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涂仲轩:推动MEMS 传感器的新一代电子光学混合防抖

来源:互联网    作者:      2023年03月31日 15:28

导语:

作者:向恒

随着人们对智能手机各种功能要求的不断提升,对手机的成像要求更是与日俱增。手机各个硬件的提升都离不开MEMS 技术的发展,MEMS 技术是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术,拥有这项技术的专家在行业内的地位更是不可或缺。

拥有上海交通大学计算机科学技术学士与硕士学历的涂仲轩,目前在知名手机品牌担任专家算法工程师,带领团队一起进行稳像技术的研究开发。在过去的20年中,涂仲轩担任的角色主要是为各种消费和工业领域推广先进的半导体及材料解决方案。在智能手机蓬勃发展之前,他就用技术加强与各个行业头部公司进行密切的合作,将无与伦比的用户体验技术带给客户。

在研发稳像技术的过程中,涂仲轩和团队深入研究了MEMS陀螺仪在OIS(光学稳像)和EIS(电子稳像)中的应用,并创新提出了二者融合的观点。接下来笔者将带领大家逐步了解这种光学-电子稳像技术的创新融合,会给我们未来的日常拍摄带来怎样的影响。

一、什么是“EIS”、“OIS”?

涂仲轩和团队发明新一代电子光学混合防抖技术并不是一时的想法,而是在经过了详细的技术研究后得出的结论:当前市场上主要有两种图像稳定解决方案:1. OIS光学图像稳定,带OIS的设备往往内置MEMS陀螺仪,该传感器可以感知当前抖动的角速度。通过运用MEMS陀螺仪传感器感知每一时刻相机的角度,然后相应的用机械部把影像传感器上投影的视场角调整到与前帧相对一致的角度上,那么纵使是在暗光环境下进行拍摄,在连续长时间曝光后的影像依然会呈现出清晰画面。2. EIS电子图像稳定,通过运用MEMS陀螺仪传感器的积分,在相机摇晃时精确获知每一帧拍摄者的实际拍摄角度,在考虑到裁剪边框不出界的前提下,选择每一帧的前后帧稳定的视角进行裁切。这样一来,就能使观看者在视觉暂留的客观规律下觉察到最小的变化,观看体验大大提升。

任何技术随着人们需求标准的提升,都会暴露出以前未注意到的缺点,同时也拥有了更多的提升可能性,稳像技术也不例外。涂仲轩作为专家算法工程师,目光长远地看到了OIS和EIS的本质缺陷,即OIS受到其机械部的设计所限,一般不会拥有超过±1.5°的角动保护,这使得其视频稳像能力不足,在边缘(如四角处)残留着强烈的呼吸效应。这两点注定了OIS主要为拍摄照片服务,而针对视频防抖无法做太多的优化。涂仲轩经过研究还发现,EIS在拍摄视频过程中,为了保持画面的稳定牺牲了部分视角,也不能像OIS 一样能够减少运动模糊。至此,涂仲轩对EIS和OIS的优点与缺点都知根知底了,接下来便是研究是否有一种电子光学混合防抖技术,能够打破之前的缺点,而合并两者优点。

二、涂仲轩和团队研发的融合式稳像算法技术

经过涂仲轩和团队的钻研,他们发现虽然EIS的增稳需要牺牲一部分视角,而这些牺牲的比例一般是预先设定的,不会因为拍摄场景的运动剧烈强度而变化。但是如果一组镜头模组同时拥有OIS光学防抖,感知到相机的角度变化之后,做出朝着抖动趋势相反的方向去调整,在固定的视场角以外通过平移光轴提供额外的边缘视角,那么这种额外的画面是可以被EIS运用的。

涂仲轩和团队提出的这种创新结合在视频稳像技术领域是重大突破,这本身打破了EIS的单映模型。总的来说,这种融合技术是在OIS光学防抖基础上配合EIS电子防抖,来获得更加完美的图像。为了配合EIS的算法,必须确切的知道OIS到底引动了多少位移,因此涂仲轩和他带领的团队必须严格的在时间轴上将OIS的位置信息(HALL)与系统时间同步起来。通过各种状态寄存器、辅助生长计时器等前沿算法软件技术,再加上涂仲轩多年的经验,一套融合系统就具备了落地的能力。

三、展望

涂仲轩和团队研发的融合式的EIS+OIS 已经成为业内的一种发展方向。这一创新案例还会激励同行业更多融合方向的产生,如MEMS陀螺仪和加速度计融合,能够获得5轴的稳像技术;再和TOF距离传感器融合,又能够获得包括Z轴的6轴稳像技术。在短视频大行其道的今天,世界各地的消费者对手机摄像功能有了更高的需求,更快、更清晰、功能更多的手机更容易受到消费者的青睐。在需求攀升的背景下,我们更需要像涂仲轩这样团队,为我们今后每个人的轻松拍摄做出不懈努力。


(文章为作者独立观点,不代表艾瑞网立场)
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