防抖让影像变清晰

影像防抖技术其实早在胶片时代就已存在，但均是基于光学镜片的防抖技术。到了数码时代，由于电子技术不断地发展，出现了复杂多样的影像防抖技术。本期CHIP将对影像防抖技术进行一次全面的介绍和梳理。

在胶片时代防抖技术出现之前，摄影者都是按照镜头焦距端的倒数来设置快门速度，以保证照片不会因震动而发虚。即使用200mm焦距端拍摄，快门速度也不可低于1/200s或1/250s，这样才能保证成像清晰。这是因为摄影者在手持相机拍摄时，手部会产生轻微的抖动，且呼吸引起的胸廓运动也会导致相机抖动，在慢速的曝光过程中将导致成像模糊。早年间，摄影学校在传授摄影防抖技巧时，老师都教学生在拍摄时应尽量寻找身体可依靠的物体（树、墙体等），在按下快门之前，上臂夹紧胸廓且屏住呼吸，再进行拍摄，这便是早期的“人体防抖”。但此种防抖的技巧仅有系统学习过摄影知识的摄影师、高端摄影发烧友才能通晓，普通大众知之甚少。直到20世纪90年代，尼康发明了光学镜头防抖技术后才将真正的防抖技术带给了更多的摄影者。紧接着，佳能将此种光学防抖技术率先加入到单反相机的镜头中，为广大摄影爱好者带来福音。而这之后，包括尼康和佳能在内的镜头厂商（腾龙、适马）也将光学防抖技术加入到更多的单反镜头中，防抖功能成为镜头销售策略中的极为重要的宣传点。

到了21世纪初，数码相机开始大量出现，光学防抖技术出现了一个分水岭，以美能达、宾得、奥林巴斯和理光为代表的相机厂商研发了CCD位移式防抖。由于此防抖方式与镜头防抖均是在成像光路中实现防抖，因此统称为光学防抖。而很多以电子技术起家的厂商（富士、卡西欧等）则主要是依靠影像算法消除抖动给画面带来的负面因素，即电子防抖和数码防抖。其中，索尼在收购了美能达获取了其相机技术后，在A系列数码单反相机中加入了CCD位移式防抖技术，而三星在与宾得进行合作后，也同样在自家的产品中加入了类似的防抖功能。另外，在镜头的防抖传感器等电子设备日益普及后，索尼和三星也研发了自家的镜头防抖技术。时至今日，防抖技术也在不断发展和完善之中，目前最新的硬件防抖技术有尼康VR II代、奥林巴斯的五轴防抖以及索尼的一体化防抖技术，而以软件技术著称的微软也研发了视频防抖技术（软件防抖）。

镜头防抖

镜头防抖技术通过防抖镜片组的位移来缓解手持造成的抖动，在带有光学防抖功能的镜头当中，通过镜头内置的陀螺仪精确感应到相机运动，之后再通过镜头内部电磁元件驱动镜片进行反向位移，从而最大程度地抵消抖动引起的图像模糊，加强了手持拍摄的稳定性。

最早的镜头防抖技术（VR）是在1994由尼康发明的，首款应用该技术的机型是尼康ZOOM 700 VR（北美型号为Zoom Touch 105 VR），这是一款便携的“傻瓜机”，凭借这一特性它成为当时便携相机中的热点产品。虽然其镜头品质和防抖效果较出色，但该相机的售价偏高，所以市场反响不大，此后尼康也并未继续生产带有防抖功能的傻瓜相机。在尼康还未将此种防抖技术应用于单反镜头之时，佳能公司于1995年率先在单反相机的镜头中加入了IS（Image Stabilizer）图像稳定系统。目前代表性的镜头防抖技术有尼康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。

