2023年12月10日发(作者：莱鸿羲)
相机防抖技术综述
一、相机防抖技术简介
相机在拍摄过程中产生或受到的抖动（blur）主要包括相机抖动、快门抖动、被摄体在快门打开瞬间产生的被摄体抖动、放大机曝光时引振动引起的抖动等。抖动的直接不良后果为图像模糊。在上述多种抖动中最常见的就是相机抖动（主要由拍摄过程中人手的抖动造成），在相机及摄影领域中的热门技术——相机防抖技术（也叫抖动校正技术或模糊校正技术）就是针对这种相机抖动。
二、从专利角度看相机防抖技术
针对防抖技术进行简单检索得到专利文献供2292篇，其中发明专利1855篇、实用新型359篇，并就主要申请人、国别、防抖技术类型等方面进行了分析。看出在相机防抖技术领域的绝大多数专利申请均为技术及创新水平相对较高的发明专利申请，这与相机防抖技术的精密与复杂的特点有关，导致了该项技术的准入门槛较高。基于主要非国内申请人以及本领域主要申请人的检索可以得出，有关防抖技术的专利申请主要由各大相机制造商提出，尤其以索尼、佳能、奥林巴斯等日本相机企业为主。基于不同防抖技术分类检索可以得出，防抖技术的发展方向主要集中在对光学防抖技术、尤其是通过移动透镜来补偿抖动的光学防抖技术的改进上。随着相机市场竞争的日益激烈，通过对防抖效果的妥协来换取成本的降低的电子防抖技术已不再是主流。
2005年，连续两年位居数码单反销售首位的佳能首次被尼康超过，由此拉开了佳能与尼康的数码单反相机大战，同时，索尼、松下、三星、宾得、奥林巴斯纷纷跟进，这也是从2005年至2009年作为数码相机重要技术之一的相机防抖技术迅猛发展的根源。大约从2005年底开始，为了减少拍摄者的手抖动造成相片画面模糊，在消费级数码相机中增加防抖功能成为市场的热门话题，因此相机防抖技术的发展反映在申请量逐年变化图中就体现为专利申请的数量在2005年开始明显上升。 经过上述分析可以看出：
首先，有关防抖技术的专利申请自从2005年申请量明显上升之后，近年间申请量较为稳定，在2014年之后甚至开始略有下降。这说明相机防抖技术的发展目前也处于平稳阶段，各相关技术趋于成熟。
其次，日本在相机防抖技术上处于领先地位。日本拥有多个世界知名相机公司，例如佳能、奥林巴斯、松下等，与其他公司相比，这些公司无论在专利申请的数量还是专利申请的质量上都具有绝对的优势。中国大陆以及台湾的发明专利申请多集中在电子防抖技术，且专利申请人比较分散，缺乏在相机防抖领域能够起到领袖作用的公司，且实用新型专利申请人多为中国大陆以及台湾公司。
再次，光学防抖依然处于防抖技术的主体，光学防抖是真正意义上的防抖，防抖效果好。而电子防抖虽然造价低，实现容易，但效果不如光学防抖显著。而世界上著名相机公司所采取的相机防抖技术目前依然以光学防抖为主流。
三、各主要相机生产商的防抖技术
由于相机防抖技术均掌握在各大相机生产商手中，现通过介绍各相机生产商的优势技术来介绍多种防抖技术。相机防抖技术均是通过防抖透镜或成像单元(如CCD或CMOS)的移动来补偿手抖的影响，其中移动防抖透镜的技术称为光学防抖技术，下面要介绍的O.I.S光学防抖技术、IS防抖系统、VR防抖系统均属于该类；移动成像单元的技术称为CCD防抖技术，下面要介绍的AS系统属于该类；此外还有通过图像处理器进行后期修正来校正抖动影响的电子防抖技术。
(1)松下的O.I.S光学防抖技术
