让拍照不再虚浅谈智能手机的光学防抖

曹操

小米5在发布时有个“黑科技”广受关注，那就是“四轴光学防抖”。

那么，光学防抖的多轴是什么意思，它又是如何提升手机拍照体验的呢？

照片发虚源于“抖一抖”

大家可以翻阅一下自己的手机相册，如果将细节放大，相信大约会有10%的照片都有发虚的现象，而在夜晚或昏暗环境下拍摄的照片发虚问题将更明显。发虚的原因很简单，就是当你按下快门的那一瞬间小手抖了那么一下。

此外，为了保证低亮环境下的拍照效果，相机APP往往会通过增加快门值减轻抖动影响，并大幅增加ISO数值来提升亮度（图1），因此低亮环境下拍摄的照片哪怕没有发虚，也极易被满屏的噪点所影响。

治标不治本的电子防抖

在“防抖主要靠手”的时代，我们不可能要求每一个用户都有专业摄影师那种稳如泰山的拍照手法，而电子防抖（又称“数码防抖”）技术也就孕育而生了。简单来说，电子防抖的防抖过程无需任何电子元件干预，完全通过软件算法对CCD/CMOS感光元件上的图像进行数字分析，从而利用边缘图像进行补偿（比如提高ISO、做边缘锐化、多层图像合成等），最终减轻细节的发虚问题。

可惜，电子防抖的核心思想只是针对采集数据做后期的优化和补偿（图2），就好像变焦领域的数码变焦，不仅防抖的效果一般，还会对画质造成一定的影响，属于“治标不治本”的解决方案。

更为复杂的光学防抖技术

包括iPhone 6 Plus、vivo Xshot、LG G3/G4、三星GALAXY Note 4/Note 5、努比亚Z7/Z9、华为P8在内，很多中高端智能手机早已引入了电子防抖的进阶版：光学防抖（又称“OIS防抖”）技术。如果说电子防抖是对照片进行后期的“软处理”（优化补偿），那光学防抖就是纯粹以物理方式进行的“硬处理”。

简单来说，光学防抖可以被细分为镜片移动式和感光元件移动式两大类型。其中，镜片移动式光学防抖的原理是通过相机模组中某一个镜片的移动来抵消抖动防止画面模糊;而感光元件移动式光学防抖的原理则是将感光元件固定在一个支架上，通过感光元件的移动来抵消抖动。其中，第一种类型主要用于数码相机（图3），而第二种类型则是智能手机的普遍专利（图4）。

进一步说，感光元件移动式的光学防抖是在OIS模组上加入可向更多方向移动的马达，在拍照的瞬间，OIS控制驱动器可以获得由陀螺仪和加速感应器监测出的抖动信息（如倾斜角度）的电信号，OIS控制驱动器会根据这些数据预测出倾斜导致的图像偏移量，再将结果反馈给马达，让其以预测图像偏移量大小相同但方向相反的位移量推动传感器移动，从而将手抖造成的图像偏移抵消掉。

总之，光学防抖技术并不能制止拍照过程中手臂的抖动，它的核心理念就是通过镜头或传感器的位移来抵消抖动的影响，即让镜头组或感光元件在处于相对静止的状态下拍摄照片或视频。

光学防抖的“多轴”

如今支持光学防抖技术的手机有很多，其中以iPhone 6s Plus为代表的绝大多数手机都是双轴光学防抖，而以华为Mate8和金立E8为代表的少数手机则用上了三轴光学防抖，再加上小米5主打的四轴光学防抖，光学防抖已迎来了“多轴”之争。

所谓双轴、三轴、四轴最大的区别，就是决定OIS模组中镜头或传感器能往哪些方向进行位移。比如，双轴光学变焦可以抵消X、Y两个方向的抖动（图5）;三轴可以抵消X、Y、Z三个方向的抖动;而四轴则可实现横向+纵向+前倾+侧倾八个方向的全方位修正抖动（图6）。因此，光学防抖的轴越多，意味着手机可以预防缓解更多方向的抖动，从这个角度来看，小米5的拍照体验的确要比其他双轴或三轴光学防抖的手机出色一些（图7）。

