艾为VCM马达驱动——精准快速对焦不是梦！

作者：伯父、铁狮子

高像素、大光圈、快速对焦、光学防抖，双摄乃至多摄已经成为手机摄像头的主流趋势。越来越多的手机用户对手机拍照功能提出了更多的要求：既要拍照好看，还要对焦速度快、对焦稳定、防抖效果好。如何满足用户的拍照需求呢？本篇，艾为来为你解答！

手机模组成像原理

手机模组成像的原理是：景物通过镜头成像在CMOS图像传感器上，将光信号转换成电信号，经过模拟/数字转换后，送到图像信号处理器（ISP）进行处理，再传到中央处理器中进行处理，最终通过手机显示屏就可以看到图像，示意图如下：

在整个成像的过程中，“对焦”非常重要。

清晰照片的关键——对焦

目前自动对焦的两大技术分别为：

1.  反差对焦 (Contrast Detection Focus)

对焦的过程是通过移动镜头来使对焦区域的图像达到最清晰的过程，在这个过程中，像素传感器将会对整个场景范围进行纵深方向上的全面检测，并持续记录对比度等反差数值，找出反差最大位置后，运动到顶部的镜片则会重新回到该位置，完成最终的对焦，所以在屏幕上会看到先模糊再清晰再模糊的过程。

2.  相位对焦 (Phase Detection Focus)

相位对焦则是直接将自动对焦传感器与像素传感器直接集成在一起，即从像素传感器上拿出左右相对的成对像素点，分别对场景中的物体进行光量等信息的检测，通过比对左右两侧的相关值情况，便会迅速找出准确的对焦点，之后马达便会一次性将镜片推动到相应的位置完成对焦，由于取消了之前的检测过程，并且镜间马达需要移动的距离更短，相比反差对焦，相位对焦速度明显更快，效果也会更佳自然。

对焦系统、反差对焦、相位对焦示意图

在上图可以得知，让VCM（Voice Coil Motor）快速到达指定的对焦位置是实现正确对焦的重要因素。但由于VCM是机械装置，如果直接施予控制信号而无补偿的机制的话，将会产生震荡现象（Ringing Effect），下图所示，因此便有许多控制算法去消除Ringing Effect。

其中闭环反馈PID控制算法是一种常见的闭环控制方法。

什么是闭环控制PID呢？

PID控制 (PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元（Proportional）、积分单元（Integral）和微分单元（Derivative）组成。可以透过调整这三个单元的增益Kp, Ki, Kd，和来调定其特性。

PID控制器方块图

这个控制器把收集到的数据（下一次输出位置）和一个参考值（预计对焦位置）进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，使系统更加准确而稳定。

PID对应反应图

闭环控制是在驱动的同时引入了反馈量，控制器能够实时获取马达的实际位置，根据马达的实际位置调整输出，直到反馈值和目标值的误差为0，马达移动到我们设定的位置实现自动对焦。

闭环是持续实时控制，能够加快马达对焦速度，精确控制位移，并且能够有效抑制外界环境因素对马达产生的干扰。PID控制算法使用方便、适应性强、鲁棒性强，可以有效地减小超调，使马达能够快速达到指定位置，相比开环控制，闭环PID控制实现了马达对焦的快、稳、准。

从模组成本等方面考虑，反差对焦一般配合开环VCM驱动芯片使用。为了更高精度、更快捷地对焦，相位对焦通常要配合闭环VCM驱动芯片。

艾为芯：真“芯”对焦更清晰

无论是反差对焦，还是相位对焦，艾为芯都有相应的解决方案实现真“芯”对焦！

在艾为VCM Driver 系列产品中， AW8601CSR是一款开环中置驱动芯片，搭配艾为VRC（VCM Ring Coil）对焦算法使用就可以实现理想的反差对焦。

而针对相位对焦，艾为专门设计了AW86020这款闭环中置驱动芯片。

该芯片支持宽范围电压供电，带载能力强，支持大电流输出，高精度数模、模数转换单元，具有I²C通讯接口，支持高频通讯，内置霍尔传感器用于检测马达实时位置，节省用户成本与模组空间；具有大容量Flash存储单元，除此之外其最大的特点是内置PID控制器与数字滤波电路，可实现闭环控制，能够实现精准而快速的对焦。

除快速对焦之外，防抖也同样是拍摄清晰照片必不可少的一环。

为何要防抖？

大家手持手机拍摄照片与视频时难免会有所晃动，其抖动频率在2~10Hz范围内，抖动幅度在1°以内。传感器成像需要曝光，曝光是不可能在一瞬间完成的，在曝光期间如果摄像机发生了抖动，进而导致传感器采集的光线糅合在一起，图像就会产生重影，变得模糊不清。尤其是在夜景拍摄和长焦拍摄远处时防抖尤为重要，因为夜拍模式下曝光时间会加长，而长焦在放大时，同样的抖动，图像模糊程度会更大。

防抖技术主要包括，大像素、大镜头、数字防抖（DIS）、电子防抖（EIS）以及光学防抖（OIS），目前最为火爆的当属OIS。OIS适用范围广泛，拍夜景、远景效果突出。

OIS工作原理：借助机械结构使镜头可以移动，在成像的过程中，如果手机发生了抖动，成像的位置发生偏移，模组内部的陀螺仪传感器将检测到的抖动信号传给微处理器，经过微处理器计算出需要补偿的位移量，驱动芯片控制镜头相应的移动而改变成像的光路，使成像的位置仍然保持在原来的位置，以便于有效的防止手机抖动引起的成像模糊。

艾为拥有高性能OIS光学防抖的VCM马达驱动芯片，该款芯片支持OIS光学防抖、自动对焦，内置CPU，集成DSP与浮点运算单元，高工作频率，多通道ADC、DAC转换单元，拥有多个串行外设接口，支持宽范围电压供电，超低关断电流。

AW86006CSR，搭配艾为防抖智能算法，可为你呈现清晰稳定的高品质画面。