手機(jī)防抖技術(shù)：EIS電子防抖和OIS光學(xué)防抖

那么問題來了，手機(jī)都有哪些防抖技術(shù)呢？今天我們就展開來聊一聊吧。

EIS電子防抖

EIS電子防抖主要應(yīng)用在視頻領(lǐng)域，該技術(shù)通過計(jì)算相機(jī)姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)變化，對(duì)視頻畫面進(jìn)行動(dòng)態(tài)的裁切，從而讓視頻畫面看起來更穩(wěn)定。比如拍攝者自身在邊走邊錄時(shí)，由于重心的不停交換，會(huì)導(dǎo)致錄制的視頻畫面頻繁跳動(dòng)，這樣視頻在觀看起來體驗(yàn)很差。

值得一提的是，谷歌Pixel手機(jī)的電子防抖技術(shù)比較特殊，其配合陀螺儀工作，當(dāng)拍照時(shí)利用陀螺儀檢測機(jī)身的震動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)快門速度和ISO感光度，以此來減輕抖動(dòng)對(duì)拍攝的影響。

OIS光學(xué)防抖

OIS是光學(xué)圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的簡稱。它包括一個(gè)可感測手抖的陀螺儀，該陀螺儀將手抖導(dǎo)致的相機(jī)傾斜角度測出，系統(tǒng)再根據(jù)該角度預(yù)測出傾斜導(dǎo)致的圖像偏移量，然后系統(tǒng)控制鏡頭相對(duì)于圖像傳感器平移而產(chǎn)生相同大小但方向相反的圖像偏移，由此將手抖造成的圖像偏移抵消掉，保證相機(jī)在手抖環(huán)境中依然可保持成像穩(wěn)定。

需要注意的是，目前手機(jī)模組上的OIS技術(shù)只補(bǔ)正相機(jī)傾斜引起的圖像偏移，而不處理相機(jī)上下左右平移抖動(dòng)引起的圖像問題。

事實(shí)上，在拍攝遠(yuǎn)處景物時(shí)，相機(jī)平移抖動(dòng)所產(chǎn)生的圖像偏移可以認(rèn)為不存在，無需OIS系統(tǒng)補(bǔ)償。圖像不穩(wěn)定完全來自于相機(jī)的傾斜抖動(dòng)。但在拍微距時(shí)，相機(jī)平移抖動(dòng)的影響會(huì)漸漸顯露出來。當(dāng)前的手機(jī)OIS攝像模組為了避免過于復(fù)雜的系統(tǒng)架構(gòu)，選擇忽略平移抖動(dòng)產(chǎn)生的微距拍攝問題。

OIS光學(xué)防抖技術(shù)適用于以下場景。在弱光環(huán)境下，手機(jī)相機(jī)為了獲得可接受的成像質(zhì)量，會(huì)自動(dòng)延長曝光時(shí)間。因此，曝光時(shí)間內(nèi)手抖造成的圖像移動(dòng)會(huì)變得很明顯，最常見的是夜拍照片中出現(xiàn)遠(yuǎn)處的燈光被拉成了一條不規(guī)則的曲線。

數(shù)碼或光學(xué)變焦在將遠(yuǎn)處景物放大、視角縮小的同時(shí)，也會(huì)將手抖的影響放大。比如，0.4度的傾斜抖動(dòng)對(duì)于80度的廣角鏡頭來說，產(chǎn)生的圖像抖動(dòng)量只有整個(gè)畫幅的1/200，但對(duì)于視角只有20度的長焦來說，圖像抖動(dòng)可達(dá)畫幅的1/50。

手持相機(jī)拍攝的視頻在回放時(shí)，畫面處于持續(xù)不穩(wěn)定的抖動(dòng)中，非常影響觀感。

以上三種情況討論的都是自然手抖，通常其幅度會(huì)在0.5度以內(nèi)。然而在顛簸環(huán)境中，外界引起的手抖往往大大超過自然手抖的幅度，而且很難預(yù)測。依靠現(xiàn)有的手機(jī)攝像OIS技術(shù)很難完全彌補(bǔ)上述大角度抖動(dòng)，只能一定程度上減小顛簸感。因此目前手機(jī)OIS技術(shù)主要針對(duì)于自然手抖帶來的圖像穩(wěn)定問題。

