數(shù)碼相機(jī)中搭載的常見防抖技術(shù)

什么是防抖？

在膠片相機(jī)全盛的時代，普通人很難拍出好看的照片。因為在拍攝時需要根據(jù)自己的經(jīng)驗設(shè)置適當(dāng)?shù)目扉T速度、光圈值、曝光參數(shù)等，或者為了能夠準(zhǔn)確對焦，還需要通過觀察進(jìn)行手動對焦調(diào)整。如果使用單反相機(jī)拍攝，則更加復(fù)雜，

但如今，由于相機(jī)/手機(jī)上搭載了很多自動拍攝模式，所以出現(xiàn)過曝或欠曝的照片減少了。在數(shù)碼單反相機(jī)中，自動設(shè)置和調(diào)整的功能越來越多，出現(xiàn)拍攝失敗的情況越來越少。

在這種背景下，拍攝失敗的最大原因是“抖動”。抖動并不意味著沒有合焦。如今，自動對焦的相關(guān)功能已經(jīng)比較成熟了，所以只要在確認(rèn)焦點已經(jīng)對準(zhǔn)之后按下快門，圖像一般不會模糊，但在環(huán)境較暗的場景下拍攝或拍攝移動對象時會發(fā)生抖動。

抖動分為被攝體抖動和手抖動兩種。被攝體抖動指的是當(dāng)拍攝對象為運動員、寵物、行駛中的電車或汽車等正在移動的被攝體時產(chǎn)生的抖動。而手抖動是由按下快門按鈕時的手抖動導(dǎo)致的相機(jī)/手機(jī)振動。即使在拍攝靜止的風(fēng)景照片時，手抖動也會發(fā)生。

與膠片相機(jī)時代相比，使用數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片的抖動現(xiàn)象更加嚴(yán)重。這是因為，使用數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片的應(yīng)用環(huán)境往往更容易讓人們注意到抖動。在膠片相機(jī)時代，人們很少會把照片放大顯示。但對于使用數(shù)碼相機(jī)拍攝的照片，人們則經(jīng)常使用顯示屏進(jìn)行全屏顯示。隨著顯示分辨率的增大，哪怕是細(xì)微的抖動，也容易讓人注意到。

防止抖動的最有效方法就是在拍攝時提高快門速度。當(dāng)快門速度足夠快時，就可以抑制被攝體抖動和手抖動。不產(chǎn)生抖動的安全快門速度一般是焦距的倒數(shù)。當(dāng)使用500 mm?的超長焦鏡頭時，快門速度要保持在?1/500?秒以上；當(dāng)使用?100 mm?的長焦鏡頭時，快門速度要保持在?1/100?秒以上；當(dāng)焦距為?50 mm?時，快門速度就要保持在?1/50?秒以上，這樣就不容易發(fā)生抖動了。如果使用?24 mm?的廣角鏡頭，快門速度要設(shè)定為?1/24秒，其實廣角鏡頭通常是大光圈鏡頭，所以原本就很少出現(xiàn)抖動的情況。但是，我們不可能總是在能夠以較高的快門速度拍攝的明亮環(huán)境下拍攝，而且使用適當(dāng)?shù)墓馊涂扉T速度組合進(jìn)行拍攝才是對普通用戶來說的理想狀態(tài)。

解決由手抖動導(dǎo)致的拍攝失敗的最有效方法是使用三腳架保持相機(jī)機(jī)身固定不動。但在很多情況下我們無法隨身攜帶三腳架，而且也不能奢望在所有的拍攝中都使用三腳架。

所以，人們研發(fā)出了僅憑相機(jī)本身就可以直接消除因手抖動導(dǎo)致拍攝失敗的功能。這就是防抖功能。

防抖作為能夠提高拍攝出片率的技術(shù)，在數(shù)碼相機(jī)的眾多功能中受到了特別關(guān)注。而且，這個功能如今也在日新月異地持續(xù)發(fā)展。以下是數(shù)碼相機(jī)中搭載的具有代表性的?4?種防抖技術(shù)：

●? ?高感光度防抖

●? ?電子防抖

●? ?鏡片位移式光學(xué)防抖

●? ?圖像傳感器位移式光學(xué)防抖

? 高感光度防抖

被攝體之所以產(chǎn)生抖動，是因為在圖像傳感器產(chǎn)生電荷的期間被攝體發(fā)生了移動。如果能夠縮短電荷產(chǎn)生時間，被攝體移動的幅度就會變小，被攝體產(chǎn)生的抖動也會隨之變少。

