防抖技術(shù)的革新 回顧EIS和OIS的防抖原理

自從以高通驍龍710為代表的移動平臺被“賤賣”到千元價(jià)位開始，性能就不再是智能手機(jī)的短板所在。特別是驍龍765G/768G、麒麟820、天璣800/820和Exynos 980/880等新一代中端SoC的普及，更是賦予了5G手機(jī)足以滿幀運(yùn)行《王者榮耀》和《和平精英》等常見3D手游的動力，此時(shí)拍照和攝像便成為了提升用戶感知體驗(yàn)的全新戰(zhàn)場。

而防抖技術(shù)，就是能幫助手機(jī)廠商在這局部戰(zhàn)場取得優(yōu)勢的重要籌碼之一，長焦、夜拍和視頻則是最能檢驗(yàn)其效果的功能模式。

長焦防抖

一款手機(jī)要想拍清遠(yuǎn)處的風(fēng)景，必須搭配長焦鏡頭。但是，正如CFan曾在《智能手機(jī)的望遠(yuǎn)鏡！潛望式長焦鏡頭哪家強(qiáng)？》特別話題中所說，和采用相同結(jié)構(gòu)的主攝相比，長焦鏡頭為了實(shí)現(xiàn)更長的焦距，傳感器尺寸通常都比較小，意味著它們的進(jìn)光量偏小，不適合暗光環(huán)境。同時(shí)，焦距越長拍攝時(shí)的抖動問題就越明顯，一顆合格的長焦鏡頭，必須搭配OIS光學(xué)防抖功能。

5X以上潛望式長焦鏡頭必須搭配OIS才能保證拍攝的穩(wěn)定

夜拍防抖

在光線充足時(shí)，絕大多數(shù)手機(jī)都能“隨手一拍就是好照片”。但是，在光線昏暗的夜晚，則是低素質(zhì)傳感器的“照妖鏡”，為此幾乎所有手機(jī)廠商都推出了所謂的“夜景模式”。其中，最具代表性的就是華為/榮耀手機(jī)主打的“AIS手持超級夜景”，該技術(shù)最早誕生于P20手機(jī)時(shí)代，依托于當(dāng)年麒麟970芯片內(nèi)集成的NPU單元，無需聯(lián)網(wǎng)就能在手機(jī)端進(jìn)行實(shí)時(shí)的AI手持檢測、AI光線檢測、AI防抖處理，最后實(shí)現(xiàn)AI圖像合成。哪怕沒用三腳架固定，也能一鍵呈現(xiàn)漂亮清晰的夜景照片。

視頻防抖

視頻防抖主要以EIS電子防抖和OIS光學(xué)防抖為主，前者屬于軟件算法，在AI技術(shù)的加持下效果越來越好。而OIS源于特殊結(jié)構(gòu)的鏡頭硬件，可以帶來更趨完美的防抖能力。如今，采用EIS+OIS的HIS混合防抖技術(shù)組合正在成為中高端手機(jī)的潮流趨勢，兼顧軟硬防抖的優(yōu)點(diǎn)。

需要注意的是，在錄制視頻時(shí)，開啟EIS電子防抖或HIS混合防抖功能后，取景畫面邊緣的部分內(nèi)容會被自動“剪裁”，而這些被剪裁掉的畫面就是用于補(bǔ)償抖動的素材。為了減少開啟防抖技術(shù)就大幅減少視頻畫面的問題，以華為P40 Pro和OPPO Reno4 Pro為代表的手機(jī)在開啟視頻防抖技術(shù)時(shí)，超廣角鏡頭會接替原本屬于主攝的錄制任務(wù)，由于超廣角鏡頭默認(rèn)的取景畫幅更大，所以經(jīng)過EIS裁切之后畫幅損失相對較少，有效保證了取景畫面。

