视觉中常见的4种防抖技术

什么是防抖？

在胶片相机全盛的时代，普通人很难拍出好看的照片。因为在拍摄时需要根据自己的经验设置适当的快门速度、光圈值、曝光参数等，或者为了能够准确对焦，还需要通过观察进行手动对焦调整。如果使用单反相机拍摄，则更加复杂，

但如今，由于相机/手机上搭载了很多自动拍摄模式，所以出现过曝或欠曝的照片减少了。在数码单反相机中，自动设置和调整的功能越来越多，出现拍摄失败的情况越来越少。

在这种背景下，拍摄失败的最大原因是“抖动”。抖动并不意味着没有合焦。如今，自动对焦的相关功能已经比较成熟了，所以只要在确认焦点已经对准之后按下快门，图像一般不会模糊，但在环境较暗的场景下拍摄或拍摄移动对象时会发生抖动。

抖动分为被摄体抖动和手抖动两种。被摄体抖动指的是当拍摄对象为运动员、宠物、行驶中的电车或汽车等正在移动的被摄体时产生的抖动。而手抖动是由按下快门按钮时的手抖动导致的相机/手机振动。即使在拍摄静止的风景照片时，手抖动也会发生。

与胶片相机时代相比，使用数码相机拍摄的照片的抖动现象更加严重。这是因为，使用数码相机拍摄的照片的应用环境往往更容易让人们注意到抖动。在胶片相机时代，人们很少会把照片放大显示。但对于使用数码相机拍摄的照片，人们则经常使用显示屏进行全屏显示。随着显示分辨率的增大，哪怕是细微的抖动，也容易让人注意到。

防止抖动的最有效方法就是在拍摄时提高快门速度。当快门速度足够快时，就可以抑制被摄体抖动和手抖动。不产生抖动的安全快门速度一般是焦距的倒数。当使用500 mm的超长焦镜头时，快门速度要保持在1/500秒以上；当使用100 mm的长焦镜头时，快门速度要保持在1/100秒以上；当焦距为50 mm时，快门速度就要保持在1/50秒以上，这样就不容易发生抖动了。如果使用24 mm的广角镜头，快门速度要设定为1/24秒，其实广角镜头通常是大光圈镜头，所以原本就很少出现抖动的情况。但是，我们不可能总是在能够以较高的快门速度拍摄的明亮环境下拍摄，而且使用适当的光圈和快门速度组合进行拍摄才是对普通用户来说的理想状态。

解决由手抖动导致的拍摄失败的最有效方法是使用三脚架保持相机机身固定不动。但在很多情况下我们无法随身携带三脚架，而且也不能奢望在所有的拍摄中都使用三脚架。

所以，人们研发出了仅凭相机本身就可以直接消除因手抖动导致拍摄失败的功能。这就是防抖功能。

防抖作为能够提高拍摄出片率的技术，在数码相机的众多功能中受到了特别关注。而且，这个功能如今也在日新月异地持续发展。以下是数码相机中搭载的具有代表性的4种防抖技术：

● 高感光度防抖

● 电子防抖

● 镜片位移式光学防抖

● 图像传感器位移式光学防抖

高感光度防抖

被摄体之所以产生抖动，是因为在图像传感器产生电荷的期间被摄体发生了移动。如果能够缩短电荷产生时间，被摄体移动的幅度就会变小，被摄体产生的抖动也会随之变少。

设定较高的快门速度就可以缩短电荷的产生时间。换句话说，只需提高快门速度即可。但是，我们不能因此就胡乱设定快门速度。如果快门速度过快，在拍摄时正常曝光所需的光量就会不足，照片看上去会变得昏暗，严重时照片会一片漆黑。尤其是在夜景拍摄等必须在光较暗的场景下拍摄的场景中，需要特别注意。

要想在保证足够快的快门速度的同时保持足够的亮度，只要设置足够大的ISO感光度就可以了。这种方法称为高感光度防抖。高感光度防抖是最基本最有效的防抖方式。

高感光度防抖的优点在于无须添加任何特殊的结构就可以实现防抖，而且可以同时减轻被摄体抖动带来的影响。

被摄体抖动和手抖动的差异在于在人像拍摄中，手抖动不光会导致人物模糊，也会导致背景模糊，而被摄体抖动则是只有人物模糊，背景是清晰的。换句话说，高感光度防抖也可以有效抑制这种被摄体抖动。所以，高感光度防抖经常与其他的防抖方式结合起来使用。

高感光度防抖的缺点是噪点将变多。

电子防抖

电子防抖是利用图像传感器和影像处理器的运算处理来避免被摄体抖动的方法（图1）。在按下快门时相机会自动拍摄多张照片，然后对这些图像数据进行比较运算，判断其中是否存在手抖动，并自动校正手抖动。

此时，由于手抖动会导致原本的构图出现偏差，所以实际用于生成照片数据的有效像素区域小于可拍摄的最大像素区域。这是因为，如果不采取这种做法，当试图比较多个图像时，就会出现一些无法进行比较的区域。而且，为了便于影像处理器进行运算，此时的图像数据不会被记录到存储卡中，而会被记录到缓冲存储器中。对比最初的图像数据和后来拍摄的数据，将“为了让被摄体以相同方式出现在画面中而移动的区域”作为后来拍摄的图像数据的有效像素区域。然后，进行数据运算，生成没有抖动的图像。

