相机防抖这么好的主意是谁想出来的?

2023-08-23 11:03
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LUMIX相机搭载了多种防抖技术,包括机身防抖技术「B.I.S.」,镜头防抖技术「O.I.S.」以及两者协同防抖而来的「Dual I.S. 2」,还有从LUMIX S5M2上开始搭载的「Active I.S.」。



如今,市面上的许多相机和镜头都拥有防抖系统,但实际上,世界上首个开发出图像防抖系统的正是松下。

松下防抖技术开发团队成员,从左至右:中田・岸場・櫻井・溝端・大原・江島・杉野・板屋


图像防抖技术开发契机

    契机

松下是世界上首个开发出图像防抖系统产品的厂商,其契机源于一次在夏威夷的视频拍摄。

世界上首个搭载光学防抖技术的摄影机松下PV-460

这是在「松下无线研究所」时期的故事了。当时一位名叫大嶋的员工曾参与了用于汽车导航系统的陀螺仪相关研发工作。一次,他与一位同事带着一台摄像机前往夏威夷。当时的摄像机普遍大到需要扛在肩膀上使用,在驾驶汽车时,一位同事扛着摄像机拍摄窗外的风景,而由于汽车一直在行驶中,画面自然产生了晃动。

当大嶋发现同事为了尽量地抵消晃动而一直在努力地摆动自己的身体时,他意识到,这与他曾参与的陀螺仪的工作原理似乎有些相似。正在当时,汽车导航系统陀螺仪的研发工作因为种种原因而陷入了停滞。于是大嶋就萌生了将陀螺仪技术运用到相机上实现图像防抖的想法。

于是,大嶋便开始致力于陀螺仪小型化的工作(当时的陀螺仪传感器普遍体积还偏大,很难运用到摄影机一类的产品中),并将其集成在摄像机内。在此之上,又进一步开发了抖动校正机制和算法。于是,松下终于在1988年推出了世界首个搭载防抖技术的摄像机PV-460。

   

    大受欢迎

电路板右侧的黑色芯片即为如今的陀螺仪传感器

PV-460是首款配备图像稳定功能的摄像机,并于美国的展会上进行了发布和展出。

当时,“小型化”是日本国内摄像机市场的主流,而由于配备了防抖机构,这款摄像机的体积显得相对庞大。因此,松下将目光瞄向了海外市场,在美国的展会上,PV-460为参会者留下了深刻印象,成为了热门展品。

于此同时,防抖技术得到了科技界的高度评价,并在有关学术会议上进行了展示发表。作为第一个验证相机抖动影响的研究成果,它被认定为具有高度的新颖性和原创性。

松下也在这时申请了专利,成为了名副其实的“世界上第一家在相机中加入图像稳定功能的制造商”。

负责相机抖动校正机构和执行器开发的江岛先生:


以上,是“松下”在图像稳定方面的开发历史。从这里开始,我们来介绍一下“LUMIX”的防抖技术。


图像防抖技术开发轨迹


    光学防抖技术的进化

LUMIX首款搭载镜头光学防抖技术的数码相机FZ-1

LUMIX 图像稳定技术一直在不断发展,下图的表格便是它的发展轨迹以及首次搭载的相机型号名称。

2000年左右,紧凑型相机十分流行,为了能让普通用户也能更加轻松地拍摄高质量的照片,当时LUMIX的目标便是普及更小的相机。

而在用户的日常拍摄中,导致拍摄失败最主要的原因之一便是抖动,于是松下率先在高倍率变焦机身镜头中搭载了镜头光学防抖技术。这项技术后来也陆续被推广到低倍率变焦紧凑型数码相机和可换镜头相机镜头上。而到了现在,无论是标准变焦镜头还是长焦镜头,都普遍搭载了光学防抖功能。

LUMIX的防抖系统

在这之后,为了满足没有搭载防抖系统的老款型号镜头上使用图形稳定功能的用户的需求,LUMIX又开发了首款机身内防抖系统,支持两轴防抖。

为了在保证防抖性能的同时,尽可能地降低对机身尺寸的影响,松下从机械结构部分的研究入手,经过不断地研发,最终研发出了机身内置防抖的相机GX7(支持两轴防抖)。

之后,再通过对防抖算法、机械结构和零部件的不断改进,松下的防抖技术不断地进化。进一步推出了具有五轴图像稳定系统的 GX7MK2(即国内型号GX9,下文略),开发了 LUMIX 自身独有的图像稳定功能,例如使机身和镜头协同防抖的 「Dual I.S.」,以及最新型号 S5M2 所采用的「Active I.S.」。


    从机械结构部分看机身防抖的发展

LUMIX开始进行机身防抖技术的开发是在2012年。LUMIX开始开发机身防抖的初衷是,即便是使用一些没有搭载镜头光学防抖技术的老款型号镜头时,也能让用户享受到的防抖效果。

开发人员说:“最开始我们使用了STM(步进电机)系统来移动传感器,从而补偿相机的抖动,但在达到预想中的性能之前,STM系统真的出现了非常多的问题,我们真的是非常辛苦,花了很多工夫才搞定它。我们是真的不想再看到它(STM系统)了。(笑)”

而2016 年是一个重要的转折点。因为在这一年,图像稳定的驱动系统从 STM 系统改进为了 VCM(音圈马达)系统。

LUMIX GX7的STM驱动系统(左)和LUMIX GX7MK2的VCM驱动系统(右)

在改用了 VCM 系统后,相机不仅能处理垂直和水平运动,还能处理旋转运动,可以更顺畅地修正各种类型的相机抖动了。

STM系统还有两个缺点就是噪音和发热,马达工作时的噪音和发热会对视频录制产生负面影响。而采用VCM系统后,这一问题也得到了解决,因此在GX7MK2开始,实现了在视频录制时也可以使用机身防抖的功能。

而在发热控制方面,2017年推出的的GH5大幅改进了散热系统,最终实现了“无限时录制”,在这之后松下的m43画幅相机均是以GH5为基础进行设计。

而来到2019年,LUMIX推出的的首台全画幅相机S1也配备了机身防抖功能。同年发布的S1H则是在机身内部添加了风扇以保证散热,同样实现了无限时视频录制。

而今年发布的S5M2通过将机身防抖模块工作的热量直接传递至风扇之上,以更小的机身实现了更高的散热性能。

由此看来,防抖机构从机械角度来说,“电机”和“散热”的发展就反映着机身防抖技术的发展。

那么前篇的内容便到此为止了。在后篇,将具体介绍各项防抖技术的功能以及由开发人员来讲述其研发背后的故事。


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