在當(dāng)我知道微云臺(tái)不是單純運(yùn)動(dòng)幅度更大的光學(xué)防抖，而是實(shí)實(shí)在在的一整個(gè)相機(jī)模組進(jìn)行物理防抖的時(shí)候，我整個(gè)人直接就驚了。說(shuō)實(shí)話這不是厲不厲害的問(wèn)題，而是那種，很特別的那種……操作……

PS：受限于手上拿到的資料，本文部分內(nèi)容有一定演繹和猜想，也許有偏差，請(qǐng)酌情采信。

一、算法的極限

首先我們得承認(rèn)，算法的加入的確給手機(jī)的影像能力帶來(lái)了質(zhì)的變化：參與 HDR+ 研發(fā)和商業(yè)化的 Marc Levoy 認(rèn)為，在手機(jī) CMOS 較低的讀出噪聲和 HDR+ 的加持下，Pixel 手機(jī)已經(jīng)達(dá)到了全畫(huà)幅級(jí)別的動(dòng)態(tài)范圍。[1]

可是，即便手機(jī)的畫(huà)質(zhì)在算法的迭代下一路高歌猛進(jìn)，但這并不意味著堆棧能解決一切問(wèn)題。和相機(jī)的其他部分一樣，多幀堆棧也會(huì)有邊際收益遞減效應(yīng)。

通常來(lái)說(shuō)在理想 CMOS 中散粒噪聲和光信號(hào)的開(kāi)方成正比，這就意味著你需要拍攝四張照片堆棧才能獲得一檔的信噪比提升，而隨著堆棧張數(shù)：提升三檔需要 64 張，而四檔則需要堆棧喪心病狂的 256 張[2]——這光拍就要拍好幾秒，更別提隨之而來(lái)巨大的算力需求。

所以對(duì)于多幀堆棧來(lái)說(shuō)，提升兩檔信噪比是從張數(shù)上來(lái)說(shuō)一個(gè)甜蜜點(diǎn)，也是絕大多數(shù)手機(jī)廠商止步的地方。

實(shí)際上，除了谷歌外其他手機(jī)都會(huì)使用長(zhǎng)短幀曝光的方式來(lái)進(jìn)一步減少需要堆棧的張數(shù)，或者在使用相同張數(shù)的時(shí)候獲得更高的動(dòng)態(tài)范圍或信噪比，例如 iPhone 在取景的時(shí)候是短幀在后臺(tái)連拍，等到按下拍攝鍵之后會(huì)拍攝一張長(zhǎng)曝光圖片和之前的短曝光照片合成。

這也是為什么在超級(jí)夜景滿地跑的時(shí)候，配備具有光學(xué)防抖（OIS）的相機(jī)模組，依然有實(shí)際意義。

二、OIS 的極限

無(wú)論是懸絲式、滾珠式還是去年剛出來(lái)的“新秀”SMA 式 OIS，其基本原理都是根據(jù)陀螺儀和加速計(jì)獲得的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)控制 OIS 組件移動(dòng)，來(lái)抵消那些因?yàn)槭侄秾?dǎo)致的不必要的運(yùn)動(dòng)。但是，OIS 可校正的運(yùn)動(dòng)范圍相當(dāng)有限（通常在 1° 到 2° 左右），雖然這樣的修正幅度只要快門(mén)速度控制適當(dāng)，在堆棧算法的配合下已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)靜態(tài)拍攝的需要，可是一旦在弱光下，特別是弱光下的視頻拍攝中，OIS 的修正幅度不足以校正諸如行走過(guò)程中由于晃動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)模糊。

況且 OIS 并不能完美修正所有抖動(dòng)，例如在航向、俯仰軸上搖動(dòng)手機(jī)時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)雖然平移式能夠完美修正畫(huà)面中央的抖動(dòng)，但是在邊緣反而會(huì)造成一些類(lèi)似于果凍的變形（注意，這不是滾動(dòng)快門(mén)效應(yīng)，用全局快門(mén)一樣會(huì)出現(xiàn)這樣的情況）。

三、微云臺(tái)

