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数码相机新技术纵横谈(中)
作者:佚名 来源:《个人电脑》 加入时间:2004-12-21
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    [镜头技术各显其能-飞利浦液态镜头]

    如果说陶瓷镜头技术只是材料上的改良,那么飞利浦带来的液态镜头技术完全称得上是相机镜头史上的革命。在今年3月份,飞利浦公司正式发布了这项液态镜头技术,它最特异的地方在于,可以完全不使用可动的元器件实现镜头变焦功能,而是通过对人眼产生视觉的原理进行仿生,利用液体的改变来调整镜头的焦距。那么,这一切又是如何实现的呢?

    数码相机

    飞利浦向外界揭开了这项技术的奥秘所在。透镜部分由折射率不同的两种液体组成,一种液体为导电性水溶液,另一种是不导电性油,彼此不相混溶。然后,再将这两种液体加入到上下两面都透明的短圆筒中。因圆筒侧壁和上下均有一面进行疏水性处理,这样,导电性水溶液就会形成稳定的曲面状态,起到类似球状曲率的凸透镜作用。如果要调整镜头的焦距,只要对这两层液体施加与疏水性处理面垂直的电场,进而降低表面的疏水性,液态透镜的形状也因之改变。通过调整电场的强度,我们就能够将液态镜头从凸透镜状态调整到凹透镜状态。飞利浦在演示中实现5厘米至无限远的焦距,而切换时间还不到10毫秒,几乎达到“人眼”的水准。

    数码相机

    在能耗指标上,液态镜头表现同样出色。因为使用直流电压来调节焦距,耗电量几乎等于零,不会对电池系统带来什么负担。再者,液态镜头相当可靠耐用,即便进行100万次以上的反复变焦操作,它所具有光学特性并不会出现明显的下降,毕竟构成该镜头的两种液体都相当稳定。同时,液态镜头具有与生俱来的耐冲击性,你根本不用担心所谓镜头磨损,镜片撞击破碎之类的问题,适合在恶劣的环境中使用。同样,液态镜头对温度并不敏感,这也得益于稳定的液体构成。而在体积指标上,液态镜头让传统玻璃镜头望尘莫及,飞利浦展出的样品直径只有3毫米、长度2.2毫米,和一颗黄豆差不多,自然,如此之小的镜头对降低数码相机的体积相当有利。

    毫无疑问,液态镜头达到了数码相机镜头最梦寐以求的形态。近乎无限的光学变焦能力,超高的透光率,超小体积和高耐用性,再加上制造简单、成本低廉,若这种镜头可以迅速实现产品化,将会对整个产业界带来深远的影响。数码相机可在获得更佳成像质量的同时将体积大大缩小,至于那些体积夸张的长焦镜头恐怕也将走入历史。飞利浦表示,该技术目前已发展完善,正在进行量产准备,估计在明年可获得一定程度的应用,而未来的技术重点将放在大口径方向,使之能够进入高端数码相机产品中。

    [光学防抖技术-外行也能出好片]

    如果你初次接触数码相机,会发现一个看似奇怪的现象。如果拍摄时把持不稳或者拍摄的对象是运动物体,那么便会出现成像模糊的问题。造成这种现象的原因在于,数码相机通过CCD/CMOS等感光器件的光电转换实现照片拍摄,而这个光电转换总需要一定的时间,在这个过程中若相机出现振动或拍摄对象移动造成光线异常位移,所拍摄出的图像就会非常模糊。

    缓解这个问题的常规办法是使用较高的快门速度,但在曝光时间较长的拍摄中,因把持不稳,相机振动造成的图像模糊问题始终都非常严重。对拍摄技巧精湛的专业人员来说,这也许算不上大问题,再说专业单反相机拥有更快的快门速度,手持抖动的影响甚小。但对多数普通消费者来说,相机本身的快门指标显然无法同专业产品比拟,拍摄抖动现象很难避免。

