手機相機OIS與EIS防手震的差別

隨著社交網站的盛行與智慧型手機的相機功能越來越強大人們越來越倚重利用智慧型手機的相機來拍照與錄影,越來越多原本用於傳統相機及錄影機的技術導入手機相機之中。為了克服手機夜拍與攝影容易手抖模糊的問題,中高階手機內建防手震功能越來越普遍,日前Sony更是推出全球第一台五軸防手震技術的Sony Xperia XZ,讓手機的相機功能與單眼相機又接近了一步。

手機的防手震功能,主要分成EIS電子防手震與OIS光學防手震,兩者有什麼差別呢 ?  2軸、3軸、4軸、5軸防手震又有什麼差別呢 ? 以下做一說明:

防手震差異  

圖片來源:網路

 

 由於手持智慧型手機拍照時手的抖動會造成手機相機的輕微傾斜(一般在+/-0.5度以內),造成鏡頭觀察角度的變化,導致成像在圖像傳感器上相對於原位置發生偏移,造成圖像或影像模糊的問題。尤其在弱光下(夜拍)、使用數位變焦將遠處景物放大、使用錄影功能、在行進、運動中拍攝、處於顛簸環境下拍照,都會加劇手抖問題而造成圖像或影像模糊。為克服這個問題手機相機陸續引入相機的防手震技術。

所謂防手震技術(Image Stabilization /Anti-snake)最早是由Nikon在1994年的VR(Vibration Reduction)防手震技術而來,其防震原理主要是利用可以偵測相機晃動用的高性能陀螺儀感測器及判定及處理相機晃動信號用的IS控制IC當作影像穩定器(Image Stabilizer ),在快門開閤、捕捉影像的期間內,使之保持在同一位置上。防手震技術演進至今主要分成OIS(光學防手震)、EIS(電子防手震)、CCD(影像處理補正)及光學補正。由於CCD易失真及光學補正體積大智慧型手機相機所使用的防手震技術皆以OIS與EIS為主。

 

1.  OIS 與 EIS防手震的差異:

A. EIS (Electric Image Stabilization,電子防手震):

EIS是利用偵測到機身抖動的程度來動態調整ISO、快門或軟體來做模糊修正。EIS是一種演算法運算,透過影像裁減補償方式來避免模糊防震效果取決於演算法的設計與效率,主要是用拍攝影像(錄影)防手震使用∘ EIS的優點是不需額外增加硬體,成本較低且適合微型化設計,但通常必須犧牲影像的解析度與大小,相對效果較不優。

 

B. OIS (Optical Image Stabilization,光學防手震):

OIS是利用內置的鏡片(Lens-Shift Optical Image Stabilization)或感光元件(Senor-Shift Optical Image Stabilization)來對相機水平或上下的動作來逆向修正,可以用於照相及攝影的防手震上∘OIS優點是可靠性較高且不會犧牲影像的解析度,效果比EIS好,但缺點成本較貴、鏡頭機身沒辦法做很薄且有邊緣解析力下降的問題∘

 

OIS技術方式  

圖片來源: 網路

 

手機相機因有微型化設計需求,採用鏡片移動(Lens-Shift Optical Image Stabilization)技術居多∘ 為了控制鏡頭相對於圖像傳感器平移而將手抖造成的圖像偏移抵消補償掉,手機相機模組的音圈馬達(VCM)扮演OIS防手震最關鍵的零組件,目前有平移式(Pure shift )OIS 對焦馬達(以Nokia Lumia 920為代表) 以及基於移軸式(Tilt-shift) 對焦馬達兩大技術路線(以HTC One為代表)(兩大技術差異請點選這裡)

 

OIS技術  

圖片來源: 三星電機

 

以下是Giga Tech 的影片實測了 iPhone 6s(採用EIS) 與 iPhone 6s Plus(採OIS) 的錄影畫面,顯示了兩者防震效果的差異: 

 

2.  2軸、3軸、4軸、5軸防手震又有什麼差別呢 ?

眾所皆知立體空間有三軸(Axis)~ X、Y、Z,但業者針對防手震技術提出的2軸、3軸、4軸、5軸甚至6軸的防手震技術。不同軸各自代表什麼意思呢?