使用超廣角鏡頭搭配超級視頻防抖功能是未來的發(fā)展趨勢

防抖技術(shù)的革新

隨著競爭的日趨激烈，幾乎所有的新款5G手機(jī)都支持EIS、OIS、AIS、HIS其中的一種或多種。在技術(shù)趨于同質(zhì)化的今天，“人無我有，人有我優(yōu)”的精神自然就更加值得提倡了。而vivo X50 Pro主打的微云臺超感光鏡頭，就是這一態(tài)度的真實(shí)展現(xiàn)。

回顧EIS和OIS的防抖原理

CFan在過去曾經(jīng)介紹過，EIS屬于“軟件派”，它通過每一部手機(jī)必備的加速度和陀螺儀傳感器偵測手機(jī)抖動的幅度，并借助SoC內(nèi)集成的ISP和NPU單元的計(jì)算力動態(tài)調(diào)節(jié)ISO、快門和成像算法來做模糊修正，ISP和NPU越先進(jìn)，最終的成像和防抖效果就越出色。

OIS光學(xué)防抖功能屬于EIS的升級版，智能手機(jī)常用的OIS都是依靠磁力包裹懸浮鏡頭（準(zhǔn)確來說是鏡頭內(nèi)的鏡片），鏡頭內(nèi)的陀螺儀偵測到微小的移動，并且會將信號傳至ISP即時(shí)計(jì)算需要補(bǔ)償?shù)奈灰屏?，然后通過電磁力驅(qū)動懸浮的鏡頭朝相反方向位移，從而使光路保持穩(wěn)定，有效克服因手機(jī)的振動產(chǎn)生的影像模糊問題。

在OIS背后，還存在滾珠防抖、彈簧防抖、懸絲防抖等不同的技術(shù)流派，在手機(jī)晃起來拍視頻時(shí)鏡頭內(nèi)會傳出不同的快板聲，限于篇幅本文就不再贅述了。

總之，EIS和OIS一個(gè)靠“算”，一個(gè)靠“動”，顯然還是更賣力的OIS效果更好一些。但是，OIS光學(xué)防抖懸浮的鏡頭依舊不夠完美，比如其運(yùn)動的自由度被限制在了XY平面內(nèi)，防抖角度只有正負(fù) 1°左右，僅能實(shí)現(xiàn)小范圍的平移運(yùn)動。因此，OIS應(yīng)付小幅振動壓力不大，但遇到大幅的手抖就難以補(bǔ)償了。此外，OIS懸浮的鏡頭和內(nèi)部的CMOS有時(shí)會出現(xiàn)運(yùn)動幅度不一的情況，從而出現(xiàn)畫面上的損失。

淺析微云臺超感光鏡頭

從本質(zhì)上來看，微云臺技術(shù)和OIS光學(xué)防抖比較像，但OIS光學(xué)防抖只實(shí)現(xiàn)了鏡頭的懸浮，而微云臺技術(shù)則是將整套相機(jī)模組給懸浮起來，從而改變了防抖作用的維度。

根據(jù)vivo的官方資料來看，微云臺鏡頭模組包括限位機(jī)構(gòu)、雙滾珠懸架、鏡頭、音圈馬達(dá)、雙S型FPC排線、T-FPC、磁動力框架以及保護(hù)蓋構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)X軸、Y軸雙軸轉(zhuǎn)動。

它利用陀螺儀測量出手機(jī)抖動方向和位移，利用洛倫茲力控制相機(jī)模組，進(jìn)行反向運(yùn)動補(bǔ)償，通過不斷調(diào)整，保持畫面穩(wěn)定。但由于其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，所以整體面積約為普通主攝平均占版面積的5倍、潛望式攝像頭的3.2倍，是云臺實(shí)現(xiàn)小型化的難點(diǎn)，也是業(yè)內(nèi)面對的主要挑戰(zhàn)。

為了解決這個(gè)問題，vivo采用異形結(jié)構(gòu)磁動框架堆疊方式，最終實(shí)現(xiàn)了微云臺鏡頭的小型化：363平方毫米的占板面積，（模塊）厚度僅有4.5mm，而且它采用雙S型FPC排線，經(jīng)過上百次制具調(diào)整，（排線）厚度僅有0.07mm。