松下公司于2003年首先在旗下的袖珍数码相机中引入了以O.I.S光学防抖技术为基础的光学抖动补偿装置。松下的O.I.S防抖技术的核心是依靠磁力包裹悬浮镜头并由镜筒中间的抖动补偿透镜装置根据光轴偏移进行移动。其机身内配置的运动传感器可在短时间内探知轻微的手部抖动，从而驱动补偿透镜进行快速连续的补偿来减弱手抖对拍摄的干扰。松下自提出O.I.S光学防抖技术这一构思以来主要研究方向都集中在缩减防抖装置的尺寸上。由于O.I.S防抖通过运动传感器探测手抖并快速反应进行补偿，因此O.I.S光学防抖技术的优势在于拍摄动态影像时的防抖。
(2)佳能的IS防抖系统
佳能的IS防抖系统的核心在于通过镜头内的陀螺仪侦测微小移动，并将移动信号传送至微处理器对所需的补偿位移量进行计算，最后通过补偿镜片组根据镜头的抖动方向和位移量进行补偿。IS防抖系统的优势在于IS镜片组的移动可在极短时间内完成。
(3)尼康的VR防抖系统
VR防抖系统与其他防抖系统类似，也是通过防抖镜片的偏移来补偿抖动。VR防抖系统主要由检测部分、振动补偿镜片组以及驱动控制部分组成，其依靠振动补偿镜片的浮动来校正由拍摄者手的抖动引起的图像模糊。
(4)柯尼卡美能达的AS系统
与前几类光学防抖技术不同，AS防抖系统是一种CCD防抖技术，即将防抖系统布置在CCD上，先基于陀螺仪或其他检测元件检测出是否有抖动，然后基于传感器检测出的抖动方向、速率、移动量等参数进行计算，得出补偿抖动所需的CCD移动量。动作监测器再根据该移动量通过驱动装置操纵支架进行相应的移动以补偿抖动。与光学防抖技术相比，采用了CCD防抖技术的AS防抖系统能够有效避免由光学防抖方式带来的球差问题。
(5)电子防抖技术
前述的光学防抖技术和CCD防抖技术均属于机械防抖，此外，还存在电子防抖技术，如奥利巴斯的Anti-Vibration Program技术、尼康的BSS防抖技术等。其中Anti-Vibration Program技术根据拍摄情况，通过调节快门速度和ISO 感光度等设置，减轻抖动的影响。在低光照条件下进行拍摄时，相机会自动提升ISO 感光度、自动进行最佳快门速度选择和闪光触发设置，以防止因相机抖动造成影像模糊。BSS 防抖技术由于主要通过软件实现，因此不会增加相机的成本。尼康的BSS 全称为最佳拍摄选择器，当该功能开启时，相机可以连续拍摄最多10张照片，然后对照片进行比较，锐化度最高(细节拍摄最佳)的照片将会被记录下来。其主要的原理就是，成像清晰的照片一般容量较大，锐度较好，抖动的照片容量较少，锐度较差。通过连拍，可以减少在按下快门时候的相机抖动。电子防抖技术的优势在于可明显降低成本，但从对抖动的补偿效果来看要弱于机械防抖技术。
四、总结
各大相机生产商开发的防抖系统和方法多种多样，总结起来主要分机械防抖系统和电子防抖系统两类。机械防抖（又称光学防抖）又可分为镜头防抖和传感器防抖（CCD防抖）。镜头防抖是在镜头中设置防抖补偿镜组，根据相机的抖动方向和程度，调整镜组位置和角度，使光路保持稳定。传感器防抖是依靠移动成像传感器来补偿抖动造成的光轴偏移，是一类新颖的机械防抖方式。对于电子防抖系统，通常通过提高ISO的方式，使快门可以在感受抖动之前完成拍摄或通过连续拍摄多幅图像再进行筛选的方式起到补偿或规避抖动影响的效果。
数码相机的防抖技术在光路补偿和CCD移动补偿的思路下，发展较为平稳。但随着材料科学与微电子技术等相关技术的不断发展，使得机械防抖技术在器件的集成化、小型化、稳定性、经济性方面产生了飞跃。目前的防抖技术不仅仅只应用于高端相机，普通的消费级相机也具备了光学防抖功能，甚至具有摄影模组的移动电话也开始运用光学防抖技术。因此，防抖元件的经济化、小型化成为目前研究的热点。而由于数字防抖技术对硬件开发的依赖性较小，也吸引了许多研究者的目光，期望随着运算速度的不断提升、算法的不断开发优化，可将该技术由动态影像防抖逐步向静态影像防抖领域发展。
