)穩(wěn)定記錄圖像。緊湊型相機(jī)模塊中 OIS 的兩種主要方法是通過(guò)移動(dòng)鏡頭位置（鏡頭移位）或模塊本身（模塊傾斜）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　用戶(hù)移動(dòng)相機(jī)可能會(huì)導(dǎo)致聚焦鏡頭和圖像傳感器中心之間的光路未對(duì)準(zhǔn)。在使用鏡頭移位方法的 OIS 系統(tǒng)中，僅控制相機(jī)模塊內(nèi)的鏡頭并用于將光路重新對(duì)準(zhǔn)到圖像傳感器的中心。相比之下，模塊傾斜方法控制整個(gè)模塊的移動(dòng)，包括固定鏡頭和圖像傳感器。模塊傾斜允許 OIS 系統(tǒng)進(jìn)行更大范圍的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，的權(quán)衡是增加模塊高度。由于鏡頭和圖像傳感器之間的焦距固定，因此通過(guò)模塊傾斜也可以實(shí)現(xiàn)的圖像失真?？傮w而言，與 EIS 相比，OIS 系統(tǒng)可以在不顯著犧牲圖像質(zhì)量的情況下減少圖像模糊，特別是對(duì)于弱光和遠(yuǎn)距離圖像捕獲。

　　圖3 OIS補(bǔ)償?shù)闹饕椒?/p>

　　ROHM的OIS架構(gòu)

　　ROHM 提供兩種 OIS 控制器架構(gòu)，包括完全可編程的 ARM Cortex-M0 處理器，具有用于“陀螺儀信號(hào)處理”和“伺服控制”的定制可編程數(shù)字信號(hào)處理功能，以及 ROHM 的定制、完全可編程 RMCU 處理器，具有集成的可編程“陀螺儀信號(hào)”處理”和“伺服控制”。所有 OIS 工作存儲(chǔ)器和控制計(jì)算均在 OIS 控制器本身上執(zhí)行，無(wú)需外部主機(jī)處理器的計(jì)算能力或用于存儲(chǔ)計(jì)算變量的外部存儲(chǔ)器。這兩種產(chǎn)品均實(shí)現(xiàn)了市場(chǎng)上的芯片尺寸、少的外部元件數(shù)量和的總體安裝面積。

　　憑借在 OIS 架構(gòu)方面業(yè)界的經(jīng)驗(yàn)，ROHM 的 OIS 控制器系列可全面控制 X 軸和 Y 軸音圈電機(jī) （VCM） 驅(qū)動(dòng)器、霍爾放大器和電流驅(qū)動(dòng)器、光反射器驅(qū)動(dòng)器、I 2C 接口、PLL 振蕩器、12 位 ADC、數(shù)字陀螺儀的 SPI 主接口（以及對(duì)模擬陀螺儀的支持）以及許多其他功能。該產(chǎn)品系列還包括支持自動(dòng)對(duì)焦、中性密度濾鏡或快門(mén)功能集成驅(qū)動(dòng)器的選項(xiàng)。支持可選擇的 PWM/BTL 線性操作，以選擇改進(jìn)的 VCM 驅(qū)動(dòng)功率效率或改進(jìn)的圖像質(zhì)量。此外，由于晶圓加工和優(yōu)化的芯片架構(gòu)，ROHM 的控制器具有同類(lèi)的功耗。ROHM 專(zhuān)有的“伺服控制”和“陀螺儀信號(hào)處理”電路均采用獨(dú)特的數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)，可動(dòng)態(tài)補(bǔ)償陀螺儀和執(zhí)行器溫度漂移，同時(shí)不會(huì)消除相機(jī)用戶(hù)有意的平移和傾斜運(yùn)動(dòng)。這些控制器可以應(yīng)用于鏡頭移位、模塊傾斜或其他不太常用的控制系統(tǒng)（例如鏡頭傾斜）。還包括可定制的 OIS 控制軟件，用于自動(dòng)鏡頭控制、自動(dòng)云臺(tái)檢測(cè)以及訪問(wèn)不同的可編程拍攝模式和校準(zhǔn)設(shè)置。

　　圖 4 通用 OIS 框圖