防抖摄像头的原理

                                     防抖摄像头的工作原理及应用

  防抖摄像头主要应用用一些运动场景，防止拍摄出来的影像有虚幻的情况。目前在技术上防抖分为机械防抖和光学防抖2类。机械防抖是通过机械的方式减少镜头抖动过程中产生的虚幻影像，而光学防抖是通过电子的或软件上的算法补偿来纠正抖动时候产生的虚幻影像

     本文主要介绍光学防抖，机械防抖将另行介绍

Optical Image Stabilization OIS 光学影像防抖

在摄影行业内，有个“安全快门”的概念，即最大快门时间小于=1/等效焦距（秒）。例如iPhone 7 Plus，等效焦距为31mm，其安全快门就是1/31s。但为了保证夜间成像质量，无光学防抖的iPhone快门被定在了1/17s，大于安全快门，于是在夜拍时只能依靠电子防抖补偿，很容易发生抖动。

而有了光学防抖，通过镜头的浮动透镜来纠正“光轴偏移”，其原理是通过镜头内的陀螺仪侦测到微小的移动，然后将信号传至微处理器，处理器立即计算需要补偿的位移量，然后通过补偿镜片组，根据镜头的抖动方向及位移量加以补偿；从而有效的克服因相机的振动产生的影像模糊。

借助于这项技术，可以有效抵消“手抖”带来的影响。因此，厂商可以延长“安全快门”的时间，例如苹果、三星都将快门拉长至1/4s，保证了夜晚拍照的明亮与成片率。

当然光学防抖的加入也会带来一些副作用，一方面是画面边缘的解析力下降较大，另一方面浮动镜组占用的空间更大，所以很多搭载OIS的手机摄像头“凸起”都十分感人。

OIS模组控制

光学防抖的基本原理：

当陀螺仪受外界振动时，将振动信号反馈给OIS控制驱动OIS马达进行X&Y的相应补偿，由此将抖动造成的图像偏移抵消掉，保证相机在抖动环境中依然可以保持成像稳定。

1） 陀螺仪

作用：感应抖动

应用：将抖动导致的倾斜角度测出，系统会根据该角度预测出倾斜导致的图像偏移量。

2） OIS driver IC

作用：计算补偿角度，指挥音圈马达调整镜头角度

应用：将陀螺仪震动导致的倾斜角度信息转化变为电信号控制X,Y轴的补偿，使成像稳定。

 

3） Hall sensor（霍尔传感器）

作用：电磁感应

应用：将镜头所在的位置信息反馈回OIS驱动IC，形成闭环控制以使镜头准确移动到所需要的位置。

4） 霍尔效应

在半导体薄片的两端通以控制电流I，并在垂直与半导体薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的均匀磁场，则在垂直于电流方向或者磁场的方向，产生电势差UH，这个电压叫做霍尔电压，这种效应叫做霍尔效应。

OIS校正流程

OIS的校正流程分为：

OIS测试流程为Hall calibration，OIS calibration，OIS verify 三个步骤

Electrical Image stabilization EIS 电子影像防抖

细心的你也许会发现，排名第一的谷歌Pixel手机并没有搭载OIS光学防抖技术，那么这些手机靠什么来防抖呢？

靠EIS图像优选，这是一个在OPPO R9s炒起来的新名词，后被小米Note2发扬光大，虽然英文名听起来高大上，其实翻译过来就是电子防抖。

依靠软件算法实现防抖的电子防抖历来就有，最早被应用于电子相机的录像模式之中：通过对画面周围四边进行一定程度的裁切作为“缓冲带”，对图像的抖动进行相应的反向补偿。

而到了相机成像方面，借助手机多帧合成成像算法的成熟运用，如今可以利用图像序列中帧与帧之间的相关性，通过软件算法对抖动的像素进行替换补偿。而像Pixel这样的旗舰机，则可以借助陀螺仪的的运动，对手机抖动引起的图像序列抖动进行估计与补偿算法。

也就是说EIS是通过裁剪画面来实现。一般取感光芯片中心位置的部分画面进行出图，当手机抖动时，再再感光芯片上调整裁剪位置，进行画面补偿，实现画面稳定。

AIS 防抖

AIS防抖是在传统的防抖算法中融合了AI算法，整合了EIS和OIS防抖的优点，通过AI算法对镜头运动进行估计，得到了更加平滑和准确的位置，从而实现更好的视频稳像效果。

AIS是数码防抖，cpu配合手机的加速传感器和方向传感器同时工作，分析拍照的时候手机的抖动、手机在手中移动方向、速度后，计算出画面抖动的程度，在图像处理引擎矫正后再生成jpg文件实现防抖效果。AIS非常考验CPU的处理能力，而普通手机CPU没有这个能力