手机微云台防抖有多强?运动相机也得礼让三分

  • 2022-01-20
  • John Dowson

[PConline 杂谈]这几年音频市场风起云涌,AirPods的崛起,让无线耳机俨然成为了业界的新风潮。但无线耳机并不以高音质见长,对于关注传统HiFi音频的朋友来说,很久没有令人激动的消息了。现企业铭

手机微云台防抖有多强?运动相机也得礼让三分企业铭

前言

平时大家拍摄视频的时候,是否因为手抖或颠簸总是拍不到稳定的画面?特别是宝爸宝妈们想拍好活蹦乱跳的小朋友,简直比登天还难。为了拍照拍视频,有些朋友还斥巨资购入专业设备,发现不久后便躺在某个角落吃灰了。随着科技的发展,手机对日常生活记录做出了许多优化,我们也能看到部分厂商为了用户能随手拿起手机安心记录生活做出得努力,其中手机的防抖能力,便是重点成果之一。

(本文第三部分:微云台防抖效果能否媲美运动相机?)

一、手机两大主流防抖技术

在和各位朋友聊微云台前,笔者先来讲讲光学防抖和电子防抖。目前,手机的防抖技术不仅仅是保证图像变得更清晰,而是为计算摄影提供更优质的原始信息采集。

光学防抖(Optical Image Stabilization)

常见的光学防抖(OIS)是在手机的镜头模组中加入可活动的防抖镜片组,根据手机抖动方向施加一个反方向动作,抵消掉部分抖动。优点是在降低快门速度时依旧能保证画面清晰,缺点是镜组的活动导致边缘画质劣化,镜头内部还要预留额外的活动空间增大模组的体积。

(光学防抖)

电子防抖(Electric Image Stabilization)

电子防抖(EIS)的本质是收缩视野后通过算法,提取图像上的特征点,计算特征点之间的相对位移差,从而计算出图像整体的位移,对图像做不同区域的裁剪。优点是减少光学组件的添加节省成本,缺点是画面稳定导致拍摄视角损失,光线不足时录制视频,将出现更严重的运动模糊。

(电子防抖)

(EIS开启时,弱光下易出现更严重的运动模糊)

二、行业对防抖技术的大胆探索

面对光学防抖的边缘画质劣化和电子防抖的视角损失及弱光下的运动模糊,2020年,两种全新的手机防抖的解决方案面世:苹果上的传感器位移式防抖技术和系列首发的微云台。这两种防抖解决方案都是建立在光学元件可活动的前提下,但却不完全相同。

(微云台)

传感器位移式防抖(Sensor-Shift Optical Image Stabilization)

苹果iPhone 12 Pro Max的主摄首发搭载了传感器位移式防抖,可以实现每秒5000次的计算,官方宣称手持的快门速度可以达到最多2秒。

(iPhone 13全系列主摄标配传感器位移式防抖)

传感器位移式防抖最早应用于数码相机,将传感器固定在通过电磁效应平行滑动的平台上,利用电磁的迟滞性使传感器在短时间内固定不动,达到防抖的目的。不过,苹果iPhone上的传感器位移式防抖为双轴,仅可抵消X、Y两个反向的抖动,相比目前高端无反相机配备的五轴防抖,有一定的局限性。

微云台防抖(Gimbal Stabilization)

微云台是由限位机构、双滚珠悬架、镜头、音圈马达、双S型FPC排线、T-FPC、磁动力框架以及保护盖构成,精巧双滚珠悬架结构让微云台实现立体防抖,防抖角度达到±3°,是传统OIS光学防抖的300%,提供了更好的防抖性能。双S型FPC排线结合独创的异性磁动框架堆叠方案,最终实现了将较普通主摄5倍、潜望式摄像头3.2倍平均占版面积的微云台塞进了仅为8.04mm厚、181.5g重量的vivo X50 Pro上。

(微云台)

微云台防抖是镜片、传感器等元器件的整体运动,模组内部不会存在相对位移。由于微云台减少了防抖镜片组的加入,规避了OIS的边缘画质劣化,与日趋成熟的EIS相结合,是新一代镜头防抖的良方。同时,微云台的运动是立体的,与稳定器的原理一致,属于多轴稳定,适应能力更强。

三、微云台的应用

目前搭载微云台的手机品牌为vivo和iQOO,经历了多代微云台的发展,新一代的微云台表现究竟如何呢?下面笔者以vivo的影像旗舰X70 Pro+来为大家展开谈谈。

(vivo X70 Pro+)

极为强悍的拍照防抖

目前在vivo X70 Pro+的拍照模式使用超广角时,微云台将强制开启工作,晃动手机,可以看到后置影像模组中的超广角镜头在努力抵消手机的抖动。

(微云台工作状态)

