翻看智能机的快照,他们每当看到一些拍糊的相片或音频。难题来了,如今即便是百元价钱的智能手机都能用上4800万画素的SonyIMX586中高档感应器,为何依然无法保证每一张相片、每一段音频都是至极明晰的呢?
拍电影变糊的原因
首先他们需要明确一个道德观,即便是专业的近战选手,在眩晕的负面影响下身体也会情不自禁的轻度变形,能将暴徒近战一瞬间的手抖幅度减少到多少,将决定最终的近战战绩。
多马尔坦体能训练的从业者纵然如此,作为平凡人的他们,拿着智能手机照相的一瞬间自然也难以摆脱手抖的负面影响。
一般而言,只要环境强光足够好,照相V2010稍稍稳一点就能拍得明晰的相片。
然而,照相的好时机总是此时此刻,比如摄录的一瞬间就非常困难掌控手抖,也是非常困难“拍糊”的照相情景。此外,当强光不足时(如夜里或芜鼠情景)较快的快门会急遽弱化手抖的负面影响。
在物镜变短时(如进入2X、5X、10X变焦镜头模式)一点儿的变形更会带来远端大幅变化,在拍糊尔后还难遗失变焦镜头的目标。
如果你在照相时都因有手抖而“糊片”,在摄制音频,特别是跟踪摄制静态情景时将更难掌控摄影机的变形,而自动更新一声不吭的音频不仅严重负面影响感观,看久了还会引发呼吸困难等健康难题。为了最大限度减少因手抖而产生的照片变糊或音频中摄影机摇晃的负面影响,“HDR掌控技术”就成为了每款智能机必须掌握的专业技能,否则都没有资格证书再被突显“新机”的身份。
CFan在过去曾如是说过和照相相关的HDR掌控技术,责任编辑他们将重点如是说下HDR掌控技术在摄制音频时的原理和意义。
免费的EIS大餐
大家还记得“超画素掌控技术”吧?通过软件层面的算法,让1600万画素摄像头拍得6400万画素的相片。既然软件工程师可以通过代码让智能手机拍得更高画素的相片,那能不能利用代码终结“HDR主要靠手”的时代呢?
答案自然是肯定的。在很多年以前,智能机领域就流行起了一种名为“EIS”的电子HDR掌控技术,这是一种通过代码,也就是软件算法实现的HDR能力。
其原理是利用每款智能机都必备的“加速度感应器”(G-sensor)和陀螺仪(绝大多数新款智能手机都有)模块侦测智能手机变形的幅度来静态调节整ISO、快门和成像算法来做模糊修正,随着智能手机硬件性能的不算提升和相关算法的不断成熟,电子HDR掌控技术已经可以较为完美地保证相片不糊了——很多新款智能手机所支持的“手持超级夜景”,即没有三脚架也能摄制更亮更具细节的夜景相片,就是电子HDR掌控技术的一种终极演化形式。
随着抖音等APP的兴起,短音频摄制已经成为智能机的下一个“燃点”功能,而电子HDR掌控技术也逐渐针对音频摄制贡献力量。但是,摄制音频和摄制相片不同,前者想要使用电子HDR需要建立在牺牲部分画面的基础上——大家可以打开智能手机上的相机APP,从“照相”切换到“录像”功能时,后者的取景画面是不是被“弱化”了?
电子HDR模式下的音频摄制,只有位于取景框中心的画面才是有效内容,边缘部分的画面则被自动“剪裁”(摄制相片时也是如此,只是剪裁损失的画面比例更小)。
需要注意的是,裁切的画面内容并没有被“丢掉”,相机APP会根据陀螺仪记录的智能手机姿态数据对摄像头的变形进行反向补偿,而被剪裁掉的画面内容就是用于补偿的素材。
换句话说,电子HDR最大的难题就是画面裁切,只是在更高画素广角摄影机渐成主流、AI算法越加先进的今天,它已经可以保留更多画面内容,在摄制相对稳定的音频内容尔后还支持更高分辨率和帧数的超高清模式录制。
但是,这种掌控技术仍然无法解决较大变形导致的画面被拉伸后的变形难题,毕竟它属于通过一段代码就能实现的功能,这种“零硬件成本”的解决方案必定存在局限性。
那么,如何才能摄制更加稳定的音频内容呢?
