Von industriellen Tests bis hin zum abgelegenen Gesundheitswesen wird der Präzisionsfokus der Millisekundenebene auf die dreifache Zusammenarbeit zwischen Optik, Elektronik und Algorithmen angetrieben.
Wenn wir eine Videokonferenz starten oder ein Dokument mit unserem Telefon scannen, kann die USB -Kamera sofort ein klares Bild präsentieren, das auf die Verwendung der Autofokus -Technologie zurückzuführen ist. Diese scheinbar einfache Funktion ist tatsächlich eine genaue Zusammenarbeit mit optischen Design, elektronischer Kontrolle und Algorithmusentscheidung. Von herkömmlichen, von Stepper Motor angetriebenen Objektivmodulen bis hin zu revolutionären flüssigen Objektiven und der Migration der Mobiltelefonkamera -Technologie in USB -Kameras hat die AutoFocus -Technologie mehrere technologische Wege entwickelt, um den Anforderungen verschiedener Szenarien gerecht zu werden.

1, das Kernprinzip des Autofokus: eine geschlossene Schleife aus Optik, Bewertung und Ausführung

Die Kernaufgabe des Autofokus besteht darin, das einfallende Licht auf das photosensitive Element genau zu fokussieren, indem der Abstand zwischen der Linse und dem Bildsensor angepasst wird.
Die Verwirklichung dieses Ziels durch USB -Kameras beruht auf der kollaborativen Arbeit von drei Hauptmodulen:

Optisches Erwerbssystem: Der Bildesensor für Objektiv, Filter und CMOS (wie das 12 -Megapixel -OIS12M -Modul) sind dafür verantwortlich, Rohlicht zu erfassen und in elektrische Signale umzuwandeln. Wenn Licht durch die Linse gebrochen wird, bildet es Interferenzmuster am Bildgebungssensor, und der Phasendifferenz (PD -Wert) dieser Interferenzmuster kann verwendet werden, um die Position des Schwerpunktpunkts zu berechnen.

Klarheitsbewertungssystem:Nach dem Erhalten von Bilddaten über eine USB -Schnittstelle verwendet der Computer die Fast Fourier -Transformation (FFT) oder Differentialoperationen, um Spektralamplituden- oder Kantenschärfungsdaten zu berechnen - diese werden als Bildklarheitsbewertungsfunktionen (FV) bezeichnet. Der FV -Wert wird durch die Analyse des Bildkontrasts erhalten, wodurch der Graustufenunterschied zwischen benachbarten Pixeln im Wesentlichen berechnet wird. Je größer der Unterschied ist, desto klarer das Bild.

Ausführungsmechanismus: Gemäß den Anweisungen des Entscheidungssystems bewegt das Antriebsgerät (Schrittmotor/VCM-Motor/Flüssigkeitsobjektiv) die Linsenposition. Zum Beispiel fährt ein Schrittmotor die Linse mit einer Genauigkeit von bis zu Mikrometern nach vorne und rückwärts. VCM -Sprachspulenmotoren beruhen auf das Prinzip der elektromagnetischen Induktion, um eine präzise Verschiebung zu erreichen. Der gesamte Kontrollprozess mit geschlossenem Schleifen kann zusammengefasst werden als: Aufnehmen von Bildern → Klarheit berechnen → Anpassen der Linse → Überprüfung des Effekts → Sperren des Fokus. Wenn das System Defokusion erkennt, wird dieser Vorgang sofort ausgelöst, um sicherzustellen, dass das Bild in Klarheit wiederhergestellt wird.

2, technologischer Implementierungspfad: Von herkömmlichen Zahnrädern bis zur Flüssigkeitsrevolution
(1). Traditionelles mechanisches Antriebsschema: Aufstieg und Fall von Steppermotoren
Frühe USB -Kameras verwendeten üblicherweise eine Kombination aus Schrittmotoren und Getriebegetriebe. Der von der Zhejiang University entwickelte Prototyp verwendet den OV7620 -Sensorchip. Nachdem der Computer die Defokussion erkannt hat, sendet er ein Impulssignal an den Motorantriebskreis (z. B. den PIC16C73A -Chip) über die USB -Schnittstelle. Der Motor dreht jedes Mal einen festen Winkel (z. B. 1,8 °), wenn er einen Impuls erhält, und die Rotationsbewegung wird durch Wurmantrieb oder Gewindeantrieb in eine lineare Verschiebung der Linse umgewandelt.