2023年12月10日发(作者：莱鸿羲)
相机防抖技术综述
一、相机防抖技术简介
相机在拍摄过程中产生或受到的抖动（blur）主要包括相机抖动、快门抖动、被摄体在快门打开瞬间产生的被摄体抖动、放大机曝光时引振动引起的抖动等。抖动的直接不良后果为图像模糊。在上述多种抖动中最常见的就是相机抖动（主要由拍摄过程中人手的抖动造成），在相机及摄影领域中的热门技术——相机防抖技术（也叫抖动校正技术或模糊校正技术）就是针对这种相机抖动。
二、从专利角度看相机防抖技术
针对防抖技术进行简单检索得到专利文献供2292篇，其中发明专利1855篇、实用新型359篇，并就主要申请人、国别、防抖技术类型等方面进行了分析。看出在相机防抖技术领域的绝大多数专利申请均为技术及创新水平相对较高的发明专利申请，这与相机防抖技术的精密与复杂的特点有关，导致了该项技术的准入门槛较高。基于主要非国内申请人以及本领域主要申请人的检索可以得出，有关防抖技术的专利申请主要由各大相机制造商提出，尤其以索尼、佳能、奥林巴斯等日本相机企业为主。基于不同防抖技术分类检索可以得出，防抖技术的发展方向主要集中在对光学防抖技术、尤其是通过移动透镜来补偿抖动的光学防抖技术的改进上。随着相机市场竞争的日益激烈，通过对防抖效果的妥协来换取成本的降低的电子防抖技术已不再是主流。
2005年，连续两年位居数码单反销售首位的佳能首次被尼康超过，由此拉开了佳能与尼康的数码单反相机大战，同时，索尼、松下、三星、宾得、奥林巴斯纷纷跟进，这也是从2005年至2009年作为数码相机重要技术之一的相机防抖技术迅猛发展的根源。大约从2005年底开始，为了减少拍摄者的手抖动造成相片画面模糊，在消费级数码相机中增加防抖功能成为市场的热门话题，因此相机防抖技术的发展反映在申请量逐年变化图中就体现为专利申请的数量在2005年开始明显上升。 经过上述分析可以看出：
首先，有关防抖技术的专利申请自从2005年申请量明显上升之后，近年间申请量较为稳定，在2014年之后甚至开始略有下降。这说明相机防抖技术的发展目前也处于平稳阶段，各相关技术趋于成熟。
其次，日本在相机防抖技术上处于领先地位。日本拥有多个世界知名相机公司，例如佳能、奥林巴斯、松下等，与其他公司相比，这些公司无论在专利申请的数量还是专利申请的质量上都具有绝对的优势。中国大陆以及台湾的发明专利申请多集中在电子防抖技术，且专利申请人比较分散，缺乏在相机防抖领域能够起到领袖作用的公司，且实用新型专利申请人多为中国大陆以及台湾公司。
再次，光学防抖依然处于防抖技术的主体，光学防抖是真正意义上的防抖，防抖效果好。而电子防抖虽然造价低，实现容易，但效果不如光学防抖显著。而世界上著名相机公司所采取的相机防抖技术目前依然以光学防抖为主流。
三、各主要相机生产商的防抖技术
由于相机防抖技术均掌握在各大相机生产商手中，现通过介绍各相机生产商的优势技术来介绍多种防抖技术。相机防抖技术均是通过防抖透镜或成像单元(如CCD或CMOS)的移动来补偿手抖的影响，其中移动防抖透镜的技术称为光学防抖技术，下面要介绍的O.I.S光学防抖技术、IS防抖系统、VR防抖系统均属于该类；移动成像单元的技术称为CCD防抖技术，下面要介绍的AS系统属于该类；此外还有通过图像处理器进行后期修正来校正抖动影响的电子防抖技术。
(1)松下的O.I.S光学防抖技术
