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如今，人們越來越多地通過智能手機、平板電腦、數碼相機、攝像機乃至汽車來攝像。在攝像過程中，常常會遇到圖像抖動問題。一個典型的抖動示例，就是人們控制攝像機時手顫動下出現的情形，會使影像晃動，難于觀看，尤其是在將縮放功能調到完全放大時更為明顯。此外，照相機及攝像機在移動情況下捕獲影像時也會出現模糊。因此，設計人員需要采用恰當的影像穩定方法，來幫助在拍照及攝像時控制抖動和模糊不清，優化用戶體驗。 移動、消費及汽車應用中使用的影像穩定方法，目前主要有三種，包括分別是數字影像穩定(DIS)、電子影像穩定(EIS)及光學影像穩定(OIS)。DIS與EIS的主要區別就在于運動檢測方法。DIS使用的是像素映射方法，如圖1所示。DIS方法通過分析圖片，將狗置于中間位置。也就是說，像素映射方法用軟件重新調整狗的位置。 
圖1. 數字影像穩定(DIS)使用像素映射方法通過軟件來穩定圖像。 相比較而言，EIS使用陀螺儀來檢測相機運動并實時補償運動，將像素及圖像品質提升至最高。這兩種方法都通過裁剪圖像來提供運動補償。由于EIS使用陀螺儀來感測運動，EIS感測精度極佳，但由于它仍靠裁剪圖像來進行運動補償，故圖像品質下降。在圖2中，您可以看到保護頻帶怎樣用于裁剪圖像以補償抖動。
圖2. 電子影像穩定(EIS)使用陀螺儀來檢測相機運動并補償。 大多數應用中使用應用處理器(AP)來處理視頻或信號，包括使用EIS及DIS的應用等，尤其是DIS需要較多的處理器資源來補償抖動及運動。在視頻應用中，視頻壓縮等同于圖像品質。像DIS及EIS等方法需要裁剪圖像時，圖像品質便會下降，因為要不斷地降低及提升所捕獲圖像的品質。 相比較而言，OIS方法捕獲及使用了最大像素，且不需要通過保護頻帶來降低/提高圖像品質，故提供最大化壓縮并優化了圖像品質。而且由于OIS提供內部補償，故不需要任何其它的應用處理器資源。 表1. 各種影像穩定方法比較。
OIS方法的其它優勢 此外，獨特的OIS方法還提供大幅改進的快門速度，優化曝光補償達3級，遠高于使用的其它方法。OIS方案通常由一些主要元件構成，包括確定焦距的影像傳感器、補償運動的陀螺儀及光學影像穩定等。這些元件可以組裝在較小的空間中，采用某種標準設計布線。 OIS通常還集成了一個開環或閉環的自動對焦設計。開環自動對焦使用彈簧來提供抗拒鏡頭的拉伸力，要求持續的功率來抗拒鏡頭拉伸力，使其保持位置。而通過使用閉環自動對焦系統，您無需彈簧及持續的功率來維持自動對焦的鏡頭位置。由于知道了位置，故只需較少的功率來維持應用的對焦。在閉環自動對焦系統中，微距(macro)模式下所需的相關功率不比無限遠(infinity)的多。這對每個系統要求的穩定時間也有顯著影響。因為典型開環自動對焦要花時間來穩定下來，然后得繼續重新調校。時間取決于使用的算法，但通常開環型自動對焦要花點時間來穩定下來。閉環自動對焦系統使用位置傳感器來確定鏡頭位置，能夠加快穩定時間以完成對焦。 安森美半導體的強固及高能效光學影像穩定方案 安森美半導體開發出一種結合這些可能選擇之最佳特性的方案，即LC8981xx系列光學影像穩定控制器及驅動器，包括LC898111、LC898119及LC898122等。其中，LC898111AXB-MH是安森美半導體新推出的一款OIS方案，是目前業界最高精度的光學影像穩定控制器及驅動器，用于智能手機相機模塊等應用。LC898111AXB-MH以緊湊尺寸(2.57 x 3.22 x 0.69 mm)提供領先業界的精度和低能耗工作。LC8981119尺寸則進一步減小至2.0mm X 2.0mm X 0.675mm，且提供極低能耗，現已提供樣品。LC898122進一步集成閉環自動對焦，提供功能更強大的方案。
圖3. 安森美半導體LC8981xx系列光學影像穩定控制及驅動器工作示意圖。 圖3顯示的是安森美半導體LC8981xx系列的工作示意圖。在初始化時，這系列方案會使鏡頭處在中心位置。陀螺儀傳感器會檢測由手抖動導致的角速率擾動，而OIS控制器會補償不穩定，方法是將角速率轉換為移動距離(travel distance)并作為參考信號，而控制器在致動器的輔助下移動鏡頭，并使用霍耳傳感器來檢測移動距離以提供反饋。 以LC898111AXB-MH為例，這新器件結合了在智能手機相機模塊中處理OIS所需的控制器及驅動器功能。顯著提升的快門速度使曝光補償遠優于競爭的OIS方案。因此，它能夠實現對相機畫面抖動的精密抑制控制。此外，它還能夠用于實現邊走邊拍情況下不可或缺的左右及上下調整功能。這IC集成的脈寬調制(PWM)驅動器的輸出降低了能耗，并減輕噪聲對影像品質的影響。這高集成度、已預編程IC使工程師能夠將系統設計中所需的外部元件數量減至最少，因而降低總能耗及減少占用的電路板面積。
圖4. LC898111AXB-MH框圖。 LC898111AXB-MH內置多種數字及模擬音頻處理機制，包括雙通道位置感測電路、陀螺濾波器接口電路及鏡頭伺服電路。位置感測電路包含霍爾放大器電路、恒流數字模擬轉換器(DAC)、增益控制運算放大器及用于各個通道的12位模擬數字轉換器(ADC)。陀螺濾波器接口電路完全兼容于模擬及數字信號。陀螺濾波器接口及鏡頭伺服電路可通過I2C及SPI總線接口來調節，當連接不同陀螺及致動器時能夠提供各種相應配置。因此，這器件能涵蓋更寬的抖動頻率范圍，并因而提供更大的影像穩定角。 安森美半導體基于LC898111AXB-MH構建了演示裝置。對比測試顯示，在啟用了安森美半導體OIS方案的情況下，影像變得更穩定及平滑，且不會影響影像品質。(詳見演示視頻) 總結： 移動及消費等應用需要有效的影像穩定方案以控制抖動和模糊不清，從而優化用戶體驗。安森美半導體的LC8981xx系列光學影像穩定方案以極小尺寸提供優于數字影像穩定及電子影像穩定的性能，并提供極低能耗，非常適合于智能手機、平板電腦、攝像機等應用。 供稿：安森美半導體 參考資料： 1. 光學影像穩定、自動對焦和觸覺方案小冊子(BRD8085)，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/BRD8085-D.PDF，安森美半導體 2. LC898111產品數據表，www.onsemi.cn/pub_link/Collateral/ENA2189-D.PDF， 安森美半導體 3. 《用于移動、消費及汽車應用的圖像穩定方案》視頻培訓教程，v.youku.com/v_show/id_XNjM3MzMxOTUy.html，安森美半導體 |
