涂仲軒：推動MEMS 傳感器的新一代電子光學混合防抖

　　隨著人們對智能手機各種功能要求的不斷提升，對手機的成像要求更是與日俱增。手機各個硬件的提升都離不開MEMS 技術(shù)的發(fā)展，MEMS 技術(shù)是將微電子技術(shù)與機械工程融合到一起的一種工業(yè)技術(shù)，擁有這項技術(shù)的專家在行業(yè)內(nèi)的地位更是不可或缺。

　　擁有上海交通大學計算機科學技術(shù)學士與碩士學歷的涂仲軒，目前在知名手機品牌擔任專家算法工程師，帶領(lǐng)團隊一起進行穩(wěn)像技術(shù)的研究開發(fā)。在過去的20年中，涂仲軒擔任的角色主要是為各種消費和工業(yè)領(lǐng)域推廣先進的半導(dǎo)體及材料解決方案。在智能手機蓬勃發(fā)展之前，他就用技術(shù)加強與各個行業(yè)頭部公司進行密切的合作，將無與倫比的用戶體驗技術(shù)帶給客戶。

　　在研發(fā)穩(wěn)像技術(shù)的過程中，涂仲軒和團隊深入研究了MEMS陀螺儀在OIS(光學穩(wěn)像)和EIS(電子穩(wěn)像)中的應(yīng)用，并創(chuàng)新提出了二者融合的觀點。接下來筆者將帶領(lǐng)大家逐步了解這種光學-電子穩(wěn)像技術(shù)的創(chuàng)新融合，會給我們未來的日常拍攝帶來怎樣的影響。

　　一、什么是“EIS”、“OIS”?

　　涂仲軒和團隊發(fā)明新一代電子光學混合防抖技術(shù)并不是一時的想法，而是在經(jīng)過了詳細的技術(shù)研究后得出的結(jié)論：當前市場上主要有兩種圖像穩(wěn)定解決方案：1. OIS光學圖像穩(wěn)定，帶OIS的設(shè)備往往內(nèi)置MEMS陀螺儀，該傳感器可以感知當前抖動的角速度。通過運用MEMS陀螺儀傳感器感知每一時刻相機的角度，然后相應(yīng)的用機械部把影像傳感器上投影的視場角調(diào)整到與前幀相對一致的角度上，那么縱使是在暗光環(huán)境下進行拍攝，在連續(xù)長時間曝光后的影像依然會呈現(xiàn)出清晰畫面。2. EIS電子圖像穩(wěn)定，通過運用MEMS陀螺儀傳感器的積分，在相機搖晃時精確獲知每一幀拍攝者的實際拍攝角度，在考慮到裁剪邊框不出界的前提下，選擇每一幀的前后幀穩(wěn)定的視角進行裁切。這樣一來，就能使觀看者在視覺暫留的客觀規(guī)律下覺察到最小的變化，觀看體驗大大提升。

　　任何技術(shù)隨著人們需求標準的提升，都會暴露出以前未注意到的缺點，同時也擁有了更多的提升可能性，穩(wěn)像技術(shù)也不例外。涂仲軒作為專家算法工程師，目光長遠地看到了OIS和EIS的本質(zhì)缺陷，即OIS受到其機械部的設(shè)計所限，一般不會擁有超過±1.5°的角動保護，這使得其視頻穩(wěn)像能力不足，在邊緣(如四角處)殘留著強烈的呼吸效應(yīng)。這兩點注定了OIS主要為拍攝照片服務(wù)，而針對視頻防抖無法做太多的優(yōu)化。涂仲軒經(jīng)過研究還發(fā)現(xiàn)，EIS在拍攝視頻過程中，為了保持畫面的穩(wěn)定犧牲了部分視角，也不能像OIS 一樣能夠減少運動模糊。至此，涂仲軒對EIS和OIS的優(yōu)點與缺點都知根知底了，接下來便是研究是否有一種電子光學混合防抖技術(shù)，能夠打破之前的缺點，而合并兩者優(yōu)點。

　　二、涂仲軒和團隊研發(fā)的融合式穩(wěn)像算法技術(shù)

　　經(jīng)過涂仲軒和團隊的鉆研，他們發(fā)現(xiàn)雖然EIS的增穩(wěn)需要犧牲一部分視角，而這些犧牲的比例一般是預(yù)先設(shè)定的，不會因為拍攝場景的運動劇烈強度而變化。但是如果一組鏡頭模組同時擁有OIS光學防抖，感知到相機的角度變化之后，做出朝著抖動趨勢相反的方向去調(diào)整，在固定的視場角以外通過平移光軸提供額外的邊緣視角，那么這種額外的畫面是可以被EIS運用的。

　　涂仲軒和團隊提出的這種創(chuàng)新結(jié)合在視頻穩(wěn)像技術(shù)領(lǐng)域是重大突破，這本身打破了EIS的單映模型。總的來說，這種融合技術(shù)是在OIS光學防抖基礎(chǔ)上配合EIS電子防抖，來獲得更加完美的圖像。為了配合EIS的算法，必須確切的知道OIS到底引動了多少位移，因此涂仲軒和他帶領(lǐng)的團隊必須嚴格的在時間軸上將OIS的位置信息(HALL)與系統(tǒng)時間同步起來。通過各種狀態(tài)寄存器、輔助生長計時器等前沿算法軟件技術(shù)，再加上涂仲軒多年的經(jīng)驗，一套融合系統(tǒng)就具備了落地的能力。

　　三、展望

　　涂仲軒和團隊研發(fā)的融合式的EIS+OIS 已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的一種發(fā)展方向。這一創(chuàng)新案例還會激勵同行業(yè)更多融合方向的產(chǎn)生，如MEMS陀螺儀和加速度計融合，能夠獲得5軸的穩(wěn)像技術(shù);再和TOF距離傳感器融合，又能夠獲得包括Z軸的6軸穩(wěn)像技術(shù)。在短視頻大行其道的今天，世界各地的消費者對手機攝像功能有了更高的需求，更快、更清晰、功能更多的手機更容易受到消費者的青睞。在需求攀升的背景下，我們更需要像涂仲軒這樣團隊，為我們今后每個人的輕松拍攝做出不懈努力。(作者：向恒)