    用过轻薄型时尚相机的朋友应该知道,要在拍摄时保持相机稳定是一件相当不容易的事情,而为了得到一张比较满意的数码图像,往往需要反复拍摄多次然后再从中挑选。

    幸运的是,这个难题目前已经得到良好解决。许多数码相机厂商都开发出“AS防抖技术”(Anti-Shake,或名为Image Stabilization图像稳定技术,简称IS),它可以分为光学防抖和数码防抖两大类。前者又可以分为镜头防抖和成像器件防抖两个技术流派,主要针对数码相机开发,后者则是在数据取样、图像合成阶段借助专用的算法进行修正,起到弥补抖动影响的效果,但该技术目前只应用于数码摄像机中,并没有出现在数码相机上,因此我们只向大家介绍光学防抖的两大流派。

    [光学防抖技术-镜头防抖技术]

    在两类光学防抖技术中,镜头防抖是较为常见的,它的实现原理并不复杂。在数码相机的镜头中设置一个用于防抖补偿的镜片组,同时增加若干个可感应到相机振动的感应器。在拍摄照片时,感应器可感知到相机抖动的位移方向和抖动激烈程度,而补偿镜片组就根据这些参数来实时校正镜片组的位置和角度,目的是确保抵达CCD/CMOS感光器件的光路可以保持稳定。由于相机机身的抖动被镜片组所抵消,感光器件始终都可以接收到稳定的图像,自然就不存在图像模糊的问题。这样大家在拍照时即便出现小幅度抖动,照样还可以拍出清晰锐利的数码照片。


    由于通用性好加上实现容易,镜头防抖技术为多数厂商所选择。目前,拥有防抖技术的厂商包括佳能、尼康、奥林巴斯、松下、柯尼卡美能达和适马,除了柯尼卡美能达之外,上述所有厂商都属于镜头防抖阵营。

    其中具代表性的产品包括佳能的EF IS系列镜头、尼康的VR系列镜头,适马公司也成功开发出OS系列防抖镜头,这些镜头都可以使用在数码单反机中。至于消费类数码相机,实际上早在2000年就开始引入光学防抖技术。如果你接触数码相机有一些年头,一定还记得奥林巴斯Camedia C-2100UZ和佳能Powershot Pro90 IS这两款率先拥有防抖功能的产品。

    但可惜的是,在2000年时数码相机无论技术还是市场都远未成熟,防抖功能没有得到外界广泛关注,直到今年才算是真正兴起。这个领域的先行者变成了松下公司,它们除了在12倍变焦镜头上安装了光学防抖装置外,更是首次将该技术应用在超薄型时尚相机上。上半年推出的FX-7机型配备了独一无二的“OIS(超级光学画面稳定器)”光学防抖系统,有效解决了超薄相机容易出现拍摄模糊的问题(超薄相机由于重量很轻,拍摄时更加不容易稳定把持),该功能也成为FX-7最主要的卖点之一。

    我们相信,在未来的一年中,防抖功能将不仅仅只用在高端机型,有很大可能会被广泛应用于各档次的消费类数码相机中。为此,各个数码相机厂商都会将更多精力放在防抖技术的开发和改良上,而不是将目光停留在提高CCD/CMOS感光器件的像素数上。

    有必要提到一点,并非所有的镜头都需要引入防抖技术。一般说来,长焦镜头对防抖的要求较高,短焦镜头的要求较低。数码相机的用户们应该都知道,若用长焦拍摄远距离物体,相机的小幅度抖动都会导致目标出现严重的位移,因而难以获得清晰锐利的数码图像。但若用短焦镜头拍摄近距离的物体,同样程度的抖动对目标位移的影响就很小,不容易出现图像模糊的情况。有鉴于此,各厂商都将防抖技术主要使用在长焦镜头上,至于短焦的广角镜头就没有这么迫切的需求了。

    [光学防抖技术-成像器件防抖]

    与镜头防抖技术相对应的是成像器件防抖技术。它的实现原理与镜头防抖其实差不多,最终目的都是为了让CCD/CMOS器件可以接收到稳定的光线。所不同的是,镜头防抖通过镜头的实时移动来保证光路的稳定,而成像器件防抖则是通过CCD/CMOS感光器件的实时移动来保持光路的相对稳定。

    到目前为止,开发出成像器件防抖技术的实际上只有柯尼卡美能达一家厂商,其高端机型DiMAGE A1与A2便使用了该项技术。要说明的是,成像器件防抖是数码相机的专利,传统胶片相机不可能采用类似的做法。因为要在拍摄过程中移动胶片肯定是无法实现的,而要移动小小的CCD器件就容易得多(柯尼卡美能达只使用CCD感光器件)。