在vivo X70 Pro+上有个名为“防抖助手”的功能,在拍摄倍率为0.6x~1.9x时,部分模式下将显示防抖辅助工具。开启后,拍摄界面中心将出现同心圆的辅助显示,只要小圆点在手机抖动时不超过内圈圆,则能获得相对稳定的画面。

实测用超广角拍摄,在辅助工具建议的范围内倾斜晃动手机,画面基本没有明显抖动。

微云台防抖与电子防抖结合带来最大的提升就是极限弱光的拍摄能力,笔者在凌晨昏暗的小区里用vivo X70 Pro+搭载了微云台的超广角的夜景模式拍摄了一些素材,仅供大家参考,首先是手持10秒的弱光环境:

成片:

手持5秒大光比暗光环境:

成片:

可以看出双防抖协同下,搭载微云台的vivo X70 Pro+夜景成片观感符合人眼的高动态范围,纯净度和细节也超过了人眼实景观测,十分震撼。只要控制一下手部的抖动幅度,曝光10秒以上完全不是问题,哪怕没有带三脚架,用搭载微云台的设备一样能自由拍摄。

微云台防抖效果能否媲美运动相机?

微云台的拍照防抖这么强悍,那么在视频防抖能否与主流的运动相机有的一拼呢?笔者准备了vivo X70 Pro+、GoPro HERO9 Black和一台普通手机作为对照,将三台设备固定,拍摄了三组不同场景的视频做成GIF,让大家来参考一下防抖的效果。

场景1:正常走动

下面为普通手机(EIS)拍摄效果:

下面为GoPro HERO9 Black(增强型EIS Hyper Smooth 3.0)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(超级防抖)拍摄效果:

下面为GoPro HERO9 Black(地平线防抖)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(地平线防抖)拍摄效果:

在正常走路时,三台设备的防抖效果都比较接近,在开启地平线防抖后,运动相机和微云台的稳定效果有明显提升。

场景2:下楼梯

下面为普通手机(EIS)拍摄效果:

下面为GoPro HERO9 Black(增强型EIS Hyper Smooth 3.0)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(超级防抖)拍摄效果:

下面为GoPro HERO9 Black(地平线防抖)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(地平线防抖)拍摄效果:

下楼梯的场景,对设备的稳定程度开始有了一定的挑战,主要是上下的运动幅度较大。可以看到瞬时过大的运动幅度,让电子防抖的弊端显现,画面出现了运动模糊的叠加。运动相机的发挥比较稳定,由于微云台的活动角度有限,因此搭载微云台的X70 Pro+会出现画面视角突然稍微偏移的情况。

场景3:跑步

下面为普通手机(EIS)拍摄效果:

下面为GoPro HERO9 Black(增强型EIS Hyper Smooth 3.0)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(超级防抖)拍摄效果:

下面为GoPro HERO9 Black(地平线防抖)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(地平线防抖)拍摄效果:

跑步算是对我们日常拍摄场景的终极考验了,基本所有设备都在画面中心出现了电子防抖的运动模糊叠加问题。不过有意思的是,不论运动相机和搭载微云台的X70 Pro+的稳定表现较走路更好,看来厂商对设备的稳定能力的调教主要还是在剧烈的运动场景。

总的来说,搭载微云台的X70 Pro+的综合稳定能力已经达到了第一梯队运动相机的保守八成以上,但是对微云台的协调还有一定的提升空间。笔者建议vivo往后可以加强对运动场景侦测的能力,更灵活调用微云台的运动,毕竟机械组件的防抖效果与防抖算法的协同是绝对优于纯防抖算法。

视频模式上,vivo X70 Pro+有四种防抖模式可以选择,分别为:关闭防抖、标准防抖、超级防抖和地平线,其中地平线防抖是微云台和EIS的全新结合之作。开启该功能后,,不论手机怎么面向前方旋转,手机将完全锁定地平线的位置,画面抖动则被微云台很好的缓解。

笔者将GoPro HERO9 Black与vivo X70 Pro+进行同样的抖动测试。vivo X70 Pro+的地平线防抖表现十分出色,综合本次视频防抖体验,可以说购买搭载微云台的设备相当于附赠了运动相机的大部分功能了。

可以看出vivo X70 Pro+的地平线功能已经接近第一梯队的运动相机水平了,同时在玻璃镜片和蔡司T*镀膜的加持下,画面清晰锐利,并且没有鬼影和明显炫光。

下面为GoPro HERO9 Black(地平线)拍摄效果:

下面为vivo X70 Pro+(地平线)拍摄效果:

四、微云台的全新应用和展望

看完微云台在vivo X70 Pro+上的表现,笔者很有感触。手机影像是基于传统光学和数码相机发展的成果,针对微云台微云台的特性,一些丰富的玩法也在笔者的脑海里应运而生。也欢迎各位读者朋友在评论区发表自己对微云台未来的展望,多多益善。

更强的超像素技术

当下,影响手机画质的玩法无非就两种:像素合并和多帧堆栈。像素合并是指将原生高分辨率的传感器像素多合一变成大像素,增加进光量提升弱光画质,同时减少文件体积便于传播,类似后期的缩图操作。

多帧堆栈则是一般在手机HDR模式用的比较多,在极短时间内手机拍摄多张不同亮度的照片,合并成一张暗部不死黑,亮部白中有白的高动态范围照片。手机在夜景模式下也会拍摄多张照片堆叠进行降噪,以增加画面的纯净度。

在微云台极强稳定的加持下,手持就可以实现弱光长曝,拍摄出观感超越肉眼的照片,这让笔者想起了在高端数码相机上的像素位移功能。原理是利用数码相机的防抖元件,以像素为单位移动拍多张照片,后期合并成数倍原始传感器原生分辨率的照片,不过这种操作基本是在三脚架上完成的。

手机的传感器大多为RGGB或RGBW,少部分为RYYB,通过微云台的防抖和精确位移,分别完整记录每种颜色像素上的信息,采样丰富的原始图像数据,再辅以超像素算法。让手机既能通过像素合并实现缩图、多帧堆栈提升画质,也能通过微云台扩大图像的尺寸,结合十分成熟的运动补偿算法,实现巨幅作品的输出。

移动延时和接片

热爱风光摄影小伙伴往往会涉及到拍摄延时和拼接照片素材。固定机位的延时作品往往没有动感的吸睛,微云台特性就像人的眼睛四处转动,当微云台在未来运动可控时,我们可以设定微云台在一定时间内的运动轨迹、起点和终点,然后拍摄延时,这样的拥有动感的作品就会十分出彩。

除了控制云台的主动运动实现延时拍摄的效果,若将云台锁定某个物体,围绕着该物体环绕运动,便可实现大范围环绕延时的效果了,当然这适合非常有耐心的朋友,笔者曾尝试了几次并未坚持下去。

若微云台的活动中心接近手机镜头的光学节点,手机也将具备一定的全景拍摄能力。理想的情况下,通过微云台的运动使手机在不同方向拍摄照片素材,于机内完成全景拼接,最大可导出的全景照片视角取决于微云台可活动范围,既增加了图像尺寸,也相应的增加了视角。

天体追踪

自OIS的发展让手机的夜景拍摄普及后,使用手机夜景模式拍摄的朋友越来越多了。部分手机的摄影发烧友们不满足于星星和月亮,将目光投向了头顶的星空。微云台的特性,让手机拍摄天体成为了可能。除了月亮和太阳,处于宇宙中的天体往往非常暗,若要进行深空拍摄,离不开赤道仪、长焦和稳固的三脚架。

(图源平视觉,已授权)

相机、赤道仪、长焦镜头和三脚架的组合是深空拍摄的必备,而沉重的设备往往会减少出门拍摄的动力,那么微云台到底能做什么呢?别忘了,智能手机集成了许多传感器,其中就包括了GPS、陀螺仪和重力传感器等,在传感器和镜头数据已经确定的情况下,通过GPS提供手机位置数据、陀螺仪判定手机拍摄方向、机身收集重力感应器数据,大致确定了手机的朝向及拍摄倾角。

(图源平视觉,已授权)

既然确定了位置数据,有了该区域天体的运动轨迹,只需要将手机支撑好,微云台将自动追踪并进行长曝光。携带一台手机的动力总比带着一堆设备出门强,或许当手机微云台普及后,将会越来越多准专业人士选择一台手机拍遍天下。

(图源平视觉,已授权)

结语

笔者认为,首先,当微云台的占版面积做到足够小时,手机的超广角、主摄、长焦都将有条件同时搭载,让每一个摄像头都拥有超强的防抖能力,辅助计算摄影的更好的发展。其次,赋予用户控制微云台运动的权利,开发有使用价值的影像功能,如视频运镜、主体跟随等。最后,就是增大微云台的防抖角度,不仅能实现更强的防抖效果,还可以让手机拥有更广阔的全景接片、更大范围的移动延时摄影和全焦段的天体追踪能力。

微云台的诞生,除了为进阶用户提供了更多创意玩法,更多是为普通用户提供可靠的拍摄稳定能力,让大家愿意拿起手机记录生活,轻松拍摄,留下最美好的回忆。

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