会影响画质？ No！

光学防抖的原理貌似很“高大上”，但对普通用户而言，我们有必要刻意去追求它吗？

首先，无论是三轴光学防抖的华为Mate8还是四轴光学防抖的小米5，它们实际的防抖效果都远没有想象的那么神奇。在低光环境下，较大幅度的抖动依旧会导致照片发虚，光学防抖只能抵消小幅度的抖动，以为它可以取代三脚架进行超稳定拍摄的用户可以洗洗睡了（图8）。

其次，光学防抖并不能提升画质，它只能提高低亮环境下，使用自动拍照模式时降低背景噪点（延长曝光时间，降低ISO），减轻抖动可能带来的发虚隐患。哪怕是不支持光学防抖的手机，只要你的手足够稳定，在手动拍摄模式下依旧可以拍出足够优秀的夜间照片。

举个例子，在自动拍照模式下，不支持光学防抖的iPhone 6S需要1/15秒的曝光时间、800左右ISO才能拍下清晰不虚的夜间照片。如果换成支持光学防抖的iPhone 6S Plus，只需1/4秒的快门速度和200左右的ISO就能拍出清晰的照片。如果将两张照片进行对比，肯定是iPhone 6S Plus照片对细节的还原更好，且没有明显的噪点。而这，就是光学防抖的最大意义。

因此，我们在选购智能手机时，光学防抖只能算是加分项，而不是必选项。真正决定手机拍照实力的，还是传感器型号（最重要）、软件算法（同样重要）、对焦模式和镜头数量（图9）。

提升潜力有待深度开发

手机的摄像头模块体型迷你，由此也就增加了光学防抖物理结构设计的难度。然而，这并不能阻止手机厂商们创新的脚步。比如，苹果在前不久就申请了名为“倾斜动态反射镜”的全新光学防抖系统。和现有光学防抖技术移动镜头或传感器的两种传统方式不同，苹果的新光学防抖技术将相机传感器和镜头组件分为两个独立的部分，从镜头中传导进来的光线会由镜片进行智能的调整，然后再传输到图像传感器上，这有点类似于潜艇潜望镜或者坦克望远镜的实现方式（图10）。总之，与纯粹的追求多轴防抖相比，这种新式光学防抖技术才更值得我们关注。

小结

小米5是第一款在手机领域引入四轴光学防抖概念的产品（图12），就防抖效果而言的确要比同样选择索尼1600万像素IMX298传感器的华为Mate8（三轴光学防抖）和vivo Xplay5（仅支持电子防抖）出色一些，但从网友和媒体的反馈结果来看，实际画质三款手机还是互有优劣，可见对配备同一款传感器的手机而言，最终的成像算法才是王道。

此外，四轴并非光学防抖的极致，比如奥林巴斯旗下的E-M5、E-P5等相机就都已用上了五轴防抖系统，除了常规的水平、垂直方向以外，五轴防抖的特点是新增了旋转防抖、俯仰摇摆防抖等多角度防抖功能。不知道随着小米5的上市，能否引发手机之间多轴防抖数量方面的较量呢？让我们拭目以待吧。

扩展阅读

4D对焦

为避免照片发虚，除了加入光学防抖以外，提升对焦速度和精准度也是有效的解决方案。除了我们熟悉的已在手机领域普及的相位对焦和激光对焦以外，索尼在相机领域还引入了4D对焦技术。简单来说，通过监测运动物体的位置和速度，4D对焦系统能“预测”物体的运动轨迹，从而在最短的时间内完成对物体的对焦（图11）。如果加入时间维度的4D对焦系统能被引入到手机领域，就能进一步解决抓怕时照片易虚，或是对焦点错误等问题。