和 OIS 僅移動(dòng)鏡組不同的是，微云臺(tái)移動(dòng)的是整個(gè)相機(jī)模組[3]，也就是說(shuō)對(duì)于圖像傳感器來(lái)說(shuō)，鏡頭的光軸在防抖的過(guò)程中并沒(méi)有產(chǎn)生移動(dòng)，所以不會(huì)產(chǎn)生因?yàn)楣廨S變化導(dǎo)致偽像，也不必?fù)?dān)心鏡組覆蓋的像場(chǎng)不夠?qū)е逻吔枪饩€損耗。所以微云臺(tái)結(jié)構(gòu)上可以完美修正在航向和俯仰軸上的抖動(dòng)，而不產(chǎn)生上述提到的偽像，同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)比 OIS 更大的修正范圍——按照 vivo 的說(shuō)法是 3° 以上。

這就是為啥我在開(kāi)頭說(shuō)：微云臺(tái)不是厲不厲害的問(wèn)題，因?yàn)檫@和高像素、大尺寸感光元件一樣，在手機(jī)中難以應(yīng)用并不是因?yàn)楦呦袼鼗蛘叽蟮撞缓?，而是因?yàn)榇?，或者貴，或者又大又貴。很遺憾，在微云臺(tái)的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)上，大小和成本這倆都沾上了（vivo：MMP）。

四、體積

體積我覺(jué)得可以說(shuō)是微云臺(tái)結(jié)構(gòu)最大的難點(diǎn)，由于無(wú)法像 OIS 一樣僅驅(qū)動(dòng)光學(xué)鏡組，微云臺(tái)的防抖馬達(dá)需要有足夠動(dòng)力才能驅(qū)動(dòng)一整個(gè)相機(jī)模組一起運(yùn)動(dòng)，但像傳統(tǒng)三軸穩(wěn)定器或者云臺(tái)相機(jī)所使用的無(wú)刷電機(jī)往往體積巨大，難以塞入手機(jī)中。但貿(mào)然縮小馬達(dá)尺寸卻會(huì)因?yàn)殡y以克服活動(dòng)組件之間的摩擦等不利影響導(dǎo)致響應(yīng)速度難以跟上手抖的速度。vivo 選擇的方式是開(kāi)源節(jié)流：開(kāi)源方面，使用在 OIS 中常用的線性電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，相對(duì)于云臺(tái)相機(jī)常用的無(wú)刷電機(jī)，線性電機(jī)更容易做小，形狀也更規(guī)則有利于手機(jī)內(nèi)部的堆疊。而節(jié)流部分則使用滾珠懸架的方式來(lái)減少摩擦力。（也就是異形磁動(dòng)框架和雙滾珠懸架）

當(dāng)然各位也可以理解為滾珠式 OIS 的思路衍生，只是這一次需要驅(qū)動(dòng)更大更沉重的模組罷了……嗎？

當(dāng)然并不是。

首先不提滾珠式大多是平移式的 OIS 而微云臺(tái)是整個(gè)模組在俯仰和航向軸上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)這個(gè)本質(zhì)差別（這個(gè)其實(shí)在第三章里就已經(jīng)講過(guò)了）。傳統(tǒng)滾珠式 OIS 的光學(xué)鏡組上實(shí)際上沒(méi)有任何通電部件——就只有鏡頭加磁鐵（用來(lái) AF 和 OIS 的線圈是在外面的底座上的）——沒(méi)有通電部分就意味著鏡組和底座完全不需要線纜連接，在通電的時(shí)候整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)除了滾珠以外不和相機(jī)模組內(nèi)的任何部位接觸，自然想怎么動(dòng)就怎么動(dòng)，所以當(dāng)時(shí)諾基亞也稱之為“浮動(dòng)鏡組”。

而微云臺(tái)卻不能這么做，因?yàn)槭钦麄€(gè)相機(jī)模組一起運(yùn)動(dòng)，也就是說(shuō)在活動(dòng)部分上不光光只是負(fù)責(zé)自動(dòng)對(duì)焦的線性馬達(dá)需要供電，更重要的是整個(gè)圖像傳感器也在上面，所以像懸絲式 OIS 一樣連幾根細(xì)銅線給 AF 供電的方式根本行不通，因?yàn)檫€需要有粗壯的排線來(lái)傳輸圖像傳感器的數(shù)據(jù)。此時(shí)如果排線的延展性不夠，輕則會(huì)給防抖馬達(dá)帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)，重則像繩子一樣將整個(gè)微云臺(tái)牢牢綁住，動(dòng)彈不得。