云台HDR了解一下
从斯坦尼康系统开始,全世界的摄影师都在寻找更好的HDR掌控技术与更轻便的操作平台,而手持云台的出现就成为了最理想的解决方案之一,它能帮助智能机、数码相机和运动相机等一切固定其上的音频摄制设备获得几近完美的HDR性能。
简单来说,绝大多数手持云台都内置多轴(普遍为三轴)陀螺仪和多轴加速度感应器,同时还配有 X、Y、Z 三个轴向的电机。在内置算法的掌控下,手持云台可以根据智能手机重量驱动智能手机转动所需要输出的电机力度,并利用感应器不断检测手柄部分出现的变形或转动,再通过电机反向旋转补偿抵消手柄部分变形对录制画面造成的负面影响。
可惜,手持云台属于体型较大的外设,无论是日常携带还是安装固定智能手机都很麻烦。俗话说“打铁还需自身硬”,智能机为何不能天生自带云台的“Buff”?
来自OIS的诱惑
就好像变焦镜头掌控技术存在数码(电子)变焦镜头和光学变焦镜头一样,HDR掌控技术领域也有EIS电子HDR和“OIS”光学HDR之别。当智能手机的摄像头和OIS掌控技术联姻之后,无论是照相还是录制音频都能更大程度抵消来自手抖的威胁,让摄制的相片和音频更加趋近完美。
如果说EIS电子HDR效果考研的是来自代码的“软实力”,那OIS光学HDR则是需要软硬结合的“硬指标”。
他们都知道,智能机的每一颗摄影机都是由电路板、CMOS感应器、固定支架、镜片、光圈等诸多部件构成。
想要获得OIS光学HDR功能,需要在摄影机内部加装可以向多个方向移动的微型马达。在他们使用相机APP照相/录制音频时,系统可以将陀螺仪和加速感应器监测出的实时变形信息转化为电信号,OIS掌控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感应器移动,从而将手抖造成的图像偏移抵消掉。
没错,他们可以将支持OIS的摄影机理解为内置云台的摄像头模组,由于微型马达和相关的掌控电路非常占用空间,所以这种OIS摄影机的尺寸较之传统感应器但不支持OIS的摄影机大了一圈。
iPhone 11 Pro摄影机模组,广角和长焦摄影机支持OIS,尺寸明显增大
需要注意的是,都是OIS摄影机,但大家的光学HDR性能力依然可能存在差距,而负面影响它们HDR能力的因素主要包含以下几个方面。
“多轴”之争:内置马达可以向哪些方向进行位移,双轴可抵消X、Y两个反向的变形;三轴可以抵消X、Y、Z三个方向变形;四轴可实现横向、纵向、前倾、侧倾八个方向的全方位修正变形;五轴则可抵消横向位移、纵向位移、上下摇摆、左右摇摆和Z轴旋转。光学HDR支持的轴越多,意味着这款智能手机可以抵消更多方向的变形。
感应器性能:智能机内置的加速度感应器和陀螺仪感应器也有高低档次之别,比如灵敏度、工作频率等等。频率越高越灵敏的感应器,可以收集更精准的变形信息,从而让马达实现更精确的位移修复。
智能手机内置的陀螺仪都是以芯片的形态存在
光学HDR算法:协调软硬件之间的算法,一般只有官方自带的相机APP才能确保HDR体验,第三方APP取得照相或音频录制权限后,可能无法进一步调用OIS马达模块。
在智能手机以照相为主要用途的时代,OIS掌控技术主要用于旗舰智能手机身上的“主摄”;随着更多消费者开始关注变焦镜头照相,很多旗舰机开始倾向将OIS掌控技术从主摄转移到“长焦”摄影机;在音频开始流行的今天,OIS掌控技术又有了从长焦摄影机回归主摄的趋势,而少数产品还会采用更豪华的“双OIS”矩阵,即主摄和长焦摄影机都支持OIS,中高档代表有苹果iPhone 11,中端代表则以荣耀V30 PRO为主。
协同作战是趋势
随着最新传感器和拥有更强AI性能SoC的普及,业内有一种观点认为EIS电子HDR掌控技术就已经足够,强上OIS纯属浪费。实际上,这是一种非常不负责任的态度。说OIS马达会显著增加摄像头模块体积,导致智能手机摄影机变厚纯属敷衍,OIS尚未普及的根源还是源于更高的成本——小学生才会从OIS和EIS二选一,真正的玩家绝对会表示“我全要”!
原因很简单,想要音频不糊,光靠EIS电子HDR是肯定不够的。在过山车、骑行、奔跑等可能存在大幅变形的音频录制过程中,单靠OIS光学HDR也难以确保完美。因此,在智能机领域EIS+OIS结合的“HIS”混合HDR将成为未来的发展趋势。
以OPPO Reno系列为例,其主打的Ultra Steady音频超级HDR掌控技术的本质其实就是HIS混合HDR,而且该产品还引入了多源感应器信息融合和HDR情景智能分析掌控技术并将陀螺仪的频率从传统的400Hz提升到了800Hz,能够更加灵敏地感应智能手机的运动状态,从而实现音频摄制中的超级HDR。