設(shè)定較高的快門速度就可以縮短電荷的產(chǎn)生時間。換句話說，只需提高快門速度即可。但是，我們不能因此就胡亂設(shè)定快門速度。如果快門速度過快，在拍攝時正常曝光所需的光量就會不足，照片看上去會變得昏暗，嚴(yán)重時照片會一片漆黑。尤其是在夜景拍攝等必須在光較暗的場景下拍攝的場景中，需要特別注意。

要想在保證足夠快的快門速度的同時保持足夠的亮度，只要設(shè)置足夠大的?ISO?感光度就可以了。這種方法稱為高感光度防抖。高感光度防抖是最基本最有效的防抖方式。

高感光度防抖的優(yōu)點在于無須添加任何特殊的結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)防抖，而且可以同時減輕被攝體抖動帶來的影響。

被攝體抖動和手抖動的差異在于在人像拍攝中，手抖動不光會導(dǎo)致人物模糊，也會導(dǎo)致背景模糊，而被攝體抖動則是只有人物模糊，背景是清晰的。換句話說，高感光度防抖也可以有效抑制這種被攝體抖動。所以，高感光度防抖經(jīng)常與其他的防抖方式結(jié)合起來使用。

高感光度防抖的缺點是噪點將變多。

電子防抖

電子防抖是利用圖像傳感器和影像處理器的運算處理來避免被攝體抖動的方法（圖1）。在按下快門時相機(jī)會自動拍攝多張照片，然后對這些圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行比較運算，判斷其中是否存在手抖動，并自動校正手抖動。

此時，由于手抖動會導(dǎo)致原本的構(gòu)圖出現(xiàn)偏差，所以實際用于生成照片數(shù)據(jù)的有效像素區(qū)域小于可拍攝的最大像素區(qū)域。這是因為，如果不采取這種做法，當(dāng)試圖比較多個圖像時，就會出現(xiàn)一些無法進(jìn)行比較的區(qū)域。而且，為了便于影像處理器進(jìn)行運算，此時的圖像數(shù)據(jù)不會被記錄到存儲卡中，而會被記錄到緩沖存儲器中。對比最初的圖像數(shù)據(jù)和后來拍攝的數(shù)據(jù)，將“為了讓被攝體以相同方式出現(xiàn)在畫面中而移動的區(qū)域”作為后來拍攝的圖像數(shù)據(jù)的有效像素區(qū)域。然后，進(jìn)行數(shù)據(jù)運算，生成沒有抖動的圖像。

圖1：電子防抖

電子防抖的優(yōu)點和高感光度防抖一樣，都是無須添加任何特殊的結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)防抖，缺點是不能有效地使用圖像傳感器的受光面積。常見的數(shù)碼相機(jī)中可以使用的有效像素區(qū)域是圖像傳感器的?90%?左右，而如果使用電子防抖功能，則為60%~50%。另外，電子快門還有一個缺點，那就是在拍攝多張照片的過程中，如果被攝體運動過快，則無法完全校正抖動。

鏡片位移式光學(xué)防抖

手抖動指的是從被攝體射入相機(jī)內(nèi)部的光的光軸偏離鏡片中心的現(xiàn)象。因此，為了讓光軸在這種情況下也可以到達(dá)鏡片中心位置，就需要通過修正光的前進(jìn)路徑校正手抖動。因為對光的前進(jìn)路徑的修正需要通過移動相機(jī)鏡頭內(nèi)的特定鏡片實現(xiàn)，所以這種方法稱為鏡片位移式光學(xué)防抖或者鏡頭防抖（圖2）。

圖2：鏡片位移式光學(xué)防抖

通過移動相機(jī)鏡頭中特定的鏡片修正光的折射方向，以校正圖像因抖動產(chǎn)生的模糊。有些超長焦鏡頭在采用鏡片位移式光學(xué)防抖時，最大移動距離可以達(dá)到?5 mm。相機(jī)機(jī)身的振動由陀螺儀傳感器檢測。陀螺儀是可以檢測出物體在振動時的旋轉(zhuǎn)和振動在垂直方向上產(chǎn)生的力，并可以測量其三維運動的裝置。然后，以傳感器測到的三維運動數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)振動量大小使用驅(qū)動器移動光學(xué)系統(tǒng)部分組件（校正光學(xué)組件），修正光的折射方向，使光照射到正確的位置上。這里的驅(qū)動器也可以稱為驅(qū)動裝置。除了使用驅(qū)動器來驅(qū)動鏡片以外，還有通過驅(qū)動器驅(qū)動可變棱鏡或激活棱鏡，以修正光的折射方向的方式（圖3）。

