OIS“移轴”的误解与误撞 ——来自莎姆定律的启示

现在业界对于OIS移轴的误解有二

误解1: 现在的两种OIS技术实现方式的轴都动了

目前在手机上运用的 OIS 光学防抖技术主要有两种方式：分别是Pure-Shift 和 Tilt-Shift；坊间也翻译为 Shift （平移式） / Tilt-Shift （移轴式）。其实这个叫法(翻译) 是有点混乱和错误的。

严格来说，“轴”顾名思义就是指镜片组的“光学中轴”。“移轴”就是移动镜片组的“光学中轴”以来实现特别的光学拍摄效果。

其实平移 (pure shift) 和 倾斜/转向(tilting) 同样都是移轴的一种。因为在拍摄活动中，其“光学中轴”都有移动。这在佳能官方网站介绍他们的高端的移轴镜头时说得比较清楚。 (http://www.canon.com.cn/specialsite/canon_tselens/)所以业界只把 tilting 或 Tilt-Shift 翻译成移轴式是有些混乱的。

误解2: 倾斜式一定会造成四角像糊

其实移轴的理论，真正就是近期其中一个热门话题——手机摄像头光学防抖技术上的其中一个较为普遍被采用的方式。看了佳能官网上的介绍，就会对这一类型的光学防抖有了最基本的概念。

若要拍摄一座高楼大厦而又不想出现图像变型时，便要升高在半空拍摄，若要站在地面上拍摄，就需要运用移轴镜头，平移镜头上去，像上图的右方。这种平移拍摄方式，正好可以被运用在光学防抖上，情况就像相机发生抖动往下移了一样，只要把镜头平移往上，就可以抓回抖动前的影像。

假设目标物 (被拍摄物) ，相机成像面和镜片面是平行的话，再假设相机抖动也只是上下/左右（X/Y轴）抖动，令三个平面仍是保持在平行的状态之下，Pure-Shift 平移式防抖“理论上” 是可以作出完美的手抖补偿。

这时若用倾斜式防抖，转动镜头来拍摄，情况就像上图右方，难免发生变型和边角失焦的现象。

但在现实生活中，特别现在手机的快门拍摄键是在屏幕上时情况如何呢？

一只手指按下去后, 前后（沿Z轴）会出现的抖动，反而出现的机会普遍一些。

这时候，纯平移的移轴理论上只能对中心点作出完美的补偿。因焦距发生了变化，边角地方便会有光线的损耗和不清。

反过来 tilt-shift 在“理论上”，运用莎姆定律，才可以做出完美的补偿。

当然，镜头能否完美地摆动去到达莎姆定律所指定的位置，又是另一回事。

(有关莎姆定律可参见http://en.wikipedia.org/wiki/Scheimpflug_principle，或见后文简单描述。)

为了对光学防抖有更深入的了解，特别造访了对光学设备有十多年研发经验的P总，他直截了当一语道破的说，现在的光学防抖算法也只是模拟现实状况的一种算法而已，目的只是为了尽量减低抖动对图像的影响。即使是上文说到的“理论上完美补偿”，也只是建基于一个假设上，就是假设了被拍摄物是一个毕直的垂直平面放在相机的前方，但在现实生活中，被拍摄物可能是倾斜的，比方说是一个斜坡，或者是一群由矮至高的人群，又或者是从高处往下拍下去的一个平面，这时这个所谓的“理论上完美补偿”就不成立了，也同样会出现边角失焦的现象。所以每种方式各有优点，不需要执着那种算法，反而应从实际应用上的效果着眼比较具体。

即使是佳能的第一代IS中，陀螺仪只侦测转角量，然后用平移方式作出补偿。而在新一代的中阶便携相机中，已经有了他们称为 Hybrid-IS 的光学防抖技术。即可将这两种光学防抖技术算法合二为一。（参见网址：http://www.canon.com.hk/tc/product/catalog/productItemDetails.do?prrfnbr=200730）

且看快将面世的iPhone6 和三星的光学防抖，或将会为业界带来新的突破和启示。

在这里, 我们或许可以由莎姆定律得到一些启示：

什么是莎姆定律 ？

当拍摄主体平面、镜头平面和成像平面三者相交于一线时，此时拍摄主体平面上的全部景物都会呈现清晰的状态，这就是莎姆定律。莎姆定律是由奥地利的陆军上尉希奥多‧莎姆禄格（Theodor Scheimpflug）所提出，原本应用在他的空照透视图上作技术修正之用，它是透过移轴操作来改变焦平面的位置，让画面中的清晰范围分布产生改变，以达成景深控制和缩放光圈之成像质量都能兼顾。只要以移轴操作中的俯仰或摇摆让原本平行的前后焦平面相互交集，就能改变景深的空间性。

了解焦平面和移轴的概念后，才能掌握莎姆定律。当拍摄主体平面（原本的前焦面）、镜头平面（镜头中心点垂直于光轴所延伸出来的平面）和成像平面（通常是相机的感光媒介部位，原本的后焦平面）三者相交于一线时，此时拍摄主体平面上的全部景物都会呈现清晰的状态，经由这样的清晰平面位置改变，就可以漂亮地解决景深分布的问题，而不必依赖缩放光圈来控制；在某些需要拍摄画面内容全部清晰，又不想要把光圈缩得太小而影响画质的拍摄场合，能发挥极大作用。下图为莎姆定律原理图

复杂的数学认证可以找网上找到（网址：

http://en.wikipedia.org/wiki/Scheimpflug_principle）

要想在手机的拍摄活动中清晰成像，其要旨是：

当目标物和相机成像面不是平行，而是形成一个角度的话，镜头便需要作出一定的转向，才能拍出完全合焦的成像。

所以在沿Z轴倾斜的抖动情况下，Tilt-Shift倾摆平移式防抖，会对镜片作出一定角度的转动修正。效果反而会比纯平移式减少边角模糊的状况。可以说    倾斜式因为其技术实现方式与莎姆定律的原理不谋而合。

现有拍照模式，感光芯片很难与拍摄对象保持平行

还有，我们发现一个有趣的现象：在手机的拍摄实践中, 被拍摄物通常也不会在一个跟相机平行的平面上的。

我们都知道，最清楚的成像是，被拍照物体、镜头、感光芯片平行，在一个轴上，且焦距适当，这样才能清晰成像。

然而，在现实的拍照体验中，特别是随着摄像装备的微型化，也就是在手机的拍照过程中，你的手机摄像头很难与被拍摄物体在一个平行状态下，或多或少，你的手机的感光芯片与所拍照的物体存在都有一个角度。在传统的照相中，为应对一些特殊的模式，如仰拍一个大楼，摄影师就请出了移轴式镜头，通过镜头角度改变来纠正光线在经过凸镜所产生的变形。从而使大楼顶部变回正常和清晰。

那么，依据莎姆定律，现有的移轴式OIS的方式，是否比平移式更有效果呢？这的确是个有趣的想法。不过，因为产业的关系，我们还有办法拿到相关的对比测试数据和图片等。

我们知道，目前市面上主流的还是纯平移式的OIS方案。但这一方案目前只掌握在少数厂商手中，因此产能受到影响。而式的倾斜式OIS因为之前不被看好，主是因为没有办法改变四周像糊问题。基于这二个原理，业界是否能重新评估和优化使用移轴式OIS马达，这是一个值得思考和有意思的问题。

（文/邓林）