多面體螺紋一體式超聲電機的AF應用

隨著(zhù)200萬(wàn)/300萬(wàn)像素手機的進(jìn)一步普及，在其上實(shí)現AF功能將成為手機廠(chǎng)商實(shí)現差異化競爭的新手段。AF照相手機比定焦照相手機多出了一個(gè)可以自動(dòng)調節鏡頭伸縮的微型電機，如步進(jìn)電機、音圈電機（VCM）、壓電超聲電機（USM=UltraSonic Motor）等。其中超聲電機具有低速大轉矩、體積小、重量輕、功率密度大、響應速度快、微位移、不受電磁影響等其他電機不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。多面螺紋一體式超聲電機是博立碼杰通訊（深圳）有限公司自主研發(fā)的一種旋轉式超聲電機，突破了由驅動(dòng)電機經(jīng)傳動(dòng)機構再到達鏡頭的傳統驅動(dòng)概念，引入螺紋直接驅動(dòng)概念，省去了中間的傳動(dòng)機構。該電機由粘結有壓電片的多邊形金屬螺母定子和帶有外螺紋的轉子組成，其中金屬螺母外壁加工成多個(gè)平面（其橫截面可以為6，8，9，12等正多邊形），內壁加工出內螺紋；轉子為一具有外螺紋的圓柱、圓筒或鏡頭，定子與轉子通過(guò)螺紋相嚙合。

多面體螺紋一體式超聲電機的定子高度小，非常適用于手機模組中以適應手機的超薄趨勢。本文基于多面體螺紋一體式超聲電機的AF算法為：首先進(jìn)行第一次粗略的調焦定位，其焦距的調整步距較大，之后進(jìn)行第二次精確的調焦定位，焦距調整步距較小。實(shí)驗證明這種算法可以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)的需要,在精度方面相對于常規的焦距預制方法有更大的靈活性。

圖像清晰度評價(jià)

清晰度函數是描述攝像頭對圖像清晰度評價(jià)的函數，鏡頭所在的位置不同，獲得的圖像清晰度也不同。自動(dòng)聚焦意味著(zhù)系統自動(dòng)將鏡頭調整到最佳聚焦位置即清晰度函數最大值位置。

評價(jià)圖像清晰度的函數大致分為兩類(lèi)，即空域法和頻域法?？沼蚍ㄖ饕幸韵聨追N：

1、基于圖像統計的方法，如灰度熵法，灰度方差法和直方圖法等；

2、基于圖像邊緣檢測的方法，如Laplacian算子法和Sobel算子法等。頻域法即基于變換域的方法，如快速Fourier算法等。以上圖像的清晰度曲線(xiàn)圖均具有單峰特性。即存在一個(gè)唯一的焦距位置使圖像的清晰度函數值最大。各種方法在計算速度和對圖像清晰度的敏感程度上各不相同，而且對具體的圖像也有不同的敏感性。故在選擇清晰度函數時(shí)必須根據具體要求選擇函數，本算法采用頻域法分析圖像的高低頻分量評價(jià)圖像清晰度。

由于采樣、量化、傳輸以及圖像采集過(guò)程中的擾動(dòng)會(huì )對圖像產(chǎn)生噪聲的影響，而最終影響到調焦的效果，在計算圖像清晰度前會(huì )對圖像做相應的濾波處理，這樣能提高自動(dòng)調焦的可靠性。

搜索算法

搜索算法是根據清晰度函數曲線(xiàn)的單峰特性，采用對鏡頭所處相鄰位置處的兩幅圖像清晰度進(jìn)行比較，逐步逼近的自動(dòng)調焦方式，將鏡頭向清晰度函數增大的方向調整，直至清晰度最大。由于噪聲的影響,清晰度函數受到噪聲的干憂(yōu)而呈現非單峰。本文一方面采取BolyRAW圖像處理算法，另一方面改進(jìn)搜索算法和電機控制方法，已在實(shí)用中克服清晰度函數受噪聲干擾這一難題。

多面體螺紋一體式超聲電機的AF算法

在多面體螺紋一體式超聲電機應用在自動(dòng)對焦中，博立碼杰采用賴(lài)以成名的BolyRAW圖像處理算法，通過(guò)對感光芯片的反饋信號進(jìn)行圖像清晰度計算，實(shí)時(shí)控制電機的運動(dòng)以達到對焦的目的。具體算法如下：首先將鏡頭通過(guò)向遠焦位置復位或采用一步試探法確定USM電機轉向，確定搜索方向后，第一次粗略調焦定位采用較大的步距驅動(dòng)USM電機，其步距設置為旋轉60~75度最佳，圖像將逐漸變清晰，直到圖像的清晰度開(kāi)始減小，即圖1中所示M—N—P2—P—P1，這樣完成了第一次粗略搜索。此時(shí)取圖像，將其清晰度與變化前的一幀圖像清晰度作比較，判斷細調驅動(dòng)電機方向。接著(zhù)采用較?。榇终{步距的1/3-1/2）的步距對鏡頭的位置進(jìn)行細調，圖像將再次逐漸變清晰，當圖像的清晰度開(kāi)始減小后再反向驅動(dòng)一小步，結束第二次搜索，找到最大值即圖中所示P1—P—P2—P。完成整個(gè)調焦過(guò)程大約需要10步，焦距的調節精度由步距決定，改變其大小可改變調節的速度和精度，步距愈小，定位的精度越高,速度越慢。

圖1 調焦搜索過(guò)程

圖2 本文AF算法效果圖

圖3 某品牌手機對焦效果圖