圖3：移動可變棱鏡實現(xiàn)鏡片位移式光學(xué)防抖

圖像傳感器位移式光學(xué)防抖

鏡片位移式光學(xué)防抖通過移動鏡片使光軸恢復(fù)到了原本預(yù)計的照射位置，其實移動圖像傳感器也可以得到同樣的效果。通過移動圖像傳感器防抖的方法稱為圖像傳感器位移式光學(xué)防抖或機(jī)身防抖（圖4）。

圖4：圖像傳感器位移式光學(xué)防抖

圖像傳感器位移式光學(xué)防抖的原理與鏡片位移式光學(xué)防抖大體相同，即通過陀螺儀檢測機(jī)身振動，根據(jù)振動量調(diào)整圖像傳感器使之上下左右移動，進(jìn)行防抖操作。

鏡片位移式光學(xué)防抖VS圖像傳感器位移式光學(xué)防抖

如今，數(shù)碼相機(jī)/手機(jī)采用的防抖方式主要是鏡片位移式光學(xué)防抖和圖像傳感器位移式光學(xué)防抖。目前來說，相機(jī)/手機(jī)采用哪種方式并沒有很明顯的傾向性，兩種方式各有優(yōu)劣，我們很難下結(jié)論說哪種更好。

接下來，就來看一下它們各自的特點。

首先，鏡片位移式光學(xué)防抖的優(yōu)點在于使用光學(xué)取景器確認(rèn)構(gòu)圖時，防抖功能也可以發(fā)揮作用（圖5）。

圖5：鏡片位移式光學(xué)防抖的優(yōu)點

特別是在使用500 mm?或?800 mm?等超長焦鏡頭拍攝時，如果不使用三腳架，那么即使在通過光學(xué)取景器構(gòu)圖確認(rèn)時也會感到有相當(dāng)強(qiáng)的抖動，甚至難以鎖定被攝體，但如果鏡頭上搭載了鏡片位移式光學(xué)防抖功能，那么在這種狀態(tài)下也可以自動校正抖動，從而實現(xiàn)一邊觀察光學(xué)取景器確認(rèn)被攝體和構(gòu)圖一邊拍攝。

圖像傳感器位移式光學(xué)防抖是在按下快門時才移動圖像傳感器對抖動進(jìn)行校正，因此在通過光學(xué)取景器進(jìn)行構(gòu)圖確認(rèn)時，防抖功能是不運行的。雖然最終可以拍出無抖動的照片，但照片的構(gòu)圖很可能與自己預(yù)想的有些不同。不過，在使用實時取景功能或微單相機(jī)的?EVF?取景器等時，因為都是通過圖像傳感器成像的，所以圖像傳感器位移式光學(xué)防抖在這種拍攝模式下也會發(fā)揮作用。

圖像傳感器位移式光學(xué)防抖的優(yōu)點在于相機(jī)機(jī)身內(nèi)有防抖結(jié)構(gòu)，所以安裝在相機(jī)上的鏡頭全都可以使用機(jī)身中的防抖功能（也有部分鏡頭由于結(jié)構(gòu)原因無法使用機(jī)身中的防抖功能）。譬如，在購買了帶有圖像傳感器位移式光學(xué)防抖功能的相機(jī)機(jī)身之后，以前在膠片相機(jī)上使用的所有鏡頭就都可以使用防抖功能（圖6）。

圖6：圖像傳感器位移式光學(xué)防抖的優(yōu)點

鏡片位移式光學(xué)防抖只能搭載在帶防抖結(jié)構(gòu)的鏡頭上，如果想讓自己使用的多個相機(jī)鏡頭都可以使用防抖功能，就必須購買帶防抖功能的鏡頭才可以。而且，這些鏡頭必須搭載可以移動特定鏡片的特殊防抖結(jié)構(gòu)，但這不僅會使鏡頭本身的體積變大，也會使相機(jī)鏡頭的設(shè)計變得復(fù)雜，所以鏡頭售價也會更高。

鏡片位移式防抖可以有效校正的主要是仰俯搖擺抖動和左右搖擺抖動。這兩種抖動也稱為搖擺抖動，我們可以將其想象為鏡頭前端的左右或上下抖動。因此，鏡片位移式防抖在手持體積較大的長焦鏡頭拍攝時特別有效。但對于相機(jī)機(jī)身在垂直、水平和旋轉(zhuǎn)方向的抖動，鏡片位移式防抖不太有效。而且對于微距拍攝或夜景拍攝時的抖動也沒什么效果。在這些情況下，圖像傳感器位移式防抖的效果更加明顯

編輯：黃飛

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