这些防抖技术利用防抖镜片组偏移来消除抖动的影像，防抖系统分为检测单元、补偿振动镜片组和驱动控制单元3个部分，可以有效防止手部震动引起的轻微抖动，相当于提高了3档左右的快门速度，尤其在使用长焦拍摄时该技术拥有更好的实用价值。其中早期的VR和IS防抖功能可实现降低约2～3档快门速度的效果，而最新的尼康VR II代防抖技术将此效果提升至约降低4档快门速度。即使用200mm端焦距拍摄，快门速度也可降至约1/30s。

目前这种镜头防抖技术较为成熟，事实上防抖镜头组中只有一块较小可移动的镜片或镜片组。其占用的空间小，耗费的电量也较小，效果也比较出色，而且通常速度很快。但是，此种防抖技术也存在一定问题，可移动的防抖镜片在位移后，会导致影像部分位置的像差加重，一定程度上牺牲了影像的分辨率。简而言之，就是以一定的像差代替了影像的模糊，事实上是在分辨率适当减低与整体影像模糊二者之中择其轻者。因此，在很多以提高成像质量为主要诉求的定焦镜头中并未采用镜头防抖技术，而在变焦比超过2～3倍的变焦镜头以及高放大倍率的远摄定焦/变焦镜头中却很常见。

机身防抖

与镜头防抖技术不同，机身防抖技术是将影像传感器安置在可进行上下左右平移的支架上，再由陀螺仪传感器感应相机位移的方向和幅度，并将数据传输给处理器计算出可抵消抖动的位移量和方向，再通过电磁元件对影像传感器进行反向位移，以实现防抖的功能。因此，该防抖技术被称为机身防抖。由于该防抖技术也是在成像光路中实现的，因此也被划为光学防抖这一大类中。机身防抖技术的代表有柯尼卡美能达AS系统（Anti-Shake）、宾得SR（Shake Reduction）、理光CCD防抖技术、索尼Super Steady Shot（收购美能达的技术后）以及奥林巴斯五轴防抖等。与镜头防抖相比，机身防抖在结构设计上避免了光学镜片位移所产生的球差等像差，但是也需要对应镜头能够提供更大的成像像场，以便于传感器实现较大的位移量。

机身防抖出现后，当时采用此种防抖技术的厂商都如此宣传该技术优点：无论胶片还是数码时代的镜头通过机身防抖都可实现防抖效果，且原厂和副厂的镜头都可实现；镜头中由于无防抖系统，因此购置的成本更低；无镜片需要位移，因此镜头的成像质量更加有保障。但是，机身防抖的效果要弱于镜头防抖；机身配备防抖技术后，售价较高；机身防抖部件的加工精度高，存在一定的个体差异。

在2012年2月的CP+展会上，奥林巴斯推出了具备五轴防抖功能的E-M5，在传统的机身防抖技术上进行了提升。普通机身防抖系统在运作时，影像传感器只能做上、下、左、右的平行移动，后来宾得在机身防抖技术中添加了两个对角线方向的平移，但这都只是让影像传感器在焦平面的固定面进行位移。而奥林巴斯的五轴防抖功能可让影像传感器在水平和垂直轴上进行俯仰和摇摆（类似大画幅座机后组的俯仰和摇摆），还可使影像传感器在光轴上进行倾斜。对于实际拍摄来说，由于用户在实际按下快门时，相机的震动不仅是上下和左右平移，而是多种方向的混合震动。因此，五轴防抖系统更加全面地顾及了实际拍摄中的抖动情况。另外，该五轴防抖系统同样可用于视频拍摄中。与传统的镜头防抖和机身防抖相比，五轴防抖在视频拍摄中的防抖效果更为出色，即使在走动和小跑时也基本可达到与斯坦尼康稳定器（Steadicam）一般的效果，也就是说，五轴防抖犹如“内置的斯坦尼康”。目前，五轴防抖几乎是硬件防抖中最为先进的防抖技术。

