防抖讓影像變清晰

影像防抖技術(shù)其實早在膠片時代就已存在，但均是基于光學(xué)鏡片的防抖技術(shù)。到了數(shù)碼時代，由于電子技術(shù)不斷地發(fā)展，出現(xiàn)了復(fù)雜多樣的影像防抖技術(shù)。本期CHIP將對影像防抖技術(shù)進行一次全面的介紹和梳理。

在膠片時代防抖技術(shù)出現(xiàn)之前，攝影者都是按照鏡頭焦距端的倒數(shù)來設(shè)置快門速度，以保證照片不會因震動而發(fā)虛。即使用200mm焦距端拍攝，快門速度也不可低于1/200s或1/250s，這樣才能保證成像清晰。這是因為攝影者在手持相機拍攝時，手部會產(chǎn)生輕微的抖動，且呼吸引起的胸廓運動也會導(dǎo)致相機抖動，在慢速的曝光過程中將導(dǎo)致成像模糊。早年間，攝影學(xué)校在傳授攝影防抖技巧時，老師都教學(xué)生在拍攝時應(yīng)盡量尋找身體可依靠的物體（樹、墻體等），在按下快門之前，上臂夾緊胸廓且屏住呼吸，再進行拍攝，這便是早期的“人體防抖”。但此種防抖的技巧僅有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過攝影知識的攝影師、高端攝影發(fā)燒友才能通曉，普通大眾知之甚少。直到20世紀(jì)90年代，尼康發(fā)明了光學(xué)鏡頭防抖技術(shù)后才將真正的防抖技術(shù)帶給了更多的攝影者。緊接著，佳能將此種光學(xué)防抖技術(shù)率先加入到單反相機的鏡頭中，為廣大攝影愛好者帶來福音。而這之后，包括尼康和佳能在內(nèi)的鏡頭廠商（騰龍、適馬）也將光學(xué)防抖技術(shù)加入到更多的單反鏡頭中，防抖功能成為鏡頭銷售策略中的極為重要的宣傳點。

到了21世紀(jì)初，數(shù)碼相機開始大量出現(xiàn)，光學(xué)防抖技術(shù)出現(xiàn)了一個分水嶺，以美能達、賓得、奧林巴斯和理光為代表的相機廠商研發(fā)了CCD位移式防抖。由于此防抖方式與鏡頭防抖均是在成像光路中實現(xiàn)防抖，因此統(tǒng)稱為光學(xué)防抖。而很多以電子技術(shù)起家的廠商（富士、卡西歐等）則主要是依靠影像算法消除抖動給畫面帶來的負面因素，即電子防抖和數(shù)碼防抖。其中，索尼在收購了美能達獲取了其相機技術(shù)后，在A系列數(shù)碼單反相機中加入了CCD位移式防抖技術(shù)，而三星在與賓得進行合作后，也同樣在自家的產(chǎn)品中加入了類似的防抖功能。另外，在鏡頭的防抖傳感器等電子設(shè)備日益普及后，索尼和三星也研發(fā)了自家的鏡頭防抖技術(shù)。時至今日，防抖技術(shù)也在不斷發(fā)展和完善之中，目前最新的硬件防抖技術(shù)有尼康VR II代、奧林巴斯的五軸防抖以及索尼的一體化防抖技術(shù)，而以軟件技術(shù)著稱的微軟也研發(fā)了視頻防抖技術(shù)（軟件防抖）。

鏡頭防抖

鏡頭防抖技術(shù)通過防抖鏡片組的位移來緩解手持造成的抖動，在帶有光學(xué)防抖功能的鏡頭當(dāng)中，通過鏡頭內(nèi)置的陀螺儀精確感應(yīng)到相機運動，之后再通過鏡頭內(nèi)部電磁元件驅(qū)動鏡片進行反向位移，從而最大程度地抵消抖動引起的圖像模糊，加強了手持拍攝的穩(wěn)定性。

最早的鏡頭防抖技術(shù)（VR）是在1994由尼康發(fā)明的，首款應(yīng)用該技術(shù)的機型是尼康ZOOM 700 VR（北美型號為Zoom Touch 105 VR），這是一款便攜的“傻瓜機”，憑借這一特性它成為當(dāng)時便攜相機中的熱點產(chǎn)品。雖然其鏡頭品質(zhì)和防抖效果較出色，但該相機的售價偏高，所以市場反響不大，此后尼康也并未繼續(xù)生產(chǎn)帶有防抖功能的傻瓜相機。在尼康還未將此種防抖技術(shù)應(yīng)用于單反鏡頭之時，佳能公司于1995年率先在單反相機的鏡頭中加入了IS（Image Stabilizer）圖像穩(wěn)定系統(tǒng)。目前代表性的鏡頭防抖技術(shù)有尼康VR（Vibration Reduction）II代、佳能IS（Image Stabilizer）、索尼的OSS（Optical Stabilized System）、松下MEGA O.I.S.（MEGA Optical Image Stabilizer）和三星的OIS等。