諾基亞Lumia 920的OIS的浮動(dòng)鏡頭技術(shù)則非常特別，整個(gè)光學(xué)部件都能完美地與攝像頭運(yùn)動(dòng)進(jìn)行同步。

雙OIS光學(xué)防抖

雙OIS光學(xué)防抖就是兩個(gè)攝像頭都支持OIS光學(xué)防抖，但不是簡單的疊加，OIS基本常用的有兩種技術(shù)，一種是SHIFT（平移式），另一種是TITLE（移軸式）。

不論是平移式還是移軸式，其基本原理都是一樣的，即控制鏡頭相對(duì)于圖像傳感器平移而將手抖造成的圖像偏移抵消補(bǔ)償?shù)?。但是兩者的具體實(shí)現(xiàn)方式有所差異。

平移式OIS是將一個(gè)獨(dú)立的AF自動(dòng)對(duì)焦馬達(dá)固定在一個(gè)平移懸掛系統(tǒng)上，該懸掛系統(tǒng)允許此AF馬達(dá)在平行于圖像傳感器的平面上沿任意方向做微小平移。OIS馬達(dá)的自動(dòng)對(duì)焦功能由那個(gè)獨(dú)立的AF馬達(dá)來實(shí)現(xiàn)，而OIS功能則由AF馬達(dá)連同鏡頭組成的鏡頭懸浮體相對(duì)于圖像傳感器平移而實(shí)現(xiàn)。

移軸式OIS的結(jié)構(gòu)類似于普通AF馬達(dá)，不同之處在于普通AF馬達(dá)的彈簧懸掛系統(tǒng)只允許鏡頭沿對(duì)焦方向移動(dòng)，而移軸式OIS馬達(dá)的彈簧懸掛系統(tǒng)不但允許鏡頭沿對(duì)焦方向移動(dòng)，還允許鏡頭相對(duì)于一個(gè)轉(zhuǎn)軸支點(diǎn)做任意方向的微小側(cè)傾。由于轉(zhuǎn)軸位于靠近鏡頭底部的位置，因此當(dāng)鏡頭左右傾斜時(shí)，鏡頭頂部實(shí)際上在相對(duì)于圖像傳感器左右平移。利用這個(gè)平移，便可補(bǔ)償手抖帶來的圖像抖動(dòng)。

雙OIS光學(xué)防抖就是將這兩種技術(shù)融合在一起。由于傳統(tǒng)的攝像頭模組的抗磁干擾能力十分薄弱，且兩個(gè)鏡頭模組的堆疊要保持一定的距離，才可以達(dá)到良好的防磁效果。三星Galaxy Note8是首個(gè)支持雙OIS光學(xué)防抖的手機(jī)。

另外，CCD防抖（又稱為四/五軸防抖）、雙OIS四軸光學(xué)防抖、HIS混合視頻防抖、AIS智能防抖的原理與OIS光學(xué)防抖差不多。

由于結(jié)構(gòu)原理等原因，OIS光學(xué)防抖大部分僅支持橫向和縱向的抖動(dòng)補(bǔ)償（兩軸防抖），因此防抖能力有一定的局限性。而四軸防抖技術(shù)由于不用考慮光學(xué)的折射因素，因此靈活性比鏡頭防抖高很多，目前其最多可以讓設(shè)備實(shí)現(xiàn)5個(gè)自由度的抖動(dòng)補(bǔ)償（5軸防抖）。

