讓拍照不再虛淺談智能手機的光學(xué)防抖

曹操

小米5在發(fā)布時有個“黑科技”廣受關(guān)注，那就是“四軸光學(xué)防抖”。

那么，光學(xué)防抖的多軸是什么意思，它又是如何提升手機拍照體驗的呢？

照片發(fā)虛源于“抖一抖”

大家可以翻閱一下自己的手機相冊，如果將細節(jié)放大，相信大約會有10%的照片都有發(fā)虛的現(xiàn)象，而在夜晚或昏暗環(huán)境下拍攝的照片發(fā)虛問題將更明顯。發(fā)虛的原因很簡單，就是當(dāng)你按下快門的那一瞬間小手抖了那么一下。

此外，為了保證低亮環(huán)境下的拍照效果，相機APP往往會通過增加快門值減輕抖動影響，并大幅增加ISO數(shù)值來提升亮度（圖1），因此低亮環(huán)境下拍攝的照片哪怕沒有發(fā)虛，也極易被滿屏的噪點所影響。

治標不治本的電子防抖

在“防抖主要靠手”的時代，我們不可能要求每一個用戶都有專業(yè)攝影師那種穩(wěn)如泰山的拍照手法，而電子防抖（又稱“數(shù)碼防抖”）技術(shù)也就孕育而生了。簡單來說，電子防抖的防抖過程無需任何電子元件干預(yù)，完全通過軟件算法對CCD/CMOS感光元件上的圖像進行數(shù)字分析，從而利用邊緣圖像進行補償（比如提高ISO、做邊緣銳化、多層圖像合成等），最終減輕細節(jié)的發(fā)虛問題。

可惜，電子防抖的核心思想只是針對采集數(shù)據(jù)做后期的優(yōu)化和補償（圖2），就好像變焦領(lǐng)域的數(shù)碼變焦，不僅防抖的效果一般，還會對畫質(zhì)造成一定的影響，屬于“治標不治本”的解決方案。

更為復(fù)雜的光學(xué)防抖技術(shù)

包括iPhone 6 Plus、vivo Xshot、LG G3/G4、三星GALAXY Note 4/Note 5、努比亞Z7/Z9、華為P8在內(nèi)，很多中高端智能手機早已引入了電子防抖的進階版：光學(xué)防抖（又稱“OIS防抖”）技術(shù)。如果說電子防抖是對照片進行后期的“軟處理”（優(yōu)化補償），那光學(xué)防抖就是純粹以物理方式進行的“硬處理”。

簡單來說，光學(xué)防抖可以被細分為鏡片移動式和感光元件移動式兩大類型。其中，鏡片移動式光學(xué)防抖的原理是通過相機模組中某一個鏡片的移動來抵消抖動防止畫面模糊;而感光元件移動式光學(xué)防抖的原理則是將感光元件固定在一個支架上，通過感光元件的移動來抵消抖動。其中，第一種類型主要用于數(shù)碼相機（圖3），而第二種類型則是智能手機的普遍專利（圖4）。

進一步說，感光元件移動式的光學(xué)防抖是在OIS模組上加入可向更多方向移動的馬達，在拍照的瞬間，OIS控制驅(qū)動器可以獲得由陀螺儀和加速感應(yīng)器監(jiān)測出的抖動信息（如傾斜角度）的電信號，OIS控制驅(qū)動器會根據(jù)這些數(shù)據(jù)預(yù)測出傾斜導(dǎo)致的圖像偏移量，再將結(jié)果反饋給馬達，讓其以預(yù)測圖像偏移量大小相同但方向相反的位移量推動傳感器移動，從而將手抖造成的圖像偏移抵消掉。

總之，光學(xué)防抖技術(shù)并不能制止拍照過程中手臂的抖動，它的核心理念就是通過鏡頭或傳感器的位移來抵消抖動的影響，即讓鏡頭組或感光元件在處于相對靜止的狀態(tài)下拍攝照片或視頻。

光學(xué)防抖的“多軸”

如今支持光學(xué)防抖技術(shù)的手機有很多，其中以iPhone 6s Plus為代表的絕大多數(shù)手機都是雙軸光學(xué)防抖，而以華為Mate8和金立E8為代表的少數(shù)手機則用上了三軸光學(xué)防抖，再加上小米5主打的四軸光學(xué)防抖，光學(xué)防抖已迎來了“多軸”之爭。

所謂雙軸、三軸、四軸最大的區(qū)別，就是決定OIS模組中鏡頭或傳感器能往哪些方向進行位移。比如，雙軸光學(xué)變焦可以抵消X、Y兩個方向的抖動（圖5）;三軸可以抵消X、Y、Z三個方向的抖動;而四軸則可實現(xiàn)橫向+縱向+前傾+側(cè)傾八個方向的全方位修正抖動（圖6）。因此，光學(xué)防抖的軸越多，意味著手機可以預(yù)防緩解更多方向的抖動，從這個角度來看，小米5的拍照體驗的確要比其他雙軸或三軸光學(xué)防抖的手機出色一些（圖7）。