這些防抖技術(shù)利用防抖鏡片組偏移來消除抖動的影像，防抖系統(tǒng)分為檢測單元、補償振動鏡片組和驅(qū)動控制單元3個部分，可以有效防止手部震動引起的輕微抖動，相當(dāng)于提高了3檔左右的快門速度，尤其在使用長焦拍攝時該技術(shù)擁有更好的實用價值。其中早期的VR和IS防抖功能可實現(xiàn)降低約2～3檔快門速度的效果，而最新的尼康VR II代防抖技術(shù)將此效果提升至約降低4檔快門速度。即使用200mm端焦距拍攝，快門速度也可降至約1/30s。

目前這種鏡頭防抖技術(shù)較為成熟，事實上防抖鏡頭組中只有一塊較小可移動的鏡片或鏡片組。其占用的空間小，耗費的電量也較小，效果也比較出色，而且通常速度很快。但是，此種防抖技術(shù)也存在一定問題，可移動的防抖鏡片在位移后，會導(dǎo)致影像部分位置的像差加重，一定程度上犧牲了影像的分辨率。簡而言之，就是以一定的像差代替了影像的模糊，事實上是在分辨率適當(dāng)減低與整體影像模糊二者之中擇其輕者。因此，在很多以提高成像質(zhì)量為主要訴求的定焦鏡頭中并未采用鏡頭防抖技術(shù)，而在變焦比超過2～3倍的變焦鏡頭以及高放大倍率的遠攝定焦/變焦鏡頭中卻很常見。

機身防抖

與鏡頭防抖技術(shù)不同，機身防抖技術(shù)是將影像傳感器安置在可進行上下左右平移的支架上，再由陀螺儀傳感器感應(yīng)相機位移的方向和幅度，并將數(shù)據(jù)傳輸給處理器計算出可抵消抖動的位移量和方向，再通過電磁元件對影像傳感器進行反向位移，以實現(xiàn)防抖的功能。因此，該防抖技術(shù)被稱為機身防抖。由于該防抖技術(shù)也是在成像光路中實現(xiàn)的，因此也被劃為光學(xué)防抖這一大類中。機身防抖技術(shù)的代表有柯尼卡美能達AS系統(tǒng)（Anti-Shake）、賓得SR（Shake Reduction）、理光CCD防抖技術(shù)、索尼Super Steady Shot（收購美能達的技術(shù)后）以及奧林巴斯五軸防抖等。與鏡頭防抖相比，機身防抖在結(jié)構(gòu)設(shè)計上避免了光學(xué)鏡片位移所產(chǎn)生的球差等像差，但是也需要對應(yīng)鏡頭能夠提供更大的成像像場，以便于傳感器實現(xiàn)較大的位移量。

機身防抖出現(xiàn)后，當(dāng)時采用此種防抖技術(shù)的廠商都如此宣傳該技術(shù)優(yōu)點：無論膠片還是數(shù)碼時代的鏡頭通過機身防抖都可實現(xiàn)防抖效果，且原廠和副廠的鏡頭都可實現(xiàn)；鏡頭中由于無防抖系統(tǒng)，因此購置的成本更低；無鏡片需要位移，因此鏡頭的成像質(zhì)量更加有保障。但是，機身防抖的效果要弱于鏡頭防抖；機身配備防抖技術(shù)后，售價較高；機身防抖部件的加工精度高，存在一定的個體差異。

在2012年2月的CP+展會上，奧林巴斯推出了具備五軸防抖功能的E-M5，在傳統(tǒng)的機身防抖技術(shù)上進行了提升。普通機身防抖系統(tǒng)在運作時，影像傳感器只能做上、下、左、右的平行移動，后來賓得在機身防抖技術(shù)中添加了兩個對角線方向的平移，但這都只是讓影像傳感器在焦平面的固定面進行位移。而奧林巴斯的五軸防抖功能可讓影像傳感器在水平和垂直軸上進行俯仰和搖擺（類似大畫幅座機后組的俯仰和搖擺），還可使影像傳感器在光軸上進行傾斜。對于實際拍攝來說，由于用戶在實際按下快門時，相機的震動不僅是上下和左右平移，而是多種方向的混合震動。因此，五軸防抖系統(tǒng)更加全面地顧及了實際拍攝中的抖動情況。另外，該五軸防抖系統(tǒng)同樣可用于視頻拍攝中。與傳統(tǒng)的鏡頭防抖和機身防抖相比，五軸防抖在視頻拍攝中的防抖效果更為出色，即使在走動和小跑時也基本可達到與斯坦尼康穩(wěn)定器（Steadicam）一般的效果，也就是說，五軸防抖猶如“內(nèi)置的斯坦尼康”。目前，五軸防抖幾乎是硬件防抖中最為先進的防抖技術(shù)。

