為什麼「六軸光學防手震」自始至終是個騙局?揭祕這些不可能達到的防手震功能

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 17 日 7:30 | 分類 3C , 數位相機 follow us in feedly

隨著相機與手機愈來愈普及,用在穩定影像的「防手震」技術也愈為人熟知,不過,幾軸防手震代表什麼意思呢?為什麼主流的光學防手震技術是「五軸」防震呢?有沒有可能達到「六軸光學防手震」呢?請看本文解答。



先說結論:

「六軸光學防手震」現階段幾乎不可能做到。

那麼,為什麼有些手機或相機廠商依舊主打他們的六軸防手震規格呢?要先弄清楚這個問題,我們得先從五軸防震說起。

五軸防手震

「五軸光學防手震」應該是目前手機與相機光學防震規格中,較普及且較成熟的一種技術了,是藉由感光元件的位移,來達到影像穩定的效果,而「五軸」防震,則意味著感光元件具備五個向量的位移穩定技術。

五軸是哪五軸呢?答案是:「X、Y、Pitch、Yaw、Roll」

如果要用中文來解釋,應該可以這麼說:左右水平移動(X)、上下水平移動(Y)、左右搖(Yaw)、上下搖(Pitch)、滾轉(Roll)。

看圖會更好理解:

或者,現在也有很多影片解說得很詳細,例如這支 Sony A7 Mark II 展示的五軸防震技術影片,就可讓我們更容易理解五軸是哪五軸:

為什麼沒有六軸光學防震

截至目前為止,在「光學防手震」的領域,五軸已是目前技術所能達到的極限了,那為什麼沒有六軸光學防震呢?又是什麼原因沒有普及呢?

答案是技術不可能做到。

我們不妨從另一個角度來想這個問題,原有的五軸再加一軸,會是哪一軸呢?如果要做到六軸,第六軸是什麼?

我們不妨想個 30 秒再繼續看下去。

想到了嗎?

沒關係,再給一個提示:

「在三度空間的物體,一共擁有幾個自由度(Degrees of freedom)?」

答案是六個,即 X、Y、Z、θx、θy、θz。

▲ 在三度空間的物體,一共具有六個自由度。

還記得我們之前所說的,「左+右」是一個自由度,相當於 X 軸,「上+下」是另一個自由度,相當於 Y 軸,「前+後」也是一個自由度,相當於 Z 軸,以上是三個軸向的自由度。

剩下的三個自由度是旋轉的自由度,分別是以上 X、Y、Z 三個軸向的角速度,也就是五軸防震的「Pitch、Yaw 及 Roll」。「Pitch」是 X 軸的角速度,「Yaw」是 Y 軸的角速度,而「Roll」則是 Z 軸的角速度。

換言之,在三度空間運動的物體共有六個自由度,分別是三個軸上的加速度及角速度。

多出的第六軸……

那麼,我們再回來看五軸和六軸有什麼差異:五軸是:「X、Y、Pitch、Yaw、Roll」,六軸則是「X、Y、Z、Pitch、Yaw、Roll」,從前面的分析中,可以知道 Z 軸代表的是「前後」。

所以,為什麼不可能做到第六軸光學防震?

因為 Z 軸是你拍攝物體的指向。那就是……

攝物距離

想像你的相機(或是手機)是一個點,被攝物體也是一個點,連接這兩點的向量就是 Z 軸,因此 Z 軸的偏差,代表著「攝物距離的改變」。

以目前光學成像的技術來說,無論是相機或是手機,拍照前總需要「對焦」,因為拍攝前必須先得知拍攝物體的距離才能成像,即便是使用超短焦距鏡頭達到所謂泛焦拍攝(不需要對焦),仍然需要先定義攝物距才能夠成像。

因此 Z 軸防震的意義,代表的意義是「在按下快門曝光的同時,拉近或遠離被攝物體,感光元件及鏡頭的補償,有辦法做到讓成像依然清楚」。聽起來有點繞口,但如果我們反向思考,問題可以換成:「如果 Z 軸真的可以防震,那麼相機還需要對焦嗎?」

這就是為什麼不可能真正做到六軸光學防震的原因,因為第六軸的意義是相機(或手機)距離拍攝目標的遠近,我們要怎麼用可動的機械式元件來補償這個向量呢?除非你有一個可以隨時追著物體跑、無論人手怎麼動,都可以完美維持拍攝距離的相機。或許技術可以做到,但很顯然,這可能會使相機模組體積、成本大增,也不適用於消費型產品。

▲ 一個普通的三軸加速度+三軸陀螺儀感測器。

廠商宣稱的第六軸其實是……

既然六軸光學防手震實務幾乎不可能做到,那麼我們想知道,那些號稱擁有六軸防震的文宣,究竟指的是什麼?

其實,它的意義通常指的是「具備六軸感測器」,一般來說,用在手機和運動攝影機的六軸感應器大致會是「3-axis accelerometer + 3-axis gyroscope combos」,即三軸加速度與三軸陀螺儀感測器。

但問題是幾軸感應並不是重點,重點是:能否做出相對應的補償?就算感測到第六軸,感光元件、鏡片組、甚或演算法是否能對應補正?前面篇幅中,我們已證實要補償 Z 軸是相當困難的一件事,這並不會因為器材本身具備幾軸感應器就能改善。

要幾軸,有幾軸?

如果用「具備幾軸感應器」的邏輯來幫器材標示「幾軸防震」,這其實很不合理,如果要這樣搞,我們最多甚至可以標示到「九軸防震」,例如目前的九軸感測器就有這兩種:

  • 3-axis gyroscope+3-axis accelerometer+3-axis compass
  • 3-axis gyroscope+3-axis accelerometer+3-axis magnetometer

但問題是,這樣有意義嗎?別忘了在三度空間的物體也僅有六個自由度,多幾軸「感測器」並無法讓防手震的效果更優秀,重點還是在於補正機構的設計及演算法的優劣,更何況在三度空間,無論如何都無法做到超過六個軸的手震補正。

因此,聰明如你,下次看到「六軸光學防手震」這類文宣時,應該就心裡有底了吧。

或許我們也可以這麼想

從另一個角度來說,「電子防手震」可能也是一個新出路,有一種可能性是利用詳盡的演算法來補足物理上難以補正的 Z 軸,例如藉由多張疊圖的方式,來減少拍攝時前後晃動造成的影像模糊。

狹義來說,用純演算法達成的補正效果,僅能算是「電子防震」,而非物理的「光學防震」,但這是否也能算得上多出一軸的防震效果呢?

現實面來說,即使是具權威性、制定相機標準的 CIPA(日本相機暨影像產品協會)對於學防手震、補正級數的定義也是洋洋灑灑、莫衷一是,我們又該如何定義電子防震是幾軸才合理呢?

沒有硬性規定,就看你怎麼想了。

(本文由 T客邦 授權轉載;首圖來源:Canon