影像稳定方法比较暨安森美半导体光学影像稳定方案

如今，人们越来越多地通过智能手机、平板电脑、数码相机、摄像机乃至汽车来摄像。在摄像过程中，常常会遇到图像抖动问题。一个典型的抖动示例，就是人们控制摄像机时手颤动下出现的情形，会使影像晃动，难于观看，尤其是在将缩放功能调到完全放大时更为明显。此外，照相机及摄像机在移动情况下捕获影像时也会出现模糊。因此，设计人员需要采用恰当的影像稳定方法，来帮助在拍照及摄像时控制抖动和模糊不清，优化用户体验。

移动、消费及汽车应用中使用的影像稳定方法，目前主要有三种，包括分别是数字影像稳定(DIS)、电子影像稳定(EIS)及光学影像稳定(OIS)。DIS与EIS的主要区别就在于运动检测方法。DIS使用的是像素映射方法，如图1所示。DIS方法通过分析图片，将狗置于中间位置。也就是说，像素映射方法用软件重新调整狗的位置。

图1. 数字影像稳定(DIS)使用像素映射方法通过软件来稳定图像

相比较而言，EIS使用陀螺仪来检测相机运动并实时补偿运动，将像素及图像品质提升至最高。这两种方法都通过裁剪图像来提供运动补偿。由于EIS使用陀螺仪来感测运动，EIS感测精度极佳，但由于它仍靠裁剪图像来进行运动补偿，故图像品质下降。在图2中，您可以看到保护频带怎样用于裁剪图像以补偿抖动。

图2. 电子影像稳定(EIS)使用陀螺仪来检测相机运动并补偿

大多数应用中使用应用处理器(AP)来处理视频或信号，包括使用EIS及DIS的应用等，尤其是DIS需要较多的处理器资源来补偿抖动及运动。在视频应用中，视频压缩等同于图像品质。像DIS及EIS等方法需要裁剪图像时，图像品质便会下降，因为要不断地降低及提升所捕获图像的品质。 相比较而言，OIS方法捕获及使用了最大像素，且不需要通过保护频带来降低/提高图像品质，故提供最大化压缩并优化了图像品质。而且由于OIS提供内部补偿，故不需要任何其它的应用处理器资源。

表1. 各种影像稳定方法比较

OIS方法的其它优势

此外，独特的OIS方法还提供大幅改进的快门速度，优化曝光补偿达3级，远高于使用的其它方法。OIS方案通常由一些主要元件构成，包括确定焦距的影像传感器、补偿运动的陀螺仪及光学影像稳定等。这些元件可以组装在较小的空间中，采用某种标准设计布线。

OIS通常还集成了一个开环或闭环的自动对焦设计。开环自动对焦使用弹簧来提供抗拒镜头的拉伸力，要求持续的功率来抗拒镜头拉伸力，使其保持位置。而通过使用闭环自动对焦系统，您无需弹簧及持续的功率来维持自动对焦的镜头位置。由于知道了位置，故只需较少的功率来维持应用的对焦。在闭环自动对焦系统中，微距(macro)模式下所需的相关功率不比无限远(infinity)的多。这对每个系统要求的稳定时间也有显著影响。因为典型开环自动对焦要花时间来稳定下来，然后得继续重新调校。时间取决于使用的算法，但通常开环型自动对焦要花点时间来稳定下来。闭环自动对焦系统使用位置传感器来确定镜头位置，能够加快稳定时间以完成对焦。

安森美半导体的强固及高能效光学影像稳定方案

安森美半导体开发出一种结合这些可能选择之最佳特性的方案，即LC8981xx系列光学影像稳定控制器及驱动器，包括LC898111、LC898119及LC898122等。其中，LC898111AXB-MH是安森美半导体新推出的一款OIS方案，是目前业界最高精度的光学影像稳定控制器及驱动器，用于智能手机相机模块等应用。LC898111AXB-MH以紧凑尺寸(2.57 x 3.22 x 0.69 mm)提供领先业界的精度和低能耗工作。LC8981119尺寸则进一步减小至2.0mm X 2.0mm X 0.675mm，且提供极低能耗，现已提供样品。LC898122进一步集成闭环自动对焦，提供功能更强大的方案。

图3. 安森美半导体LC8981xx系列光学影像稳定控制及驱动器工作示意图

图3显示的是安森美半导体LC8981xx系列的工作示意图。在初始化时，这系列方案会使镜头处在中心位置。陀螺仪传感器会检测由手抖动导致的角速率扰动，而OIS控制器会补偿不稳定，方法是将角速率转换为移动距离(travel distance)并作为参考信号，而控制器在致动器的辅助下移动镜头，并使用霍耳传感器来检测移动距离以提供反馈。

以LC898111AXB-MH为例，这新器件结合了在智能手机相机模块中处理OIS所需的控制器及驱动器功能。显著提升的快门速度使曝光补偿远优于竞争的OIS方案。因此，它能够实现对相机画面抖动的精密抑制控制。此外，它还能够用于实现边走边拍情况下不可或缺的左右及上下调整功能。这IC集成的脉宽调制(PWM)驱动器的输出降低了能耗，并减轻噪声对影像品质的影响。这高集成度、已预编程IC使工程师能够将系统设计中所需的外部元件数量减至最少，因而降低总能耗及减少占用的电路板面积。