怎樣才是優(yōu)秀的防抖系統(tǒng)？
現(xiàn)在不少中高端手機(jī)在鏡頭中加入了防抖系統(tǒng)，有數(shù)字防抖也有光學(xué)防抖，還有兩者結(jié)合的混合防抖系統(tǒng)，各家都會(huì)用各種修辭手法變著法子夸自己的手機(jī)的弱光成像獲得增強(qiáng)。上了防抖系統(tǒng)，效果就一樣嗎？怎樣才是優(yōu)秀的防抖系統(tǒng)？ 什么是數(shù)字防抖？ 數(shù)字防抖我們已經(jīng)科普過(guò)很多很多次，這里再簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)。 多幀防抖對(duì)齊示意 數(shù)字防抖即純算法實(shí)現(xiàn)防抖的方案，它通常基于多幀合成。它的基本原理是，單幀拆成多個(gè)分幀拍攝，然后對(duì)齊合成。假設(shè)測(cè)光得到了1/20秒，這個(gè)值對(duì)于一般人來(lái)說(shuō)可能并不安全，會(huì)導(dǎo)致手抖，那么多幀防抖機(jī)制此時(shí)會(huì)啟動(dòng)，讓攝像頭連續(xù)拍攝4幀1/80秒的照片，當(dāng)然，也可能拍攝成4張曝光時(shí)間并不等長(zhǎng)的照片，然后對(duì)齊，對(duì)齊示意如圖，多幀的交集可以合成一張不抖動(dòng)的圖像。這只是基礎(chǔ)的算法，這并不是數(shù)字防抖的所有。數(shù)字防抖技術(shù)作為一種無(wú)額外物理成本的方案，深受業(yè)界歡迎，比較省錢(qián)。數(shù)字防抖可以用于靜態(tài)照片的拍攝也可以用于視頻的拍攝。 數(shù)字防抖用于視頻拍攝時(shí)稍有分別，不是多幀對(duì)齊，而是前后幀對(duì)齊。數(shù)字防抖在視頻領(lǐng)域，可施展的空間其實(shí)更大，因?yàn)楦泄馄鞯南袼刈銐虼螅?K綽綽有余，更別說(shuō)FullHD，所以，在合成的時(shí)候，會(huì)有足夠大的冗余像素來(lái)完成對(duì)齊。但是又出現(xiàn)了新的問(wèn)題，計(jì)算量大大增加，至少要跟得上拍攝的需要，燃鵝，能做到的并不多，所以，出現(xiàn)了1080P@30FPS有防抖，到了[email?protected]/* */防抖就失效了的現(xiàn)象，這是計(jì)算力跟不上，或者算法效率低下的結(jié)果。 什么是光學(xué)防抖？ 光學(xué)防抖是基于硬件規(guī)劃實(shí)現(xiàn)的防抖方案，主要又分為機(jī)身防抖和鏡頭防抖兩大類(lèi)。現(xiàn)在手機(jī)攝像頭運(yùn)用的多是鏡頭防抖。 Canon 佳能 EF-S 18-55mm IS Ⅱ 鏡頭 - 防抖組件結(jié)構(gòu)示意圖 Canon 佳能 EFS 18-55mm IS 鏡頭 - 驅(qū)動(dòng)防抖鏡片的線圈 我們先來(lái)看帶有防抖系統(tǒng)的單反鏡頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣？這是我們以前拆解過(guò)的佳能EF-S 18-55mm IS Ⅱ。可以看到鏡頭里有個(gè)特殊的防抖鏡片，其支撐有彈簧，彈簧的作用是讓其懸掛以方便位移，彈簧就是其懸掛系統(tǒng)。而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由磁體和線圈構(gòu)成，線圈通電就是電磁體，與磁體產(chǎn)生作用力，這樣就實(shí)現(xiàn)了防抖鏡片的姿態(tài)調(diào)整。線圈的補(bǔ)償量是可控的，也必須可控，但補(bǔ)償量也需要計(jì)算的，這樣才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的圖像效果，相比數(shù)字防抖，光學(xué)防抖需要的計(jì)算量小的可憐。 Apple 蘋(píng)果 iPhone 8 Plus 智能手機(jī)-后置鏡頭拆解[圖片來(lái)自ifixit] 手機(jī)鏡頭的光學(xué)防抖的基礎(chǔ)原理差不多，沒(méi)有什么質(zhì)的不一樣，但因?yàn)槭謾C(jī)鏡頭超級(jí)小的特點(diǎn)，也發(fā)生了一些變化，手機(jī)鏡頭里通常沒(méi)有獨(dú)立的防抖鏡片，也沒(méi)有鏡頭內(nèi)部的懸掛系統(tǒng)，而是，整個(gè)鏡頭被懸掛起來(lái)，驅(qū)動(dòng)原理不變。整個(gè)鏡頭被懸掛起來(lái)的規(guī)劃，其實(shí)更接近理想狀態(tài)，只是單反沒(méi)法這么規(guī)劃而已。 光學(xué)防抖也存在不一樣，有兩軸、三軸、四軸、五軸等分別。