 

A.  Yaw、PitchRoll

防手震技術一開始是為了補正手抖造成相機鏡頭傾斜導致圖像偏移模糊而來對應立體空間的X、Y、Z三軸於是有了Yaw、Pitch、 Roll三種專有補正的專有名詞。

Yaw: 偏航代表手機左右偏移

Pitch: 俯仰 代表手機上下偏移

Roll: 翻滾運動繞著垂直於手機螢幕的軸旋轉

三軸抖動    

圖片來源: 網路

 

OIS防手震利用內置的鏡片來對相機水平或上下的動作來逆向修正所以一般是用來克服Yaw(左右)偏移及Pitch(上下)俯偏移的兩軸防手震作用

理論上手機模組上的OIS 技術只補正相機傾斜引起的圖像偏移,而不能處理相機上下左右平移抖動引起的圖像問題。在拍攝遠景照片時,手機相機平移抖動所產生的圖像偏移幾乎不存在,但在微距拍攝上相機前後抖動對圖像的影響會漸漸顯露出來,但為了讓手機OIS模組過於複雜,通常會選擇忽略微距拍攝產生的前後抖動問題。

ois相機模組  

圖片來源: 大聯大

 

然而在做錄影時手的抖動方向會更加多元相機鏡頭除了上下左右偏移外還會有前後偏移及上下左右平移的問題 OIS兩軸防手震功能(Yaw、Pitch)顯然無法應付 於是必須借重EIS三軸防手震(Yaw、Pitch、 Roll)的功能來補強

EIS是一種利用影像裁切的演算法運算,不會受限於硬體結構的限制,所以可以提供三軸防手震(Yaw、Pitch、 Roll)來補正手抖偏移Sony Xperia XZ更是全球首台具備支援EIS五軸防手震錄影功能

所謂EIS五軸防手震就是除了三軸偏移(Yaw、Pitch、 Roll)外多了X Shift(X軸平移)及X Shift(Y軸平移)。補正的方向越多 可以穩定影像的效果通常會越好但廠商本身演算法的設計與效率也決定防震的效果

sony zx  

 

LG G4是首款強調推出OIS三軸防手震(Yaw、Pitch、 Roll)功能的手機 小米5或Asus Zefone3更強調具備4軸OIS防手震功能(Yaw、Pitch、 X 平移、 Y平移)

OIS 小米5  

 

不過 版主Google了老半天有關手機相機制動器(Actuator)與手機模組元件並未發現有相機零組件廠商提供三軸或四軸OIS防手震的硬體Solution。目前只查到 Apple向美國專利商標局申請小型攝影機中配置改進自動對焦能力的OIS光學防抖系統,這一執行器模組能從5個方向(或5個自由度)調整鏡片相對於圖像傳感器的位置。是故,LG G4的OIS三軸防手震與小米5的四軸OIS三軸防手震功能到底是其發展出來的【黑科技】還是只是【OIS兩軸(Yaw、Pitch)+EIS(Roll or X/Y Shift)的行銷說詞,就只有LG與小米才知道囉! 

apple專利  

圖片來源: 網路

 

以下是Sony Xperia XZ EIS五軸防手震VS無手震及OIS防手震拍攝影片的差異比較影片: 

影片來源: Qooah

 

時代的改變手機不但已逐漸取代了隨手相機,人們也改變許多拍照的習慣(如愛自拍及背對拍攝對象…)且越來越擅於拍攝影片。為了滿足手機用戶對於夜拍或是拍攝影片能夠確保圖片與影像不會模糊不清的需求不只手機主相機可以防手震的方向越來越多,也越來越多手機廠商將前置鏡頭也加入OIS防手震功能,譬如HTC 10就是首台推出雙OIS防手震的手機

自拍

圖片來源:  photoblog

 

不過,受限於手機薄型化設計及演化法的極限,手機防手震功能能夠補正相機鏡頭偏移角度是有受限的。若要拍出需要超長曝光時間或是處於顛簸環境的照片或影像,還是要借重手機腳架或是三軸穩定器才行

手機腳架  

圖片來源: 網路

 

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