讓拍照不再虛淺談智能手機(jī)的光學(xué)防抖

曹操

小米5在發(fā)布時(shí)有個(gè)“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(jī)拍照體驗(yàn)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(jī)相冊，如果將細(xì)節(jié)放大，相信大約會(huì)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(jī)APP往往會(huì)通過增加快門值減輕抖動(dòng)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(diǎn)所影響。

治標(biāo)不治本的電子防抖

在“防抖主要靠手”的時(shí)代，我們不可能要求每一個(gè)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(jìn)行數(shù)字分析，從而利用邊緣圖像進(jìn)行補(bǔ)償（比如提高ISO、做邊緣銳化、多層圖像合成等），最終減輕細(xì)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(bǔ)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(huì)對畫質(zhì)造成一定的影響，屬于“治標(biāo)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(jī)早已引入了電子防抖的進(jìn)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(jìn)行后期的“軟處理”（優(yōu)化補(bǔ)償），那光學(xué)防抖就是純粹以物理方式進(jìn)行的“硬處理”。

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

進(jìn)一步說，感光元件移動(dòng)式的光學(xué)防抖是在OIS模組上加入可向更多方向移動(dòng)的馬達(dá)，在拍照的瞬間，OIS控制驅(qū)動(dòng)器可以獲得由陀螺儀和加速感應(yīng)器監(jiān)測出的抖動(dòng)信息（如傾斜角度）的電信號(hào)，OIS控制驅(qū)動(dòng)器會(huì)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(dá)，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(dòng)傳感器移動(dòng)，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(dòng)，它的核心理念就是通過鏡頭或傳感器的位移來抵消抖動(dòng)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(jī)有很多，其中以iPhone 6s Plus為代表的絕大多數(shù)手機(jī)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(jī)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(jìn)行位移。比如，雙軸光學(xué)變焦可以抵消X、Y兩個(gè)方向的抖動(dòng)（圖5）;三軸可以抵消X、Y、Z三個(gè)方向的抖動(dòng);而四軸則可實(shí)現(xiàn)橫向+縱向+前傾+側(cè)傾八個(gè)方向的全方位修正抖動(dòng)（圖6）。因此，光學(xué)防抖的軸越多，意味著手機(jī)可以預(yù)防緩解更多方向的抖動(dòng)，從這個(gè)角度來看，小米5的拍照體驗(yàn)的確要比其他雙軸或三軸光學(xué)防抖的手機(jī)出色一些（圖7）。

會(huì)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(shí)際的防抖效果都遠(yuǎn)沒有想象的那么神奇。在低光環(huán)境下，較大幅度的抖動(dòng)依舊會(huì)導(dǎo)致照片發(fā)虛，光學(xué)防抖只能抵消小幅度的抖動(dòng)，以為它可以取代三腳架進(jìn)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(dòng)拍照模式時(shí)降低背景噪點(diǎn)（延長曝光時(shí)間，降低ISO），減輕抖動(dòng)可能帶來的發(fā)虛隱患。哪怕是不支持光學(xué)防抖的手機(jī)，只要你的手足夠穩(wěn)定，在手動(dòng)拍攝模式下依舊可以拍出足夠優(yōu)秀的夜間照片。

舉個(gè)例子，在自動(dòng)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(shí)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(jìn)行對比，肯定是iPhone 6S Plus照片對細(xì)節(jié)的還原更好，且沒有明顯的噪點(diǎn)。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(jī)時(shí)，光學(xué)防抖只能算是加分項(xiàng)，而不是必選項(xiàng)。真正決定手機(jī)拍照實(shí)力的，還是傳感器型號(hào)（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(jī)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(jì)的難度。然而，這并不能阻止手機(jī)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(dòng)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(dòng)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(jī)傳感器和鏡頭組件分為兩個(gè)獨(dú)立的部分，從鏡頭中傳導(dǎo)進(jìn)來的光線會(huì)由鏡片進(jìn)行智能的調(diào)整，然后再傳輸?shù)綀D像傳感器上，這有點(diǎn)類似于潛艇潛望鏡或者坦克望遠(yuǎn)鏡的實(shí)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(jī)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(shí)際畫質(zhì)三款手機(jī)還是互有優(yōu)劣，可見對配備同一款傳感器的手機(jī)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(jī)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(diǎn)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(jī)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(zhǔn)度也是有效的解決方案。除了我們熟悉的已在手機(jī)領(lǐng)域普及的相位對焦和激光對焦以外，索尼在相機(jī)領(lǐng)域還引入了4D對焦技術(shù)。簡單來說，通過監(jiān)測運(yùn)動(dòng)物體的位置和速度，4D對焦系統(tǒng)能“預(yù)測”物體的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而在最短的時(shí)間內(nèi)完成對物體的對焦（圖11）。如果加入時(shí)間維度的4D對焦系統(tǒng)能被引入到手機(jī)領(lǐng)域，就能進(jìn)一步解決抓怕時(shí)照片易虛，或是對焦點(diǎn)錯(cuò)誤等問題。