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手机防抖新时代来临,vivo X50超感光微云台技术解析

微云台技术开启了手机无损防抖新时代。


智能手机的发展过程中,拍照作为用户重要需求一直在不断进化。最初摄像头只是用来视频通话使用,只有几十万像素。而受到当时2G/3G网络低带宽的限制,传输慢,就算之后有上百万像素的摄像头,拍照后也不方便分享,仅仅成为一个记录放在手机里欣赏。

从拍照到摄影,手机影像催生防抖需求

随着在4G网络的普及,用户强烈的分享需求得到释放,这也推动手机品牌加大对于手机拍照硬件的研发,更高的像素,更大的传感器,更好的镜头模组,手机的拍照能力得到极大提升。而用户对于不同场景下的拍摄效果也有了更高的要求,夜景拍摄,人像自拍,延时拍摄,更多的细分需求被提出。诸多曾经在单反相机中才有的拍摄模式,也进入了手机中。

终于,手机拍照走向了手机摄影。

摄影本质上是一门光的艺术,更好的控制光线,特别是弱光条件下的防抖技术,如何得到稳定、清晰的画质成了手机品牌又一有待攻克的难点。于是防抖技术诞生,从最初的数码防抖演进出了OIS光学防抖。

5G时代手机摄影又出现了新趋势,视频创作、Vlog成为全民娱乐的一部分,视频防抖变得更加重要,移动芯片的算力提升,加强了防抖算法,防抖成为了延长曝光的重要支撑。

喜欢憋大招的硬核公司

但如何能让手机摄像头本身具备无损的防抖效果呢?这就要说到vivo刚刚发布的新技术“微云台”,这项技术从硬件层面实现了无损防抖,并且搭载在6月1日发布的X50 Pro手机中。

微云台防抖技术在年初vivo公布APEX 2020概念机时就有过概念展示,不到三个月就将之用于量产机型X50系列中,vivo果然是一家“硬核”公司。

这家硬核公司憋大招已经不是第一次了。2018年CES上,vivo就在vivo X20Plus屏幕指纹版上全球首家推出了屏幕下指纹技术。舍弃了背面指纹部件,让手机的厚度和整体感都得到了进一步提升,也为业界在指纹解锁的设计思路上提供了新方向。

另一次憋大招则是2019年采用升降式前置摄像头的NEX机型推出。在追求全面屏极致屏占比的道路上,NEX将前置摄像头,闪光灯等组件从屏幕上移除,实现了真正意义上的全面屏。

但这也带来了在狭小空间内如何高度集成这些部件的困难,同时还有摄像头升降结构的设计研发也极具挑战性经。过努力,最终实现了升降机构连续5万次升降无故障的成绩。升降式前置摄像头结构的推出,在业界又引领了一次设计潮流,之后若干家手机品牌开始跟进升降式前置摄像头结构。

微云台模组拆分图

可见,vivo这家硬核公司善于在有限的手机空间上内做结构创新,屏下指纹识别、升降式摄像头等,都是vivo在过去几年对机身空间极致探索的结果。手机可以夹在手持云台上做防抖,那为什么不可以给摄像头模块做一个云台来防抖呢?“微云台”技术由此诞生。

微云台技术带来影像技术新革新

传统光学防抖是传感器本身固定不动,前面的镜头组通过晃动来补偿机身的抖动,从而提供稳定的画质输出。但这里就存在一个问题,由于镜片相对于传感器围绕光轴发生运动,会造成传感器周边的成像发生畸变,成像质量下降,变得不清晰。

而微云台技术是把镜头组和传感器固定在一起,让它们之间不发生位移,作为一个整体单元进行运动补偿,这样就不存在传感器边缘画质损失,画质得到了保证。

但把镜头组和传感器作为一个整体固定,放入有限的机身空间内,这带来了制造工艺上的新挑战。需要面对“客观空间障碍”与“工艺加工极限”两个难题。

手机内的空间寸土寸金,给与摄像头模组的位置面积极为有限,而手机轻薄化设计要求下,对于机身厚度有严格要求,模组也不能做的太厚。

微云台的内部构造大致由限位机构、双滚珠悬架、镜头、音圈马达、双S型FPC排线、T-FPC、磁动力框架、模组载架以及保护盖构成,微云台整体面积约为普通主摄平均占版面积的5倍、潜望式摄像头的3.2倍,这一大堆的零件如何组合装配,成为云台小型化的难点。
创新堆栈技术

创新堆栈方案

经过不断的尝试,X50Pro采用创新堆叠方案——异形结构磁动框架来解决“客观空间障碍”这一难题。

在保证微云台正常使用的前提下,vivo将占板面积节省约了40%,厚度减少1mm,“极限”压缩微云台与屏幕的距离至0.13mm,再加以良好的结构保护措施,实现了外观设计与主板布局“完美”平衡的堆叠方案。

而大量垂直水平放置的元器件重新异形排布,内部电路重新设计,这给内部走线和元器件设计带来了巨大挑战。最终vivo研发团队选择内缩式结构,才有了现在稳定且平衡的内部电磁框架。

突破“工艺加工极限”难题的例子是“双S型FPC排线”。为削减FPC给摄像头模组防抖过程中的拉力,微云台采用vivo史上最薄的“双S型FPC排线”,厚度仅为0.07mm,相比行业普遍的0.1mm加工精度,工艺难度更大;同时采用中间挖槽、折叠的设计,仅制具制作就经过上百次调整,有效减少FPC在防抖过程中的扭动拉力,使微云台防抖的计算更为精准。
5轴防抖

5轴防抖

如此复杂的制造工艺为微云台技术带来了无损画质的防抖能力。可防抖范围面积也达到了OIS光学防抖手机的3.2倍,防抖稳定性更强。一般光学防抖可以实现X/Y/Z三轴防抖,而微云台搭配电子防抖后,可实现X/Y/YAW/PITCH/ROLL下的5轴防抖。在运动场景下可以获得更加稳定、清晰的视频和拍摄画面。

微云台防抖则可以在1/4秒快门时长的情况下,达到与普通OIS光学防抖相同的成片,防抖暗光成片能力是无光学防抖的12.5倍、普通光学防抖的2倍。如果将微云台手持曝光延长到1/2秒,依然可以获得64%的拍摄成功率,让X50 Pro在暗光拍摄下的表现更加稳定。
运动防抖视频对比

运动防抖视频对比:光学防抖(左)、微云台防抖(右)

为了让传感器获得更多光线,提升感光性能,vivo对色彩滤光片和光圈都进行了优化,采用和索尼定制的专业色彩滤光片,相比普通滤光片,整体感光性能提升10%左右。这样不仅可以缩短拍摄的快门时间,抓拍到运动瞬间,也可以拍摄到画质更纯净的夜景。
微云台拍摄的夜景样片

微云台拍摄的夜景样片

根据vivo实验室提供的数据,微云台防抖的加入让X50Pro暗光场景的曝光能力大幅提升,部分手持场景感光性能相比X30 Pro提升高达220%。

总结

从数码防抖到光学防抖,再到今天的微云台技术,手机防抖能力上限的天花板一再被突破,这背后是vivo对于消费者需求的敏锐觉察,以及在技术研发上的不断投入。

只有不断创新,才能引领科技的进步。只有不断发觉用户应用新需求,才能找到创新正确的方向。vivo微云台的诞生,给出了一条不同以往解决防抖问题的新思路,实际上开启了手机防抖新的时代。

期待着vivo的下一个“大招”出现。

(本文首发钛媒体,作者/项欧)


文章来源 钛媒体
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