松下公司于2003年首先在旗下的袖珍数码相机中引入了以O.I.S光学防抖技术为基础的光学抖动补偿装置。松下的O.I.S防抖技术的核心是依靠磁力包裹悬浮镜头并由镜筒中间的抖动补偿透镜装置根据光轴偏移进行移动。其机身内配置的运动传感器可在短时间内探知轻微的手部抖动，从而驱动补偿透镜进行快速连续的补偿来减弱手抖对拍摄的干扰。松下自提出O.I.S光学防抖技术这一构思以来主要研究方向都集中在缩减防抖装置的尺寸上。由于O.I.S防抖通过运动传感器探测手抖并快速反应进行补偿，因此O.I.S光学防抖技术的优势在于拍摄动态影像时的防抖。
(2)佳能的IS防抖系统
佳能的IS防抖系统的核心在于通过镜头内的陀螺仪侦测微小移动，并将移动信号传送至微处理器对所需的补偿位移量进行计算，最后通过补偿镜片组根据镜头的抖动方向和位移量进行补偿。IS防抖系统的优势在于IS镜片组的移动可在极短时间内完成。
(3)尼康的VR防抖系统
VR防抖系统与其他防抖系统类似，也是通过防抖镜片的偏移来补偿抖动。VR防抖系统主要由检测部分、振动补偿镜片组以及驱动控制部分组成，其依靠振动补偿镜片的浮动来校正由拍摄者手的抖动引起的图像模糊。
(4)柯尼卡美能达的AS系统
与前几类光学防抖技术不同，AS防抖系统是一种CCD防抖技术，即将防抖系统布置在CCD上，先基于陀螺仪或其他检测元件检测出是否有抖动，然后基于传感器检测出的抖动方向、速率、移动量等参数进行计算，得出补偿抖动所需的CCD移动量。动作监测器再根据该移动量通过驱动装置操纵支架进行相应的移动以补偿抖动。与光学防抖技术相比，采用了CCD防抖技术的AS防抖系统能够有效避免由光学防抖方式带来的球差问题。
(5)电子防抖技术
前述的光学防抖技术和CCD防抖技术均属于机械防抖，此外，还存在电子防抖技术，如奥利巴斯的Anti-Vibration Program技术、尼康的BSS防抖技术等。其中Anti-Vibration Program技术根据拍摄情况，通过调节快门速度和ISO 感光度等设置，减轻抖动的影响。在低光照条件下进行拍摄时，相机会自动提升ISO 感光度、自动进行最佳快门速度选择和闪光触发设置，以防止因相机抖动造成影像模糊。BSS 防抖技术由于主要通过软件实现，因此不会增加相机的成本。尼康的BSS 全称为最佳拍摄选择器，当该功能开启时，相机可以连续拍摄最多10张照片，然后对照片进行比较，锐化度最高(细节拍摄最佳)的照片将会被记录下来。其主要的原理就是，成像清晰的照片一般容量较大，锐度较好，抖动的照片容量较少，锐度较差。通过连拍，可以减少在按下快门时候的相机抖动。电子防抖技术的优势在于可明显降低成本，但从对抖动的补偿效果来看要弱于机械防抖技术。
四、总结
各大相机生产商开发的防抖系统和方法多种多样，总结起来主要分机械防抖系统和电子防抖系统两类。机械防抖（又称光学防抖）又可分为镜头防抖和传感器防抖（CCD防抖）。镜头防抖是在镜头中设置防抖补偿镜组，根据相机的抖动方向和程度，调整镜组位置和角度，使光路保持稳定。传感器防抖是依靠移动成像传感器来补偿抖动造成的光轴偏移，是一类新颖的机械防抖方式。对于电子防抖系统，通常通过提高ISO的方式，使快门可以在感受抖动之前完成拍摄或通过连续拍摄多幅图像再进行筛选的方式起到补偿或规避抖动影响的效果。
数码相机的防抖技术在光路补偿和CCD移动补偿的思路下，发展较为平稳。但随着材料科学与微电子技术等相关技术的不断发展，使得机械防抖技术在器件的集成化、小型化、稳定性、经济性方面产生了飞跃。目前的防抖技术不仅仅只应用于高端相机，普通的消费级相机也具备了光学防抖功能，甚至具有摄影模组的移动电话也开始运用光学防抖技术。因此，防抖元件的经济化、小型化成为目前研究的热点。而由于数字防抖技术对硬件开发的依赖性较小，也吸引了许多研究者的目光，期望随着运算速度的不断提升、算法的不断开发优化，可将该技术由动态影像防抖逐步向静态影像防抖领域发展。