Der Vorteil liegt in seiner einfachen Struktur und niedrigen Kosten, aber es gibt offensichtliche Nachteile: begrenzte Lebensdauer aufgrund mechanischer Verschleiß (normalerweise Hunderttausende von Fokussierzyklen), langsamer Fokussierungsgeschwindigkeit (für 100-500 Millisekunden), schwacher Einflussfestigkeit und leichtes Versagen in mobilen Geräten.

(2). Revolution der Flüssiglinse: Reaktion auf Millisekundenspiegel ohne mechanische Bewegung

Die von Varioptic in Frankreich entwickelte Elektro -Benetzungstechnologie hat einen neuen Weg eröffnet. Diese Technologie injiziert zwei nicht mischbare Flüssigkeiten, Isolieröl und leitfähige wässrige Lösung, in eine versiegelte Kammer. Wenn eine Spannung auf die Elektrode angelegt wird, ändert sich die Krümmung der Flüssiggrenzfläche aufgrund von Änderungen der Oberflächenspannung, wodurch die Einstellung der Brennweite des Millisekundenpegels erreicht wird.
Die USB 3.0 -Industriekamera von Pixelink ist die erste, die diese Technologie anwendet, und ihre Vorteile sind bemerkenswert:
Keine physischen beweglichen Teile:Lebensdauer von mehr als 400 Millionen Operationen
Ultrahoherge -Fokussierung:<50 Millisekunden im Open-Loop-Modus, ungefähr 10 Bilder pro Sekunde im Closed-Loop-Modus
Starke Umweltanpassungsfähigkeit:in der Lage, den mechanischen Auswirkungen von 2000 g mit einer Makrofunktion von <5 cm standzuhalten
Extrem geringer Stromverbrauch:Das Objektiv selbst verbraucht weniger als 1 MW Strom

(3). Migrationsplan für mobile Technologie: VCM und kontinuierliche Fokussierung
Angesichts der zunehmenden Nachfrage nach Bildqualität in Laptop -Kameras wurde die Technologie der Mobiltelefonkameramodul eingeführt. Das von Sunny optoelectronics entwickelte USB-Modul verwendet VCM-Sprachspulenmotoren (häufig in Mobiltelefonkameras), kombiniert mit einem 5-Megapixel-CMOS-Sensor, um ein miniaturisiertes Design mit einer Dicke von weniger als 5 mm zu erreichen.

VCM basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, wobei Stromänderungen die Spule dazu bringen, sich in einem Magnetfeld nach oben und unten zu bewegen, was zu einer Verschiebung der Linse führt. Seine Vorteile liegen in geringer Größe, schneller Reaktion und Unterstützung für kontinuierliche Autofokus (CAF) - das System überwacht kontinuierlich die Veränderungen der FV -Werte und die RE -Fokussierung, sobald die Schärfe über einen Schwellenwert hinausgeht, um die Klarheit in Bewegungsszenen zu gewährleisten.

3, Kernalgorithmus: Wie "denkt" die Kamera über den Fokus?
Fokussuchstrategie
Globale Suchmethode:Bewegen Sie die Kamera vom nächstgelegenen Ende zum am weitesten entfernten Ende, berechnen Sie den FV -Wert während des gesamten Prozesses und wählen Sie die Spitzenposition aus. Langsame Geschwindigkeit, aber hohe Zuverlässigkeit, geeignet für die erste Fokussierung.
Hügelkletteralgorithmus:Eine Mainstream -Optimierungslösung. Das System bewegt die Kamera zunächst in großen Schritten, um den Trend von FV -Änderungen zu bestimmen, und schaltet sich bei der Annäherung an den Peak auf eine kleine Schritteinstellung. Moderne Algorithmen wie variabler Schritt und variabler Geschwindigkeits -Hill -Klettern können den FREU -FOCUS -Bereich (großer Schritt schneller Schritt) und den Nahfokusbereich (kleine Schrittfeinding) dynamisch teilen.
Mechanismus zur Spitzenbestimmung
Der herkömmliche Einzelpeak -Nachweis ist anfällig für Rauschinterferenzen. Die Mikroskopkamera der Hangzhou Atlas Optoelektronik übernimmt das Kriterium "Zweier Anstieg und zwei Fall": Wenn die FV -Werte in fünf aufeinanderfolgenden Positionen FV ₁ fv ₄> fv ₅, fv ∝, als Fokus bezeichnet werden. Um Fehleinschätzungen zu verhindern, muss auch überprüfen, ob der Wert den adaptiven Schwellenwert überschreitet (z. B. 90% des maximalen FV während des vorherigen Fokussierungsprozesses).

