2024年9月3日发(作者：潮心水)
解析光学防抖技术 算法及控制器性能突破为关键
南分院已投入惯性信号估测技术开发多年，并胜利运用于行人/行车惯
图3 手颤动信号估测器方块图
性导航、光学防抖系统中，有相当丰硕的成绩。
手颤动信号估测器利用陀螺仪组件感测到手颤动信号后，经由数字信号
光学防抖控制器设计
处理及积分运算后可得到发抖角度信号，经试验量测分析后，普通手部
另一光学防抖系统关键技术为控制器设计，微型相机模块致动器大多
振动频率特性主要频带在2～12Hz之间，故信号处理算法亦针对该频带
采纳音圈马达，但其具有磁滞效应、磨擦和参数时变等非线性特性，
信号特性做设计，开发的算法系将惯性信号处理用法一阶与高通滤波器
因此在控制器设计上必需考虑到非线性特性与实现时的运算负载。含
滤除高频噪声信号及低频的主动式信号(用户操作相机所产生的信号)。
糊规律控制器(Fuzzy Logic Controller)因为有运算负载低、不需要
低通与高通滤波器除可针对特定带宽的手抖信号做补偿外，并可避开滤
精确的受控系统数学模型、架构易实现并能有效的补偿微型致动器非
波器对信号所造成的相位延迟，让信号处理算法与控制系统整合获得最
线性等优点，近年来，工研院南分院所开发的光学防抖系统，胜利地
佳补偿效果，使得防抖模块能达到预期效能。算法因考虑滤波器造成手
利用含糊控制器驱动音圈马达，藉以补偿经由手颤动信号估测器算法
颤动信号相位的变幻，故以此所开发的适应性手颤动估测器，在宽带域
计算出来的位移补偿信号，达到防手抖效果。光学防抖系统4所示。
范围可以获得精准的手颤动估测信号。图6为手颤动信号估测器方块图。
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图4 光学防抖系统方块图
防手抖效能验证
目前市面上的防手抖效能主要分为1～4级。普通而言，防手抖效能级
数是以平安快门速度的倍率来估算，平安快门速度等于焦距长度分之一
秒的快门时光，举例来说，假如镜头的焦距是40毫米(mm)，那么平安
快门的速度就是1/40秒，用法低于平安快门速度拍出清楚的影像，防
手抖级数就是平安快门速度的倍率；假如以平安快门速度是1/40秒为
例，防手抖效能四级即代表相机在(1/40)×2^4=1/2.5秒快门速度下仍
然能拍下清楚的影像，而影像的清楚程度则可以藉由稳定率
(Stabilization Rate, SR)小于-15dB或ISO-12233，来鉴别影像锋利
度(Image Sharpness)。
其中，稳定率试验主要是光学防抖系统在振动补偿与无振动补偿状况下，
由固定快门时光条件打算拍摄测试目标，由拍摄照片上影像振动像素
(高度)的比值来评定防手抖效能，稳定率图示解释请参考图5所示。
图5 防手抖稳定率定义图
OISOFF_S代表当光学防抖系统关闭且用法相机时，手产生颤动时所拍
摄的影像像素(垂直高度)；OISON_S代表当光学防抖系统开启，且手
颤动产生时所拍摄的影像像素(垂直高度)；OISOFF_NS代表当光学防
抖系统关闭，且无手颤动产生时，即为OIS系统静止时拍摄的影像像
素(垂直高度)。工研院南分院开发的适应性光学防抖系统已可达市售
四级防手抖效能。
随着MEMS惯性传感器与手机相机模块新设计微型相机模块的进展，智
能手机的动作感应与防手抖技术已日益重要。目前市面上微型相机模
块多以音圈马达为主要致动器，随着智能手机与惯性传感器的技术进
展，将来光学防抖技术将逐渐受到重视，将是市售高阶智能手机的功
能之一。
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惯性传感/防手抖成标准配备 手机附加价值可望大幅提升
工研院南分院多年来投入惯性导航与光学防抖相机的技术开发，在手机
惯性传感与光学防抖系统皆有丰盛的阅历，文中介绍之光学防抖系统便
是研发成绩，该成绩已胜利技转多家厂商。市场也预估手机相机模块新
设计与MEMS惯性组件在消费性电子应用市场的刺激下，将带动整合型
MEMS惯性传感器出货量巨幅增长，促进光学防抖技术的进展；将来，6
轴惯性传感组件(包括加速度计与陀螺仪)与光学防抖功能将成为高阶
智能手机的标准配备，大幅提高智能手机的附加价值，也是将来主导市
场产品的重要因素，对惯性组件与微型相机模块厂商而言是相当重要的
产品进展方向。
近年来，智能手机市场因苹果(Apple)、三星(Samsung)、宏达电(HTC)
等品牌产品的热销，相关应用也愈加成熟与多元化。据市调机构国际数
据信息(IDC)的报告指出，智能手机市场在2010年开头展现爆炸性增
长，预测在2017年可达到十五亿支以上(图1)。与此同时，智能手机