電子防抖

除了光學(xué)防抖技術(shù)之外，防抖技術(shù)在發(fā)展過程中還出現(xiàn)過數(shù)碼防抖和電子防抖兩種類型。這兩種防抖技術(shù)普遍存在于低端卡片數(shù)碼相機中。其中，數(shù)碼防抖技術(shù)主要通過硬性提升ISO感光度的方式來變相提高快門速度，以實現(xiàn)防抖要求，但這無疑會產(chǎn)生更多的影像噪點。部分廠商為解決這一問題，在設(shè)計時還加入了強力降噪功能，但這對影像清晰度會有一定的負面影響。因此，此種防抖方式如今已處于被淘汰的邊緣。

電子防抖則是通過在影像處理器中添加獨特的影像算法來實現(xiàn)防抖功能。采用此種防抖方式的數(shù)碼相機，在拍攝時如果影像傳感器捕捉到了模糊的影像，那么影像處理器會依據(jù)影像是否模糊以及模糊的程度，將模糊的單體像素進行相鄰比較，對某些景物影像的邊緣、線條和色彩的像素進行再處理，最終獲得較清晰的影像。雖然此種防抖方式對影像噪點的控制較好，但在實際拍攝完成后用戶需耗費一定時間進行影像防抖處理，而且其防抖的效果受制于景物的反差、色彩的變化等先天因素及像素算法的精確度等方面的影響，影像某些邊緣和色彩的處理會較好，但也會有某些景物的細節(jié)存在模糊的現(xiàn)象，因此實際的效果并不太理想。目前，千元以上的卡片數(shù)碼相機已摒棄了這兩種防抖方式，普遍會采用光學(xué)防抖，而某些千元以下和國產(chǎn)品牌的卡片數(shù)碼相機有的還在使用這些防抖方式。而目前大部分的手機攝像頭也都會采用電子或數(shù)碼防抖。

多張合成防抖

除了以上較成熟的硬件防抖技術(shù)和趨于淘汰邊緣的軟件防抖技術(shù)之外，數(shù)碼相機中還出現(xiàn)了專為靜態(tài)照片拍攝而設(shè)計的多張合成防抖技術(shù)。該技術(shù)是在光照強度較低的情況下，以較高的ISO感光度快速拍攝4～6張照片，再由相機的影像處理器進行影像合成，以期減少照片中的噪點。目前，索尼、佳能和三星的多款可換鏡頭數(shù)碼相機（單反和微單數(shù)碼相機）皆具備此種防抖技術(shù)。在實際應(yīng)用效果上，該防抖方式可實現(xiàn)相當(dāng)于降低約兩檔感光度的效果（影像噪點），而且影像的清晰度也有較好的保障。

視頻防抖

事實上，在視頻拍攝領(lǐng)域，早在1976年電影和電視行業(yè)里就已存在硬件防抖技術(shù)，最具代表性的當(dāng)屬斯坦尼康穩(wěn)定器（Steadicam）。按照硬件種類的劃分，斯坦尼康穩(wěn)定器不屬于攝像機等影像設(shè)備的主要部件，而是屬于影像的附件系統(tǒng)。斯坦尼康穩(wěn)定器由承重背心、彈簧減震力臂和穩(wěn)定平衡桿等部件組合而成。早期的斯坦尼康穩(wěn)定器是為電影攝影機和電視攝像機而設(shè)計的，其防抖效果極佳，即使是在跑動跟拍的過程中，也可保持優(yōu)良的穩(wěn)定度。但是該附件也頗耗費攝影師的體力，使用前還需精心調(diào)教重心，而且其售價高昂（約2萬元），因此目前仍被限定在特定行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。近幾年，隨著相機視頻拍攝功能的發(fā)展，很多廠商都已研發(fā)出了小型的類似斯坦尼康的穩(wěn)定器且售價便宜，被大量應(yīng)用于微電影制作中。與各種防抖技術(shù)相比，斯坦尼康穩(wěn)定器的拍攝自由度極大，更為適合拍攝視頻的長鏡頭和運動鏡頭。

2012年，索尼還研發(fā)了平穩(wěn)光學(xué)防抖技術(shù)，并將其用于PJ760E和CX760E兩款家用高清攝像機之中。該技術(shù)將影像傳感器和鏡頭固定在一體化的“模塊”結(jié)構(gòu)中，再通過馬達與機身框架結(jié)構(gòu)連接，鏡頭與影像傳感器組成的模塊“懸浮”于機身中。當(dāng)機身發(fā)生抖動時，陀螺儀偵測抖動后，防抖馬達就會驅(qū)動“模塊”作反向運動，保持影像的穩(wěn)定。這與坦克采用的炮口穩(wěn)定技術(shù)類似（坦克在行進時，雖然車身在顛簸，但炮口通過陀螺儀卻能一直瞄準(zhǔn)于既定目標(biāo)）。在實際效果上，平穩(wěn)防抖技術(shù)的效果遠超普通光學(xué)防抖，即使在慢跑中進行視頻拍攝也可保證能有出色的畫面穩(wěn)定度。而且，其在長焦距端也可保持良好的防抖效果，并能避免成像像差等不利影響。