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手機防抖技術(shù):EIS電子防抖和OIS光學(xué)防抖

454398 ? 來源:雷科技 ? 作者:雷科技 ? 2020-12-16 16:51 ? 次閱讀
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相機鏡頭或機身引入防抖技術(shù)已經(jīng)是很平常的事情了,在手機影像系統(tǒng)逐步增強的同時,高像素讓智能手機的拍攝能力越來越接近數(shù)碼相機了。為了進一步提高手機拍攝的效果,廠商們?yōu)槭謾C相機引入了防抖技術(shù)。

那么問題來了,手機都有哪些防抖技術(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)通過計算相機姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)變化,對視頻畫面進行動態(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,由于重心的不停交換,會導(dǎo)致錄制的視頻畫面頻繁跳動,這樣視頻在觀看起來體驗很差。

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

OIS光學(xué)防抖

OIS是光學(xué)圖像穩(wěn)定系統(tǒng)的簡稱。它包括一個可感測手抖的陀螺儀,該陀螺儀將手抖導(dǎo)致的相機傾斜角度測出,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,目前手機模組上的OIS技術(shù)只補正相機傾斜引起的圖像偏移,而不處理相機上下左右平移抖動引起的圖像問題。

事實上,在拍攝遠處景物時,相機平移抖動所產(chǎn)生的圖像偏移可以認為不存在,無需OIS系統(tǒng)補償。圖像不穩(wěn)定完全來自于相機的傾斜抖動。但在拍微距時,相機平移抖動的影響會漸漸顯露出來。當(dāng)前的手機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,手機相機為了獲得可接受的成像質(zhì)量,會自動延長曝光時間。因此,曝光時間內(nèi)手抖造成的圖像移動會變得很明顯,最常見的是夜拍照片中出現(xiàn)遠處的燈光被拉成了一條不規(guī)則的曲線。

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

手持相機拍攝的視頻在回放時,畫面處于持續(xù)不穩(wěn)定的抖動中,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)有的手機攝像OIS技術(shù)很難完全彌補上述大角度抖動,只能一定程度上減小顛簸感。因此目前手機OIS技術(shù)主要針對于自然手抖帶來的圖像穩(wěn)定問題。

諾基亞Lumia 920的OIS的浮動鏡頭技術(shù)則非常特別,整個光學(xué)部件都能完美地與攝像頭運動進行同步。

雙OIS光學(xué)防抖

雙OIS光學(xué)防抖就是兩個攝像頭都支持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,即控制鏡頭相對于圖像傳感器平移而將手抖造成的圖像偏移抵消補償?shù)?。但是兩者的具體實現(xiàn)方式有所差異。

平移式OIS是將一個獨立的AF自動對焦馬達固定在一個平移懸掛系統(tǒng)上,該懸掛系統(tǒng)允許此AF馬達在平行于圖像傳感器的平面上沿任意方向做微小平移。OIS馬達的自動對焦功能由那個獨立的AF馬達來實現(xiàn),而OIS功能則由AF馬達連同鏡頭組成的鏡頭懸浮體相對于圖像傳感器平移而實現(xiàn)。

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移軸式OIS的結(jié)構(gòu)類似于普通AF馬達,不同之處在于普通AF馬達的彈簧懸掛系統(tǒng)只允許鏡頭沿對焦方向移動,而移軸式OIS馬達的彈簧懸掛系統(tǒng)不但允許鏡頭沿對焦方向移動,還允許鏡頭相對于一個轉(zhuǎn)軸支點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,鏡頭頂部實際上在相對于圖像傳感器左右平移。利用這個平移,便可補償手抖帶來的圖像抖動。

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,且兩個鏡頭模組的堆疊要保持一定的距離,才可以達到良好的防磁效果。三星Galaxy Note8是首個支持雙OIS光學(xué)防抖的手機。

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補償(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)備實現(xiàn)5個自由度的抖動補償(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,而是直接將整個鏡頭模組“懸浮”起來,再配合陀螺儀檢測機身震動,從而控制鏡頭模組進行位移補償,其可實現(xiàn)4個自由度的抖動補償,分別為橫向、縱向、前傾、側(cè)傾,因此防抖適應(yīng)能力更強

雙OIS四軸光學(xué)防抖增加了旋轉(zhuǎn)防抖和傾斜防抖,通過手機內(nèi)陀螺儀與加速度傳感器,高速檢測8個方向的抖動,將信號傳至微處理器立即計算需要補償?shù)奈灰屏?,然后將?shù)據(jù)實時傳輸給微型驅(qū)動馬達,快速調(diào)整相機模組的姿態(tài),從而有效地克服因手機抖動產(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)就是這個原理。

HIS混合視頻防抖技術(shù)其實就是由硬件層面的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在快速移動狀態(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。

AIS智能防抖就是加入了AI,它集成了OIS以及EIS的優(yōu)點,然后通過人工智能算法來實現(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,便引入了這項技術(shù),之后的P30系列也有搭載。

總結(jié)

總的來說,目前手機防抖技術(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,其實原理都是基于OIS光學(xué)防抖,在此基礎(chǔ)上進行一些改進。

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

相機抖動主要指輕微生理肌肉、手的震動;運動模糊通常指如果相機或拍攝對象在曝光期間移動,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),由于手機的CMOS圖像傳感器是逐行掃描逐行進行曝光,直至所有像素點都被曝光。 因此,在此期間移動的任何畫面里的元素都可能會出現(xiàn)扭曲。所以,手機加入防抖技術(shù)還是很有必要的,可以避免拍照時因為手部抖動等因素造成畫面模糊,提高成像的清晰度。另外由于其能對手部抖動進行一定的補償,因此可以一定程度延長曝光時間來提高進光量,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商用時代的快速到來,手機視頻應(yīng)用場景和需求將持續(xù)增。長手機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,無需花費大價錢購買專業(yè)的防抖設(shè)備,只需1部手機便可拍攝一段不錯的視頻。

編輯:hfy
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