搭载的微机电系统(MEMS)惯性传感组件，以及高像素微型相机模块
(Compact Camera Module, CCM)，也已成为目前高端手机标准配备，
将来动作感应与光学防抖技术，将可大幅提升产品的功能与附加价值。
图6 2012～2017年智能手机出货量分析
MEMS组件/照相模块相辅相成 防手抖功能更成熟
市面上智能手机多数已搭载MEMS动作感应组件，包括加速度计、陀螺
仪(惯性组件)及磁力计等，因其符合移动设备追求的低耗电、分量轻、
体积小等设计趋势，目前已被广泛用法于消费电子产品中，其中包括
计步器、智能手机与平板计算机等3C产品。按照市调机构IHS iSuppli
所做的市场调查，智能手持设备(包括智能手机、平板计算机)的MEMS
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动作感应组件市场，2013年实际收益约15亿美元，比起2012年增长
了12%，预期2016年可达到22亿1,000万美元(图2)。市场调查结果
解释智能手机配置MEMS惯性组件已是必定的趋势。
图7 2011～2016年智能手持设备MEMS动作感应组件收益分析
智能手机除了搭载MEMS惯性传感组件外，也搭载微型相机模块，按照
IC Insights调查与统计，全球相机模块总出货量预估将从2011年的
二十五亿套，增强至2016年的六十亿套。2012年全球数字相机与影像
系统市场规模为亿美元，预测在2016年其总产值将达到778亿美元，
其中，手机相机模块的部分占领30%(图3)，其比例逐渐攀升，且有取
代普通数码相机产品的趋势；IC Insights同时也预测，智能手持设备
搭载的微型相机模块在2013～2019年间，将以21.9%的速度增长。从
智能手机多媒体功能的需求增长、用法者习惯的转变，以及市场调查分
析结果左证，智能手机已逐渐取代数码相机。市面上高端智能手机已开
头结合微型相机模块与动作感应技术，实现光学防手抖(Optical
Image Stabilization, OIS)，用以充实手机照相质量。可预期将来智
能手机市占率将由手机照相模块新设计与光学防抖技术所影响。
图8 2016年数字相机系统销售额预测
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2024年9月3日发(作者：潮心水)
解析光学防抖技术 算法及控制器性能突破为关键
南分院已投入惯性信号估测技术开发多年，并胜利运用于行人/行车惯
图3 手颤动信号估测器方块图
性导航、光学防抖系统中，有相当丰硕的成绩。
手颤动信号估测器利用陀螺仪组件感测到手颤动信号后，经由数字信号
光学防抖控制器设计
处理及积分运算后可得到发抖角度信号，经试验量测分析后，普通手部
另一光学防抖系统关键技术为控制器设计，微型相机模块致动器大多
振动频率特性主要频带在2～12Hz之间，故信号处理算法亦针对该频带
采纳音圈马达，但其具有磁滞效应、磨擦和参数时变等非线性特性，
信号特性做设计，开发的算法系将惯性信号处理用法一阶与高通滤波器
因此在控制器设计上必需考虑到非线性特性与实现时的运算负载。含
滤除高频噪声信号及低频的主动式信号(用户操作相机所产生的信号)。
糊规律控制器(Fuzzy Logic Controller)因为有运算负载低、不需要
低通与高通滤波器除可针对特定带宽的手抖信号做补偿外，并可避开滤
精确的受控系统数学模型、架构易实现并能有效的补偿微型致动器非
波器对信号所造成的相位延迟，让信号处理算法与控制系统整合获得最
线性等优点，近年来，工研院南分院所开发的光学防抖系统，胜利地
佳补偿效果，使得防抖模块能达到预期效能。算法因考虑滤波器造成手
利用含糊控制器驱动音圈马达，藉以补偿经由手颤动信号估测器算法
颤动信号相位的变幻，故以此所开发的适应性手颤动估测器，在宽带域
计算出来的位移补偿信号，达到防手抖效果。光学防抖系统4所示。
范围可以获得精准的手颤动估测信号。图6为手颤动信号估测器方块图。
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图4 光学防抖系统方块图
防手抖效能验证
目前市面上的防手抖效能主要分为1～4级。普通而言，防手抖效能级
数是以平安快门速度的倍率来估算，平安快门速度等于焦距长度分之一
秒的快门时光，举例来说，假如镜头的焦距是40毫米(mm)，那么平安
快门的速度就是1/40秒，用法低于平安快门速度拍出清楚的影像，防
手抖级数就是平安快门速度的倍率；假如以平安快门速度是1/40秒为
例，防手抖效能四级即代表相机在(1/40)×2^4=1/2.5秒快门速度下仍