图1：电子防抖

电子防抖的优点和高感光度防抖一样，都是无须添加任何特殊的结构就可以实现防抖，缺点是不能有效地使用图像传感器的受光面积。常见的数码相机中可以使用的有效像素区域是图像传感器的90%左右，而如果使用电子防抖功能，则为60%~50%。另外，电子快门还有一个缺点，那就是在拍摄多张照片的过程中，如果被摄体运动过快，则无法完全校正抖动。

镜片位移式光学防抖

手抖动指的是从被摄体射入相机内部的光的光轴偏离镜片中心的现象。因此，为了让光轴在这种情况下也可以到达镜片中心位置，就需要通过修正光的前进路径校正手抖动。因为对光的前进路径的修正需要通过移动相机镜头内的特定镜片实现，所以这种方法称为镜片位移式光学防抖或者镜头防抖（图2）。

图2：镜片位移式光学防抖

通过移动相机镜头中特定的镜片修正光的折射方向，以校正图像因抖动产生的模糊。有些超长焦镜头在采用镜片位移式光学防抖时，最大移动距离可以达到5 mm。相机机身的振动由陀螺仪传感器检测。陀螺仪是可以检测出物体在振动时的旋转和振动在垂直方向上产生的力，并可以测量其三维运动的装置。然后，以传感器测到的三维运动数据为基础，根据振动量大小使用驱动器移动光学系统部分组件（校正光学组件），修正光的折射方向，使光照射到正确的位置上。这里的驱动器也可以称为驱动装置。除了使用驱动器来驱动镜片以外，还有通过驱动器驱动可变棱镜或激活棱镜，以修正光的折射方向的方式（图3）。

图3：移动可变棱镜实现镜片位移式光学防抖

图像传感器位移式光学防抖

镜片位移式光学防抖通过移动镜片使光轴恢复到了原本预计的照射位置，其实移动图像传感器也可以得到同样的效果。通过移动图像传感器防抖的方法称为图像传感器位移式光学防抖或机身防抖（图4）。

图4：图像传感器位移式光学防抖

图像传感器位移式光学防抖的原理与镜片位移式光学防抖大体相同，即通过陀螺仪检测机身振动，根据振动量调整图像传感器使之上下左右移动，进行防抖操作。

镜片位移式光学防抖VS图像传感器位移式光学防抖

如今，数码相机/手机采用的防抖方式主要是镜片位移式光学防抖和图像传感器位移式光学防抖。目前来说，相机/手机采用哪种方式并没有很明显的倾向性，两种方式各有优劣，我们很难下结论说哪种更好。

接下来，就来看一下它们各自的特点。

首先，镜片位移式光学防抖的优点在于使用光学取景器确认构图时，防抖功能也可以发挥作用（图5）。

图5：镜片位移式光学防抖的优点

特别是在使用500 mm或800 mm等超长焦镜头拍摄时，如果不使用三脚架，那么即使在通过光学取景器构图确认时也会感到有相当强的抖动，甚至难以锁定被摄体，但如果镜头上搭载了镜片位移式光学防抖功能，那么在这种状态下也可以自动校正抖动，从而实现一边观察光学取景器确认被摄体和构图一边拍摄。

图像传感器位移式光学防抖是在按下快门时才移动图像传感器对抖动进行校正，因此在通过光学取景器进行构图确认时，防抖功能是不运行的。虽然最终可以拍出无抖动的照片，但照片的构图很可能与自己预想的有些不同。不过，在使用实时取景功能或微单相机的EVF取景器等时，因为都是通过图像传感器成像的，所以图像传感器位移式光学防抖在这种拍摄模式下也会发挥作用。

图像传感器位移式光学防抖的优点在于相机机身内有防抖结构，所以安装在相机上的镜头全都可以使用机身中的防抖功能（也有部分镜头由于结构原因无法使用机身中的防抖功能）。譬如，在购买了带有图像传感器位移式光学防抖功能的相机机身之后，以前在胶片相机上使用的所有镜头就都可以使用防抖功能（图6）。

图6：图像传感器位移式光学防抖的优点

镜片位移式光学防抖只能搭载在带防抖结构的镜头上，如果想让自己使用的多个相机镜头都可以使用防抖功能，就必须购买带防抖功能的镜头才可以。而且，这些镜头必须搭载可以移动特定镜片的特殊防抖结构，但这不仅会使镜头本身的体积变大，也会使相机镜头的设计变得复杂，所以镜头售价也会更高。

镜片位移式防抖可以有效校正的主要是仰俯摇摆抖动和左右摇摆抖动。这两种抖动也称为摇摆抖动，我们可以将其想象为镜头前端的左右或上下抖动。因此，镜片位移式防抖在手持体积较大的长焦镜头拍摄时特别有效。但对于相机机身在垂直、水平和旋转方向的抖动，镜片位移式防抖不太有效。而且对于微距拍摄或夜景拍摄时的抖动也没什么效果。在这些情况下，图像传感器位移式防抖的效果更加明显

审核编辑：黄飞