Szenenanpassungstechnologie
Nach Abschluss des Fokussiers überwacht das System kontinuierlich die Helligkeit der Szene und den FV -Wert des Gebiets. Wenn signifikante Änderungen festgestellt werden (z. B. Zielbewegung oder plötzliche Veränderungen der Beleuchtung), löst dies die Refokuse aus. Warten Sie, bis die Helligkeit/die FV -Schwankung innerhalb der Schwelle stabilisiert wird, und stellen Sie fest, dass die Szene in Stille zurückgekehrt ist. Diese Dynamikbereichsanpassungsfähigkeit verbessert die Leistung mit geringer Licht erheblich.

4, Frontier Hybrid -Technologie und Anwendungsanpassung
Hybridfokussierungstechnologie
Die High-End-USB-Kamera nimmt ein Hybridschema der Phasenerkennung (PDAF) und der Kontrastfokussierung (CDAF) an. PDAF simuliert die humane Augenunterschiede, indem sie spezielle Maskierpixel (Pixel der linken Halbmaskierung und rechte halbe Maskierung, die paarweise auftreten) auf CMOS -Sensoren anordnen, um Phasenunterschiede zu berechnen und eine vorläufige schnelle Positionierung zu erreichen. CDAF führt eine Feinabstimmung durch. Das Referenzdesign der 4K -Überwachungskamera, die von Renesas Electronics und Lianyong Technology gemeinsam entwickelt wurde, nimmt dieses Schema an, das bei schlechten Lichtverhältnissen eine hervorragende Zielerkennungsgenauigkeit beibehält.
Technologieanpassung für Branchenanwendungen
Industrielle Inspektion und medizinische Bildgebung:Pixelink Flüssiglinsenkameras excel in Feldern wie Barcode -Scan und Netzhauterkennung aufgrund ihrer Anti -Vibration und starken Makrofunktionen.
Dynamische Videoaufzeichnung:Die OIS13M -Anti -Shake -Kamera kombiniert optische Anti -Shake (OIS) und Autofokus, um eine stabile Bildgebung in Drohnen oder Sportradfahren zu erreichen.
Mikroskopische Bildgebung:Hangzhou Atlas Optoelectronics verwendet UVC -Protokoll -Befehle, um die Mikroskopkamera zu steuern, und löst das Problem der lokalen Spitzeninterferenz bei hoher Vergrößerung durch adaptive Lenkerkennung.

5, zukünftige Evolutionsrichtung
Mit der Entwicklung der Computerfotografie -Technologie entwickelt sich USB -Kamera -Autofokus in drei Richtungen weiter:
Algorithmische Intelligenz:Kombinieren Sie tiefes Lernen zur Vorhersage von Schwerpunktpositionen und die Reduzierung der mechanischen Suchreise. Wie die Identifizierung des Subjektbereichs basierend auf der semantischen Segmentierung der Szene oder der Vorhersage der Zielbahn durch Bewegungsschildanalyse.
Hardware -Fusion:Der Hybridantrieb von Flüssigkeitsobjektiv und VCM ist zu einem neuen Trend geworden, wie das IMX415 -Sensormodul, das 3x optische Zoom erreicht und gleichzeitig eine kompakte Größe von 38 × 67,39 mm beibehält.
Protokoll- und Übertragungs -Upgrade:Die USB4-Schnittstelle für die neue Generation wird das 480-Mbit / s-Bandbreitengrenze durchbrechen, wodurch die Echtzeitübertragung und die Verarbeitung von 8-km hohen Pixeldaten möglich sind und eine Datenfundierung für die extrem hohe Präzisionsfokussierung bietet.