所謂五軸，即左右和上下的搖擺、水平和垂直的位移以及旋轉(zhuǎn)，二軸是防抖，五軸防抖也是防抖，差別在于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性，軸越多，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)鏡頭姿態(tài)的控制能力越強(qiáng)，理論上可以實(shí)現(xiàn)更好的防抖效果以及在更多運(yùn)用場(chǎng)景中實(shí)現(xiàn)防抖。 防抖壓根就不存在的 光學(xué)防抖可以用于靜態(tài)照片和視頻的拍攝，但是，但是，但是，很多手機(jī)尤其國(guó)產(chǎn)手機(jī)的光學(xué)防抖系統(tǒng)在視頻拍攝時(shí)是不起作用的。原因很多，算法不夠好，無(wú)法快速控制和預(yù)測(cè)需要控制的姿態(tài)，或者，壓根就沒(méi)想過(guò)防抖這事。防抖對(duì)于不少?gòu)S商來(lái)說(shuō)，只是為了增加賣(mài)點(diǎn)，而不是為了在技術(shù)上搞定問(wèn)題。 什么是混合防抖？ 混合防抖即數(shù)字防抖和光學(xué)防抖相結(jié)合的防抖方案。在光學(xué)防抖的支持下，分幀的曝光時(shí)長(zhǎng)可以做到更長(zhǎng)，這樣合成幀的總曝光時(shí)間也更長(zhǎng)。iPhone就采用了這種混合防抖機(jī)制。 防抖效率才是重要的 采用什么防抖系統(tǒng)，其實(shí)不重要。防抖的目的就是為了在實(shí)際的弱光拍攝使用中，確保成功率較高的情況下提供更長(zhǎng)的曝光時(shí)間，這才是防抖真正的意義。我們稱(chēng)之為防抖效率。我們之前測(cè)驗(yàn)過(guò)不少帶有防抖系統(tǒng)的手機(jī)，但是，很多手機(jī)防抖效率非常低下。 效率低下體現(xiàn)在，具有光學(xué)防抖的機(jī)型，在實(shí)際使用中，只能做到1/17秒的曝光，這種現(xiàn)象其實(shí)挺普遍，這也使得光學(xué)防抖形同虛設(shè)。還有部分手機(jī)，在固定的機(jī)位，例如三腳架上，可以實(shí)現(xiàn)1/4秒、1/6秒曝光，但手持就難以做到或者根本做不到。所謂“難以做到”，指的是，1/4秒、1/6秒這也的長(zhǎng)時(shí)長(zhǎng)的安全快門(mén)很少出現(xiàn)，拍個(gè)幾百?gòu)?，也只能出現(xiàn)數(shù)次。這種情況，也不能視為有效。上到三腳架了，還要防抖作甚。 如何評(píng)估防抖效率？ 防抖效率是可以量化的，不是玄學(xué)。防抖效率和防抖性能正相關(guān)，防抖性能好防抖效率自然高。相機(jī)行業(yè)經(jīng)常用“檔”來(lái)描述防抖性能，例如：“5檔防抖性能”這樣的描述。檔即EV。 Olympus 奧林巴斯 E-M1 微型可換鏡頭數(shù)碼相機(jī)-0.5秒手持拍攝 制造商=OLYMPUS;型號(hào)=E-M1;鏡頭=OLYMPUS M.75mm F1.8;版權(quán)=Soomal;攝影師=Kungang;焦距=75毫米;光圈=F1.8;測(cè)光模式=模式;感光度=ISO100;白平衡=自動(dòng);對(duì)比度=標(biāo)準(zhǔn);飽和度=高;銳度=強(qiáng);曝光補(bǔ)償=-0.3EV;曝光時(shí)間=10/20秒;曝光程序=光圈優(yōu)先;場(chǎng)景類(lèi)型=標(biāo)準(zhǔn);日期=2014.03.31 19:25:39 上圖采用奧林巴斯E-M1手持拍攝，鏡頭等效焦距150毫米，而曝光時(shí)間0.5秒。對(duì)于沒(méi)有光學(xué)防抖的鏡頭來(lái)說(shuō)，其安全快門(mén)值為其等效焦距的倒數(shù)，那么等效150毫米的鏡頭安全快門(mén)即1/150秒。如果開(kāi)啟防抖，快門(mén)值可以達(dá)1/75秒時(shí)，說(shuō)明防抖補(bǔ)償了一檔，即1EV。1/37秒時(shí)，補(bǔ)償即為2EV。1/19秒時(shí)，補(bǔ)償為3EV。1/9秒時(shí)，補(bǔ)償為4EV，1/5時(shí)約為5EV。那么，上圖的成像，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了6EV+的防抖性能。 