會影響畫質(zhì)？ No！

光學(xué)防抖的原理貌似很“高大上”，但對普通用戶而言，我們有必要刻意去追求它嗎？

首先，無論是三軸光學(xué)防抖的華為Mate8還是四軸光學(xué)防抖的小米5，它們實際的防抖效果都遠沒有想象的那么神奇。在低光環(huán)境下，較大幅度的抖動依舊會導(dǎo)致照片發(fā)虛，光學(xué)防抖只能抵消小幅度的抖動，以為它可以取代三腳架進行超穩(wěn)定拍攝的用戶可以洗洗睡了（圖8）。

其次，光學(xué)防抖并不能提升畫質(zhì)，它只能提高低亮環(huán)境下，使用自動拍照模式時降低背景噪點（延長曝光時間，降低ISO），減輕抖動可能帶來的發(fā)虛隱患。哪怕是不支持光學(xué)防抖的手機，只要你的手足夠穩(wěn)定，在手動拍攝模式下依舊可以拍出足夠優(yōu)秀的夜間照片。

舉個例子，在自動拍照模式下，不支持光學(xué)防抖的iPhone 6S需要1/15秒的曝光時間、800左右ISO才能拍下清晰不虛的夜間照片。如果換成支持光學(xué)防抖的iPhone 6S Plus，只需1/4秒的快門速度和200左右的ISO就能拍出清晰的照片。如果將兩張照片進行對比，肯定是iPhone 6S Plus照片對細節(jié)的還原更好，且沒有明顯的噪點。而這，就是光學(xué)防抖的最大意義。

因此，我們在選購智能手機時，光學(xué)防抖只能算是加分項，而不是必選項。真正決定手機拍照實力的，還是傳感器型號（最重要）、軟件算法（同樣重要）、對焦模式和鏡頭數(shù)量（圖9）。

提升潛力有待深度開發(fā)

手機的攝像頭模塊體型迷你，由此也就增加了光學(xué)防抖物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的難度。然而，這并不能阻止手機廠商們創(chuàng)新的腳步。比如，蘋果在前不久就申請了名為“傾斜動態(tài)反射鏡”的全新光學(xué)防抖系統(tǒng)。和現(xiàn)有光學(xué)防抖技術(shù)移動鏡頭或傳感器的兩種傳統(tǒng)方式不同，蘋果的新光學(xué)防抖技術(shù)將相機傳感器和鏡頭組件分為兩個獨立的部分，從鏡頭中傳導(dǎo)進來的光線會由鏡片進行智能的調(diào)整，然后再傳輸?shù)綀D像傳感器上，這有點類似于潛艇潛望鏡或者坦克望遠鏡的實現(xiàn)方式（圖10）。總之，與純粹的追求多軸防抖相比，這種新式光學(xué)防抖技術(shù)才更值得我們關(guān)注。

小結(jié)

小米5是第一款在手機領(lǐng)域引入四軸光學(xué)防抖概念的產(chǎn)品（圖12），就防抖效果而言的確要比同樣選擇索尼1600萬像素IMX298傳感器的華為Mate8（三軸光學(xué)防抖）和vivo Xplay5（僅支持電子防抖）出色一些，但從網(wǎng)友和媒體的反饋結(jié)果來看，實際畫質(zhì)三款手機還是互有優(yōu)劣，可見對配備同一款傳感器的手機而言，最終的成像算法才是王道。

此外，四軸并非光學(xué)防抖的極致，比如奧林巴斯旗下的E-M5、E-P5等相機就都已用上了五軸防抖系統(tǒng)，除了常規(guī)的水平、垂直方向以外，五軸防抖的特點是新增了旋轉(zhuǎn)防抖、俯仰搖擺防抖等多角度防抖功能。不知道隨著小米5的上市，能否引發(fā)手機之間多軸防抖數(shù)量方面的較量呢？讓我們拭目以待吧。

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4D對焦

為避免照片發(fā)虛，除了加入光學(xué)防抖以外，提升對焦速度和精準度也是有效的解決方案。除了我們熟悉的已在手機領(lǐng)域普及的相位對焦和激光對焦以外，索尼在相機領(lǐng)域還引入了4D對焦技術(shù)。簡單來說，通過監(jiān)測運動物體的位置和速度，4D對焦系統(tǒng)能“預(yù)測”物體的運動軌跡，從而在最短的時間內(nèi)完成對物體的對焦（圖11）。如果加入時間維度的4D對焦系統(tǒng)能被引入到手機領(lǐng)域，就能進一步解決抓怕時照片易虛，或是對焦點錯誤等問題。