需要注意的是，小米5的4軸防抖技術(shù)與這種CCD防抖技術(shù)原理相似，但小米5并沒有利用鏡頭防抖也不是CCD防抖，而是直接將整個(gè)鏡頭模組“懸浮”起來，再配合陀螺儀檢測機(jī)身震動(dòng)，從而控制鏡頭模組進(jìn)行位移補(bǔ)償，其可實(shí)現(xiàn)4個(gè)自由度的抖動(dòng)補(bǔ)償，分別為橫向、縱向、前傾、側(cè)傾，因此防抖適應(yīng)能力更強(qiáng)

雙OIS四軸光學(xué)防抖增加了旋轉(zhuǎn)防抖和傾斜防抖，通過手機(jī)內(nèi)陀螺儀與加速度傳感器，高速檢測8個(gè)方向的抖動(dòng)，將信號(hào)傳至微處理器立即計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)奈灰屏?，然后將?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給微型驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，快速調(diào)整相機(jī)模組的姿態(tài)，從而有效地克服因手機(jī)抖動(dòng)產(chǎn)生的影像模糊。而榮耀20 Pro上的雙OIS四軸光學(xué)防抖技術(shù)就是這個(gè)原理。

HIS混合視頻防抖技術(shù)其實(shí)就是由硬件層面的OIS光學(xué)防抖和軟件層面的EI兩部分組成，采用軟硬結(jié)合的防抖方式使手機(jī)在快速移動(dòng)狀態(tài)下，還能拍出穩(wěn)定清晰畫面。該技術(shù)由OPPO首創(chuàng)，OPPO Reno 10倍變焦版是首款搭載該技術(shù)的手機(jī)。

AIS智能防抖就是加入了AI，它集成了OIS以及EIS的優(yōu)點(diǎn)，然后通過人工智能算法來實(shí)現(xiàn)圖像防抖的功能，在CMOS數(shù)據(jù)讀寫速度保證的條件下，效果更為明顯。華為從P20系列開始，便引入了這項(xiàng)技術(shù)，之后的P30系列也有搭載。

總結(jié)

總的來說，目前手機(jī)防抖技術(shù)可以歸為兩類，分別是EIS電子防抖和OIS光學(xué)防抖。廠商們宣傳的一些防抖技術(shù)專業(yè)名詞，其實(shí)原理都是基于OIS光學(xué)防抖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行一些改進(jìn)。

在我們?nèi)粘Ｊ謾C(jī)拍照中，常見的“抖動(dòng)”可以大體分為三種：分別是相機(jī)抖動(dòng)、運(yùn)動(dòng)模糊造成的視覺效果、卷簾門效應(yīng)。

相機(jī)抖動(dòng)主要指輕微生理肌肉、手的震動(dòng)；運(yùn)動(dòng)模糊通常指如果相機(jī)或拍攝對(duì)象在曝光期間移動(dòng)，則生成的照片或視頻將顯得模糊； 卷簾門效應(yīng)也稱果凍效應(yīng)，由于手機(jī)的CMOS圖像傳感器是逐行掃描逐行進(jìn)行曝光，直至所有像素點(diǎn)都被曝光。 因此，在此期間移動(dòng)的任何畫面里的元素都可能會(huì)出現(xiàn)扭曲。所以，手機(jī)加入防抖技術(shù)還是很有必要的，可以避免拍照時(shí)因?yàn)槭植慷秳?dòng)等因素造成畫面模糊，提高成像的清晰度。另外由于其能對(duì)手部抖動(dòng)進(jìn)行一定的補(bǔ)償，因此可以一定程度延長曝光時(shí)間來提高進(jìn)光量，從而拍出更加明亮純凈度更高的照片，該效果在弱光環(huán)境下表現(xiàn)更加明顯。

此外，隨著5G商用時(shí)代的快速到來，手機(jī)視頻應(yīng)用場景和需求將持續(xù)增。長手機(jī)視頻功能中加入防抖技術(shù)，還可以大幅降低短視頻vlog拍攝的門檻，無需花費(fèi)大價(jià)錢購買專業(yè)的防抖設(shè)備，只需1部手機(jī)便可拍攝一段不錯(cuò)的視頻。