Apple 蘋(píng)果 iPhone X 智能手機(jī)-實(shí)拍-首都博物館-積水潭碼頭復(fù)原 制造商=APPLE;型號(hào)=IPHONE X;鏡頭=iPhone X back dual camera 4mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=28毫米;光圈=F1.8;測(cè)光模式=模式;感光度=ISO160;白平衡=自動(dòng);曝光補(bǔ)償=0.0EV;曝光時(shí)間=1/4秒;曝光程序=程序模式;場(chǎng)景類(lèi)型=標(biāo)準(zhǔn);日期=2017.11.21 15:36:46 Apple 蘋(píng)果 iPhone X 智能手機(jī)-實(shí)拍-首都博物館-傳統(tǒng)家居擺設(shè) 制造商=APPLE;型號(hào)=IPHONE X;鏡頭=iPhone X back dual camera 4mm f/1.8;焦距=4毫米;等效焦距=28毫米;光圈=F1.8;測(cè)光模式=模式;感光度=ISO100;白平衡=自動(dòng);曝光補(bǔ)償=0.0EV;曝光時(shí)間=1/4秒;曝光程序=程序模式;場(chǎng)景類(lèi)型=標(biāo)準(zhǔn);日期=2017.11.21 15:29:53 再以iPhone X為例，其鏡頭等效焦距約28毫米，它能在手持條件下輕松的實(shí)現(xiàn)1/4秒的安全快門(mén)，那么，它的防抖性能可達(dá)3.5EV，這也是現(xiàn)在手機(jī)中最好的防抖性能。三星、Lumia等部分機(jī)型可以實(shí)現(xiàn)1/7秒的安全快門(mén)，且成功率較高，此時(shí)，它們實(shí)現(xiàn)的防抖性能接近2EV[等效焦距26毫米]，這是現(xiàn)在手機(jī)鏡頭防抖次頂級(jí)的水平。而很多國(guó)產(chǎn)手機(jī)，在保證成功率的情況下只能提供1/14秒、1/17秒的安全快門(mén)，那么，其防抖性能只能是等于小于1EV。 為什么說(shuō)某些國(guó)產(chǎn)手機(jī)光學(xué)防抖系統(tǒng)形同虛設(shè)？ 防抖的意義并不是在于有沒(méi)有，而是要看性能。通常來(lái)說(shuō)，采用數(shù)字防抖系統(tǒng)，能提供約為1EV的性能保證，而手機(jī)中的純防抖系統(tǒng)正常的表現(xiàn)，應(yīng)該是2EV左右，但很多國(guó)產(chǎn)帶光學(xué)防抖的手機(jī)，在正常運(yùn)用的情況下只能提供1EV的防抖性能，只能說(shuō)光學(xué)防抖系統(tǒng)形同虛設(shè)。消費(fèi)者也不知道防抖性能的評(píng)估方式，只是簡(jiǎn)單的根據(jù)廠商文宣盲目跟風(fēng)說(shuō)“光學(xué)防抖就是好”，1EV的光學(xué)防抖性能好在哪里了？還不如純數(shù)字防抖能省點(diǎn)錢(qián)。 差距在哪里？ 算法，算法和算法。不管是數(shù)字防抖還是光學(xué)防抖，都依賴(lài)于算法，混合防抖系統(tǒng)更是。防抖系統(tǒng)不應(yīng)該成為花瓶，而應(yīng)該是工具。1/4秒和1/17秒差2EV，別人用感光度ISO400時(shí)，這邊需要飚到ISO1600以上，畫(huà)質(zhì)自然會(huì)出現(xiàn)較大差距。如果硬要上三腳架，都把曝光時(shí)間上到1/4秒再去比，這是脫離實(shí)際使用，是作弊，對(duì)于防抖性能優(yōu)異的機(jī)型不公平。誰(shuí)用手機(jī)拍照還帶著三腳架滿世界跑的，除非神經(jīng)?。? 什么是優(yōu)秀的防抖系統(tǒng)？ 基于現(xiàn)階段的手機(jī)鏡頭的整體表現(xiàn)來(lái)看，我們認(rèn)為優(yōu)秀的防抖系統(tǒng)應(yīng)該具有以下特征： 1、在手持情況下具有約2EV或更高的防抖性能。2、3.5EV其實(shí)相比相機(jī)的防抖系統(tǒng)差距還很大，我們認(rèn)為未來(lái)可以做到5EV的水準(zhǔn)。3、在2EV防抖性能的前提下，提供具有實(shí)用性的成功率，我們認(rèn)為是60%以上。4、光學(xué)防抖機(jī)型拍攝弱光場(chǎng)景卻大部分以1/17秒完成拍攝，這是浪費(fèi)錢(qián)的防抖系統(tǒng)。26毫米等效焦距的光學(xué)防抖機(jī)型，應(yīng)該大部分以1/6秒-1/10秒的快門(mén)完成拍攝。5、在多種使用下提供防抖支持，例如靜態(tài)照片和視頻拍攝。6、視頻防抖要具有良好的畫(huà)面穩(wěn)定性。7、1080@30FPS下可用，4K@30FPS下不可用的防抖系統(tǒng)不夠夠優(yōu)秀。 防抖系統(tǒng)考驗(yàn)的是廠商軟硬件結(jié)合的硬功夫，從現(xiàn)在來(lái)看， 大部分廠商是不合格的
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