從X50 Pro的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，其采用的微云臺超感光鏡頭所占的空間相當(dāng)于其他3顆鏡頭的總和，但也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于最初的設(shè)計(jì)，達(dá)成了小型化的既定目標(biāo)。

由于微云臺是整套相機(jī)模組都處于懸浮狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)更多方向的防抖校正，而且它的轉(zhuǎn)動角度更是高達(dá)正負(fù)3°，是傳統(tǒng)OIS光學(xué)防抖的3倍，整套相機(jī)模組和CMOS傳感器的運(yùn)動幅度整齊劃一，足以抵消大幅振動對拍攝畫面穩(wěn)定性的影響。

視頻夜拍兩相宜

得益于全新的結(jié)構(gòu)和更大的補(bǔ)償角度，我們可以將微云臺鏡頭視為更完美的OIS鏡頭，可以獲得超預(yù)期的視頻防抖能力。但細(xì)心的朋友應(yīng)該已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，vivo在宣傳X50 Pro的這顆鏡頭時(shí)還用了“超感光”這個(gè)關(guān)鍵詞。

還記得哪家手機(jī)廠商最喜歡主打“超感光鏡頭”嗎？沒錯(cuò)，就是華為和榮耀，它們所搭配的RYYB傳感器的手機(jī)就喜歡突出“超感光鏡頭”這一賣點(diǎn)。

X50 Pro的這顆鏡頭之所以也具備“超感光”的特性，是因?yàn)関ivo為其準(zhǔn)備了全新定制的IMX598傳感器（1/2.0英寸），且搭配了f/1.6大光圈，感光性能較之主流的f/1.8更好。此外，微云臺結(jié)構(gòu)的更強(qiáng)防抖能力可以讓相機(jī)APP在拍照時(shí)獲得更長的曝光時(shí)間，而且X50 Pro在低光環(huán)境下還能觸發(fā)極夜算法，應(yīng)用RAW域AI降噪算法拍攝出清晰、噪點(diǎn)少的圖片。根據(jù)vivo實(shí)驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)，微云臺的防抖暗光成片能力是無光學(xué)防抖的12.5倍，普通光學(xué)防抖暗光成片能力的2倍。

體積依舊是最大缺陷

總的來說，微云臺超感光鏡頭賦予了vivo X50 Pro更極致的防抖能力，3倍于傳統(tǒng)OIS的光學(xué)防抖能力意味著更長的安全快門時(shí)間，捕捉更多環(huán)境光線，哪怕不借助多幀合成算法也能獲得更加清晰明亮的暗光畫面。

但是，就傳感器的底層素質(zhì)而言，vivo X50 Pro所搭配的索尼IMX598依舊屬于中檔級別，缺少了“底大一級壓死人”的先天傲骨。因此，與其同期發(fā)布的X50 Pro+所采用的三星ISOCELL GN1就成為了讓人羨慕嫉妒恨的存在，后者的傳感器尺寸達(dá)到了破天荒的1/1.3英寸，擁有5000萬像素值，支持Dual PD和Tetracell技術(shù)，單像素1.2μm（四合一等效像素面積2.4μm），其各項(xiàng)指標(biāo)足以媲美索尼專為華為P40系列定制的旗艦級IMX700傳感器。

vivo X50系列參數(shù)對比

可惜，微云臺鏡頭技術(shù)并不適合這種“大底”傳感器，我們不妨看看vivo X50 Pro的微云臺鏡頭實(shí)物大小，它已經(jīng)算是智能手機(jī)可以容納的相機(jī)模組的體積極限了，除非你能忍受更厚重的機(jī)身設(shè)計(jì)，否則短期內(nèi)應(yīng)該是看不到ISOCELL GN1+云臺結(jié)構(gòu)的可能。

當(dāng)然，我們也希望微云臺鏡頭可以繼續(xù)朝著微型化的方向再進(jìn)一步，并最終實(shí)現(xiàn)旗艦級傳感器的“云臺夢”。
編輯：hfy