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模拟开关在智能手机变焦上的应用

时间:2022-07-29 11:26来源:未知 作者:admin 点击:
(文章来源:百家号) 随着智能手机的迅猛发展,手机的拍照功能似乎已经成为各大手机厂商的竞争热点和营销点。 究其原因,除了日常的语音、扫码等功能应用,最大原因就在于很

(文章来源:百家号)

随着智能手机的迅猛发展,手机的拍照功能似乎已经成为各大手机厂商的竞争热点和营销点。

究其原因,除了日常的语音、扫码等功能应用,最大原因就在于很多手机用户都习惯性用手机相机来记录生活。依托于小体积属性和网络平台,手机拍照的便利性是专业相机无法比拟的。旗舰级手机的主摄像头现在已经有了非常不错的拍摄效果,但比之专业相机,还有很大的差距。其原因就在于微型摄像头模组体积有限,以现有技术,几乎无法实现光圈和焦距的物理变化。

这些年,来自全球的智能手机厂商在拍照这方面投入了很大的精力,取得了很多不错的创新成果,抛开一些花边的玩法,其实这些创新都在往一个方向努力:无限缩减智能手机拍照和单反的差距(尽管还有很长路要走)。

实现这三个小目标,目前主要的解决方案分别是传感器+拍照算法、AI抠图算法、摄像头。这三个小目标中,前两个已经基本满足普通手机用户的拍照需求,唯有变焦,其实还有一些距离。说起变焦,其实这也是智能手机拍照长期存在的老大难问题了。变焦分为光学变焦和数码变焦两种。

模拟开关在智能手机变焦上的应用

光学变焦就是依靠光学镜头结构来实现变焦,即通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物,它是在通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。镜头焦距越长,景物的成像也越大,换言之就是能拍到更远的景物,即能实现更大倍数的变焦,自然,它就需要镜头内部镜片和感光器件移动空间更大。所以,实现变焦的倍数越大,镜头的体积也越大,在智能手机上装上很大的镜头,这很困难,所以手机上基本不采用光学变焦。

在智能手机上,普遍采用的是数码变焦,名为"变焦",但焦距实际上并没有发生改变,它是通过手机内的处理器,增大原画面两个像素之间的距离,然后再根据对已有像素周边的色彩进行判断,把传感器上的一部份像素使用"插值"算法放大到整个画面。这种手法就如同用图像处理软件把图片的面积改大,是对像素进行有损裁剪为代价的,尽管数码变焦会利用插值等方式来改善成像质量,但图像色彩和质量却大大下降。因此,数码变焦在照片细节上和光学变焦的差距很大,尤其是对于远距离拍摄,这一劣势会非常突出。

而双摄甚至多摄手机的出现,为智能手机的变焦带来了新的方向,也是目前主流的变焦方案。这种方案说白了就是采用不同焦距的摄像头,当变焦达到该焦段时,切换摄像头,其他过程仍以数码变焦来代替。这是一个混合的变焦方案,并不是真正意义上的光学变焦,优缺点都很明显,优点是达到固定的变焦倍数时,确实也是无损的;缺点嘛,除了固定倍数,其他仍然是有损的。

虽然从定义上,双/多定焦摄像头实现“光学变焦”本质上并不是光学变焦,但是从结果上达到了输出与光学变焦相同场景的效果。而局限于手机的特征,未来中短期内智能手机光学变焦仍将在双/多摄“光学变焦”上做创新。为了输出更高倍数的无损照片,未来势必会加入焦距更长的长焦摄像头,再通过算法实现与光学变焦素质相等的变焦。

如前所述,手机变焦时需要在几个摄像头中切换,实现焦距从超广角到长焦的覆盖,满足用户一机走天下的要求。这其中摄像头的切换需要由MIPI开关来完成。一般手机平台的CSI(Camera Serial Interface)接口有限,不可能给每个摄像头都分配CSI接口,通过MIPI开关可以共享平台的CSI接口。

在摄像头和AP图像信号处理单元(ISP)之间的传输线互连结构(TLIS)中,插入的模拟开关可被视为一个媒体信道,作为传输线互连结构的一部分。作为传输线互连结构的一种实现----印刷电路板(PCB),是高速数据传输完整性设计中更重要、更困难的环节,需要尽量减少不连续点,从而实现阻抗匹配。

若传输线互连结构被允许的最大衰减为-6dB,如果使用3.0GHz带宽的开关,那么在3.0GHz的频率下,MIPI开关的衰减为-3dB,则传输线互连结构剩余部分允许的最大衰减仅为-3dB。但是如果使用4.5GHz带宽的开关AW35646,同样在3GHz的频率下,MIPI开关的衰减仅为-2dB,则传输线互连结构剩余部分允许的最大衰减为-4dB,为PCB的高速传输设计留下足够的余量,满足整个通道信号完整性的需要。

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