让拍照不再虚 浅谈智能手机的光学防抖

软件先锋 2016-04-11 10:58网络整理点击: 标签:

小米5在发布时有个“黑科技”广受关注,那就是“四轴光学防抖”。那么,光学防抖的多轴是什么意思,它又是如何提升手机拍照体验的呢?

 

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照片发虚源于“抖一抖”

大家可以翻阅一下自己的手机相册,如果将细节放大,相信大约会有10%的照片都有发虚的现象,而在夜晚或昏暗环境下拍摄的照片发虚问题将更明显。发虚的原因很简单,就是当你按下快门的那一瞬间小手抖了那么一下。

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此外,为了保证低亮环境下的拍照效果,相机APP往往会通过增加快门值减轻抖动影响,并大幅增加ISO数值来提升亮度(图1),因此低亮环境下拍摄的照片哪怕没有发虚,也极易被满屏的噪点所影响。

治标不治本的电子防抖

在“防抖主要靠手”的时代,我们不可能要求每一个用户都有专业摄影师那种稳如泰山的拍照手法,而电子防抖(又称“数码防抖”)技术也就孕育而生了。简单来说,电子防抖的防抖过程无需任何电子元件干预,完全通过软件算法对CCD/CMOS感光元件上的图像进行数字分析,从而利用边缘图像进行补偿(比如提高ISO、做边缘锐化、多层图像合成等),最终减轻细节的发虚问题。

可惜,电子防抖的核心思想只是针对采集数据做后期的优化和补偿(图2 图注:拍照APP提供的众多拍照模式,其实就是电子防抖的一种表现形式),就好像变焦领域的数码变焦,不仅防抖的效果一般还会对画质造成一定的影响,属于“治标不治本”的解决方案。

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更为复杂的光学防抖技术

包括iPhone 6 Plus、vivo Xshot、LG G3/G4、三星GALAXY Note 4/Note 5、努比亚Z7/Z9、华为P8在内,很多中高端智能手机早已引入了电子防抖的进阶版:光学防抖(又称“OIS防抖”)技术。如果说电子防抖是对照片进行后期的“软处理”(优化补偿),那光学防抖就是纯粹以物理方式进行的“硬处理”。

简单来说,光学防抖可以被细分为镜片移动式和感光元件移动式两大类型。其中,镜片移动式光学防抖的原理是通过相机模组中某一个镜片的移动来抵消抖动防止画面模糊;而感光元件移动式光学防抖的原理则是将感光元件固定在一个支架上,通过感光元件的移动来抵消抖动。其中,第一种类型主要用于数码相机(图3),而第二种类型则是智能手机的普遍专利(图4)。

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进一步说,感光元件移动式的光学防抖是在OIS模组上加入可向更多方向移动的马达,在拍照的瞬间,OIS控制驱动器可以获得由陀螺仪和加速感应器监测出的抖动信息(如倾斜角度)的电信号,OIS控制驱动器会根据这些数据预测出倾斜导致的图像偏移量,再将结果反馈给马达,让其以预测图像偏移量大小相同但方向相反的位移量推动传感器移动,从而将手抖造成的图像偏移抵消掉。

总之,光学防抖技术并不能制止拍照过程中手臂的抖动,它的核心理念就是通过镜头或传感器的位移来抵消抖动的影响,即让镜头组或感光元件在处于相对静止的状态下拍摄照片或视频。

光学防抖的“多轴”

如今支持光学防抖技术的手机有很多,其中以iPhone 6s Plus为代表的绝大多数手机都是双轴光学防抖、而以华为Mate8和金立E8为代表的少数手机则用上了三轴光学防抖,再加上小米5主打的四轴光学防抖,光学防抖以迎来了“多轴”之争。

所谓双轴、三轴、四轴最大的区别,就是决定OIS模组中镜头或传感器能往哪些方向进行位移。比如,双轴光学变焦可以抵消X、Y两个反向的抖动(图5);三轴可以抵消X、Y、Z三个方向抖动;而四轴则可实现横向+纵向+前倾+侧倾八个方向的全方位修正抖动(图6)。因此,光学防抖的轴越多,意味着手机可以预防缓解更多方向的抖动,从这个角度来看,小米5的拍照体验的确要比其他双轴或三轴光学防抖的手机出色一些(图7)。

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会影响画质? No

光学防抖的原理貌似很“高大上”,但对普通用户而言,我们有必要刻意去追求它吗?

首先,无论是三轴光学防抖的Mate8还是四轴光学防抖的小米5,它们实际的防抖效果都远没有想象的那么神奇。在低光环境下,较大幅度的抖动依旧会导致照片发虚,光学防抖只能抵消小幅度的抖动,以为它可以取代三脚架进行超稳定拍摄的用户可以洗洗睡了(图8)。

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08 图注:夜晚拍照,光学防抖远没有三脚架靠谱