如今，智能手機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、錢包、鑰匙” 的功能正逐步被智能手機所代替。通過擺參數(shù)、曬跑分造成噱頭吸引消費者已成為過去，為抓住市場，手機廠商不斷進行手機差異化設計，近幾年手機領域出現(xiàn)了陶瓷外殼、高速充電、無線充電、雙攝像頭等新的技術，特別是手機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性能，以華為榮耀6 Plus為代表的雙攝手機逐步出現(xiàn)。手機拍照功能的發(fā)展使得卡片機逐步“失寵”，甚至很多時候不需要帶單反相機只需一部手機即可拍出畫質(zhì)好的照片。

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

ROHM半導體（上海）有限公司設計中心副所長金東輝

有了長焦并不等于就可以取得很完美的圖像，幾倍光學變焦在拍遠景時抖動非常厲害，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，曝光時間相應變短，可以有效的防止抖動，但是光學結構尺寸大；

（3）  電子防抖，基本上靠軟件處理，實現(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）  光學防抖，適用范圍廣，拍夜景、遠景效果突出，是最有前景和實際效果的技術。

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

什么是光學防抖？

光學防抖，即光學的圖像穩(wěn)定技術（OIS），是依靠特殊的鏡頭或者CCD感光元件的結構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算需要補償?shù)奈灰屏?，然后通過補償鏡片組，根據(jù)鏡頭（或透鏡）的抖動方向及位移量加以補償，從而有效克服因相機的振動產(chǎn)生的影像模糊。作為光學防抖技術，并不是讓機身不抖動，通過光軸補償，盡可能減少成像的偏移，降低抖動的影響。

相機的抖動對畫面的影響

OIS的工作原理：光軸補償

光學防抖PK電子防抖

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

光學防抖和電子防抖的區(qū)別

金東輝先生解釋：“從硬件配置看，光學防抖一定要配鏡頭驅動的馬達，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足夠強大，算法足夠好就可以。光學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。光學防抖關鍵在于幀內(nèi)補償，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，必須采用光學防抖。圖像質(zhì)量的劣化方面，光學防抖基本上是沒有損失的，電子防抖會有相當?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，就相當于關校正以后1/125s的，基本上是等價的?！痹诎倒馀臄z中，1/125s的速度進光量是遠小于1/15s的，所以在同樣的條件下，有了光學防抖之后，會看到照片更明亮，暗部細節(jié)更清楚，畫質(zhì)比采用電子防抖的手機好一些。

OIS的效果評估

ROHM高性能鏡頭驅動芯片

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補償動作則是讓馬達在XY平面移動，追蹤整個圖像。馬達的移動需要馬達驅動，ROHM的鏡頭驅動芯片提供驅動電流，多少驅動電流就能使馬達移動多少位置。

攝像頭結構以及鏡頭驅動部件

鏡頭驅動馬達分很多類，常見的有VCM（Voice Coil Motor）馬達，還有壓電馬達。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)實績。此外，ROHM也和有關廠家配合研究方案，最新出了記憶金屬馬達SMA和MEMS馬達。

ROHM鏡頭驅動芯片產(chǎn)品系列

ROHM鏡頭驅動產(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，后加了一些振鈴補償；還有BDAF中置馬達，可以更省電，這三類都屬于前饋型的馬達控制。（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馬達推動鏡頭到一定的位置，這輪的控制就結束了；而反饋型有一個Servo DSP控制，經(jīng)過各種運算，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驅動，有一個彈簧驅動，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，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?？欤梢匝杆倮卣５奈恢谩?/p>

反饋性AF控制的優(yōu)勢

金東輝先生總結道：“ROHM的OIS驅動是一個高性能的伺服系統(tǒng)控制的，經(jīng)過嚴密的仿真和現(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驅動馬達。相比線性驅動，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驅動已經(jīng)累計出貨超過了10億片，預計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，夜視下細節(jié)更為清晰。

ROHM OIS的拍攝效果展示

現(xiàn)在光學防抖技術暫時只用在比較高端的手機，今后可能會漸漸向中端手機進行普及。由各大廠家發(fā)布的旗艦手機來看，今年的重點是雙攝像頭技術。數(shù)據(jù)顯示，2017年中國智能手機出貨量大約為7億部，其中雙攝滲透率將達30%，旗艦機中雙攝滲透率將達70%。據(jù)了解，預計到2020年全球智能手機出貨量接近20億部，屆時雙攝手機將達5億臺。能極大提升手機拍照體驗的雙攝像頭已然成為旗艦手機的標準配置，可以看到，華為P9、小米5sPlus以及iPhone7 Plus等一眾機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)本部馬達控制LSI商品開發(fā)部控制開發(fā)科顧問關本芳宏先生認為：“理論上支持兩個攝像頭是完全有可能的，ROHM也非常關注一些客戶的反饋，有的認為兩個鏡頭當中只要一個就可以了，也有一些希望兩個都使用光學防抖。從技術上來說，最好是一個芯片支持兩個光學防抖，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)本部馬達控制LSI商品開發(fā)部控制開發(fā)科顧問關本芳宏

金東輝先生最后補充到，除了鏡頭驅動，ROHM在傳感器方面也是非常不錯的，如光學傳感器，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，智能手機攝像頭有了長足的進步，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)碼相機功能的趨勢。特別是防抖功能，以前手機上帶有防抖功能可以說是身份的象征，現(xiàn)在發(fā)展到更加實用的考慮，為了在光線偏暗的地方，或者拍遠處的物體的時候也能拍的清楚。正因為如此，對光學今后的期待也是越來越高。關本芳宏先生表示：“ROHM從2008年開始研究鏡頭驅動器，2012年在日本和歐洲與一些手機巨頭合作，當時第一次推出了搭載光學防抖功能的手機，這些手機上用的就是ROHM的鏡頭驅動器產(chǎn)品，從那以后，有更多的手機廠商搭載帶光學的防抖功能的鏡頭處理器了。ROHM充分發(fā)揮著光學防抖控制領域的關鍵技術，就是反饋控制技術，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動器。ROHM今后也會繼續(xù)面向中國市場，推廣鏡頭驅動器產(chǎn)品，為中國智能手機的發(fā)展做出貢獻?！?/p>

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