然能拍下清楚的影像，而影像的清楚程度则可以藉由稳定率
(Stabilization Rate, SR)小于-15dB或ISO-12233，来鉴别影像锋利
度(Image Sharpness)。
其中，稳定率试验主要是光学防抖系统在振动补偿与无振动补偿状况下，
由固定快门时光条件打算拍摄测试目标，由拍摄照片上影像振动像素
(高度)的比值来评定防手抖效能，稳定率图示解释请参考图5所示。
图5 防手抖稳定率定义图
OISOFF_S代表当光学防抖系统关闭且用法相机时，手产生颤动时所拍
摄的影像像素(垂直高度)；OISON_S代表当光学防抖系统开启，且手
颤动产生时所拍摄的影像像素(垂直高度)；OISOFF_NS代表当光学防
抖系统关闭，且无手颤动产生时，即为OIS系统静止时拍摄的影像像
素(垂直高度)。工研院南分院开发的适应性光学防抖系统已可达市售
四级防手抖效能。
随着MEMS惯性传感器与手机相机模块新设计微型相机模块的进展，智
能手机的动作感应与防手抖技术已日益重要。目前市面上微型相机模
块多以音圈马达为主要致动器，随着智能手机与惯性传感器的技术进
展，将来光学防抖技术将逐渐受到重视，将是市售高阶智能手机的功
能之一。
第 2 页 共 4 页
惯性传感/防手抖成标准配备 手机附加价值可望大幅提升
工研院南分院多年来投入惯性导航与光学防抖相机的技术开发，在手机
惯性传感与光学防抖系统皆有丰盛的阅历，文中介绍之光学防抖系统便
是研发成绩，该成绩已胜利技转多家厂商。市场也预估手机相机模块新
设计与MEMS惯性组件在消费性电子应用市场的刺激下，将带动整合型
MEMS惯性传感器出货量巨幅增长，促进光学防抖技术的进展；将来，6
轴惯性传感组件(包括加速度计与陀螺仪)与光学防抖功能将成为高阶
智能手机的标准配备，大幅提高智能手机的附加价值，也是将来主导市
场产品的重要因素，对惯性组件与微型相机模块厂商而言是相当重要的
产品进展方向。
近年来，智能手机市场因苹果(Apple)、三星(Samsung)、宏达电(HTC)
等品牌产品的热销，相关应用也愈加成熟与多元化。据市调机构国际数
据信息(IDC)的报告指出，智能手机市场在2010年开头展现爆炸性增
长，预测在2017年可达到十五亿支以上(图1)。与此同时，智能手机
搭载的微机电系统(MEMS)惯性传感组件，以及高像素微型相机模块
(Compact Camera Module, CCM)，也已成为目前高端手机标准配备，
将来动作感应与光学防抖技术，将可大幅提升产品的功能与附加价值。
图6 2012～2017年智能手机出货量分析
MEMS组件/照相模块相辅相成 防手抖功能更成熟
市面上智能手机多数已搭载MEMS动作感应组件，包括加速度计、陀螺
仪(惯性组件)及磁力计等，因其符合移动设备追求的低耗电、分量轻、
体积小等设计趋势，目前已被广泛用法于消费电子产品中，其中包括
计步器、智能手机与平板计算机等3C产品。按照市调机构IHS iSuppli
所做的市场调查，智能手持设备(包括智能手机、平板计算机)的MEMS
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动作感应组件市场，2013年实际收益约15亿美元，比起2012年增长
了12%，预期2016年可达到22亿1,000万美元(图2)。市场调查结果
解释智能手机配置MEMS惯性组件已是必定的趋势。
图7 2011～2016年智能手持设备MEMS动作感应组件收益分析
智能手机除了搭载MEMS惯性传感组件外，也搭载微型相机模块，按照
IC Insights调查与统计，全球相机模块总出货量预估将从2011年的
二十五亿套，增强至2016年的六十亿套。2012年全球数字相机与影像
系统市场规模为亿美元，预测在2016年其总产值将达到778亿美元，
其中，手机相机模块的部分占领30%(图3)，其比例逐渐攀升，且有取
代普通数码相机产品的趋势；IC Insights同时也预测，智能手持设备
搭载的微型相机模块在2013～2019年间，将以21.9%的速度增长。从
智能手机多媒体功能的需求增长、用法者习惯的转变，以及市场调查分
析结果左证，智能手机已逐渐取代数码相机。市面上高端智能手机已开
头结合微型相机模块与动作感应技术，实现光学防手抖(Optical
Image Stabilization, OIS)，用以充实手机照相质量。可预期将来智
能手机市占率将由手机照相模块新设计与光学防抖技术所影响。
图8 2016年数字相机系统销售额预测
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