這也是為何微云臺(tái)上使用的是雙 S 型結(jié)構(gòu)排線，比起傳統(tǒng)排線，彎折四次的排線類(lèi)似于彈簧，能在保證盡可能少得影響微云臺(tái)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)也能保證接口的穩(wěn)固以及線材自身的壽命。

在搞了這么多道以后 vivo 在保證微云臺(tái)功能正常的情況下將占板面積節(jié)約了 40%，厚度減少 1mm。希望到時(shí)候能有一臺(tái)來(lái)對(duì)比一下和 Osmo Pocket 相機(jī)部分的尺寸差異。

PS：其實(shí)還有一個(gè)方式是使用更小尺寸的感光元件來(lái)縮減相機(jī)模組部分的體積，例如 APEX2020 上使用 IMX586，但不之 X50 上的相機(jī)規(guī)格所以這個(gè)暫時(shí)不放在內(nèi)。

五、貴

如此精巧復(fù)雜的結(jié)構(gòu)一定會(huì)導(dǎo)致成本上升，例如在磁動(dòng)框架額你材料工廠比行業(yè)普遍標(biāo)準(zhǔn)提升了接近一倍。微云臺(tái)鏡頭的 BOM 造價(jià)是普通主攝的兩到三倍。

六、看法

說(shuō)實(shí)話，在之前已經(jīng)知道微云臺(tái)是整個(gè)相機(jī)模組一起防抖，而不是僅僅是個(gè)大號(hào) OIS 時(shí)，我心中最大的問(wèn)號(hào)不是它好不好（它一定好）而是：vivo 是怎么做到的？

例如如何在有限的尺寸下放入強(qiáng)力的馬達(dá)，如果馬達(dá)力道還是不夠如何減少活動(dòng)組件的摩擦？磁干擾會(huì)比 OIS 更大么？整個(gè)相機(jī)模組是怎么和主板連接的？

所以等到發(fā)布會(huì)的時(shí)候，不知是不是心有靈犀，在發(fā)布會(huì)上基本上把我想提的問(wèn)題全部解答了，看到自己擔(dān)心的點(diǎn)實(shí)際上被 vivo 一個(gè)個(gè)解決了心里還是有點(diǎn)欣慰的。

雖然發(fā)布會(huì)上雖然沒(méi)有提使用電機(jī)的磁干擾，但是畢竟還是線性電機(jī)，瞎猜也不會(huì)強(qiáng)到哪里去，至少我希望超長(zhǎng)焦還是有個(gè) OIS 的。

即便 vivo 通過(guò)各種騷操作在保證功能的前提下縮小了 40% 的占板面積，但目前微云臺(tái)模組的占板面積依然約為普通主攝平均占板面積的三倍左右，同時(shí)也不知道這塊底是多大的所以這部分暫時(shí)還不敢下判斷。

七、展望

我個(gè)人認(rèn)為在手機(jī)防抖方面需要分為三個(gè)階段：

1、原初只有基于畫(huà)面進(jìn)行分析的電子防抖階段

2、以 Nokia Lumia 920 為首的 OIS 階段，大大提升了手機(jī)的手持夜景表現(xiàn)。（我知道 OIS 第一個(gè)不是它，但人家應(yīng)該是第一批首發(fā)平移式 OIS 的）

3、靜態(tài)照片基于多幀堆棧的超級(jí)夜景模式，以及視頻上利用陀螺儀和加速計(jì)數(shù)據(jù)配合 OIS 和 EIS 的混合視頻防抖。

所以假如微云臺(tái)能夠成為新一輪趨勢(shì)的話，我愿意稱它為第四個(gè)階段。

參考

1. ^http://graphics.stanford.edu/~levoy/
2. ^https://www.zhihu.com/question/379293492/answer/1082769005
3. ^這里的“相機(jī)模組”指的是鏡頭+圖像傳感器