电子防抖

除了光学防抖技术之外，防抖技术在发展过程中还出现过数码防抖和电子防抖两种类型。这两种防抖技术普遍存在于低端卡片数码相机中。其中，数码防抖技术主要通过硬性提升ISO感光度的方式来变相提高快门速度，以实现防抖要求，但这无疑会产生更多的影像噪点。部分厂商为解决这一问题，在设计时还加入了强力降噪功能，但这对影像清晰度会有一定的负面影响。因此，此种防抖方式如今已处于被淘汰的边缘。

电子防抖则是通过在影像处理器中添加独特的影像算法来实现防抖功能。采用此种防抖方式的数码相机，在拍摄时如果影像传感器捕捉到了模糊的影像，那么影像处理器会依据影像是否模糊以及模糊的程度，将模糊的单体像素进行相邻比较，对某些景物影像的边缘、线条和色彩的像素进行再处理，最终获得较清晰的影像。虽然此种防抖方式对影像噪点的控制较好，但在实际拍摄完成后用户需耗费一定时间进行影像防抖处理，而且其防抖的效果受制于景物的反差、色彩的变化等先天因素及像素算法的精确度等方面的影响，影像某些边缘和色彩的处理会较好，但也会有某些景物的细节存在模糊的现象，因此实际的效果并不太理想。目前，千元以上的卡片数码相机已摒弃了这两种防抖方式，普遍会采用光学防抖，而某些千元以下和国产品牌的卡片数码相机有的还在使用这些防抖方式。而目前大部分的手机摄像头也都会采用电子或数码防抖。

多张合成防抖

除了以上较成熟的硬件防抖技术和趋于淘汰边缘的软件防抖技术之外，数码相机中还出现了专为静态照片拍摄而设计的多张合成防抖技术。该技术是在光照强度较低的情况下，以较高的ISO感光度快速拍摄4～6张照片，再由相机的影像处理器进行影像合成，以期减少照片中的噪点。目前，索尼、佳能和三星的多款可换镜头数码相机（单反和微单数码相机）皆具备此种防抖技术。在实际应用效果上，该防抖方式可实现相当于降低约两档感光度的效果（影像噪点），而且影像的清晰度也有较好的保障。

视频防抖

事实上，在视频拍摄领域，早在1976年电影和电视行业里就已存在硬件防抖技术，最具代表性的当属斯坦尼康稳定器（Steadicam）。按照硬件种类的划分，斯坦尼康稳定器不属于摄像机等影像设备的主要部件，而是属于影像的附件系统。斯坦尼康稳定器由承重背心、弹簧减震力臂和稳定平衡杆等部件组合而成。早期的斯坦尼康稳定器是为电影摄影机和电视摄像机而设计的，其防抖效果极佳，即使是在跑动跟拍的过程中，也可保持优良的稳定度。但是该附件也颇耗费摄影师的体力，使用前还需精心调教重心，而且其售价高昂（约2万元），因此目前仍被限定在特定行业应用领域。近几年，随着相机视频拍摄功能的发展，很多厂商都已研发出了小型的类似斯坦尼康的稳定器且售价便宜，被大量应用于微电影制作中。与各种防抖技术相比，斯坦尼康稳定器的拍摄自由度极大，更为适合拍摄视频的长镜头和运动镜头。

2012年，索尼还研发了平稳光学防抖技术，并将其用于PJ760E和CX760E两款家用高清摄像机之中。该技术将影像传感器和镜头固定在一体化的“模块”结构中，再通过马达与机身框架结构连接，镜头与影像传感器组成的模块“悬浮”于机身中。当机身发生抖动时，陀螺仪侦测抖动后，防抖马达就会驱动“模块”作反向运动，保持影像的稳定。这与坦克采用的炮口稳定技术类似（坦克在行进时，虽然车身在颠簸，但炮口通过陀螺仪却能一直瞄准于既定目标）。在实际效果上，平稳防抖技术的效果远超普通光学防抖，即使在慢跑中进行视频拍摄也可保证能有出色的画面稳定度。而且，其在长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响。