    数码相机

    该技术在去年7月被成功应用到美能达的DiMAGE A1相机中,DiMAGE A1的CCD感光器件被安装在一个可移动的托架上,相机电路系统中同样有振动感应器,在拍摄时感应器实时检测到相机抖动的方向和位移,而CCD移动托架就会根据检测到的振动量作反向的移动,由此抵消了机身振动造成光线无法稳定定位的问题。美能达表示,启用CCD防抖功能后,快门速度允许降低3档,此时依然可保持相当好的拍摄质量。在今年初推出的DiMAGE A2升级机型中,美能达对该技术作进一步的改良,使之具有更高的感应精度,应用上日臻完善。

    对镜头防抖技术来说,镜头本身的设计较为复杂,往往得为自己的产品线设计多个不同的防抖镜头,但机身设计就较为简单,基本上沿袭现有的设计方案即可。美能达的CCD防抖技术刚好反过来,它可以使用普通的相机镜头,保证较好的镜头通用性和小体积,但机身设计就较复杂一些。美能达必须为CCD器件设计一个可移动的托架,再加上专门的驱动系统,三者共同组成一个防抖组件(图5)。这样,整个感光组件不可避免出现厚度明显增大的情况,难以用在超薄机型中。

    但在通用性上,CCD防抖还是有明显的优势,不同像素数和尺寸的CCD感光器件可以共享同一套防抖设计,美能达只要拿出一套方案就可以在绝大多数产品中共同使用。在实际的使用效果上,CCD防抖同样具有一定的先天优势。一般来说在拍摄时人手的震动频率在1到15赫兹之间,而对于1、2赫兹的低频震动,镜头防抖技术并不十分敏感,初期反应时间较长,可能难以获得比较理想的拍摄效果。但美能达的CCD防抖可感知到低频振动并及时作出反馈,综合表现较为出色。

    [存储卡技术升级-更大的容量]

    像素数的飞速增加一直都是数码相机更新换代的标志,目前,500万像素规格已经成为绝对主流,800万像素的产品也比比皆是。高像素在带来更丰富信息的同时也让数码照片变得越来越大,一张标准分辨率的照片可高达5MB容量,显然,相机的存储卡必须作同步的容量和性能提升才行。

    另一方面,轻薄型产品在上半年开始大行其道,这类相机的像素规模同样快速提升,这就要求存储卡在提供较大容量、更快速度的同时,要具备小体积和省电特性,否则将无法满足超薄机型的苛刻要求。在2004年间,我们看到这个领域的许多可喜进步,高达12GB容量的CF卡、5GB的微型硬盘、512MB容量且体积超小的miniSD卡,这些新技术新产品为未来数码相机进一步像素提升作好充分的准备。

    在数码相机所使用的各类存储卡中,CF卡的历史是最悠久的。虽然它的体积最大,要占用更多的空间,但因技术成熟、产品价格低廉,应用仍相当广泛。其实,CF卡最大的优势在于可以轻松实现大容量,自身宽大的体积可以容纳更多的闪存芯片甚至是微型硬盘,可提供的存储容量远超其他各种存储卡技术。

    数码相机

    CF存储卡的最高容量记录应该是Pretec公司所创下,该公司在年内推出高达12GB容量的CF卡,这款产品通过12枚NAND闪存芯片(每枚芯片1GB)的叠加实现,所获容量甚至超过以大容量著称的微型硬盘。而它的读写速度也从过去的40速提高到80速,每秒钟可读写12MB容量的数据,完全可胜任高端应用的需要。不过,这款产品更多只是技术代表意义,它的售价高达14900美元,甚至超过许多专业数码相机本身,即便预算充裕的专业用户恐怕都会斟酌再三。显然,选择容量小一些的CF卡更为合理,如Lexar、GREEN HOUSE等厂商都在近期新推出1GB、2GB、4GB和6GB容量的“主流”型高速CF卡,价格从300美元到800美元之间,对专业用户来说,这样的价格应该是可以接受的。

    数码相机

    替代大容量CF卡的另一个选择就是使用微型硬盘作为存储介质。目前该领域的厂商主要包括我国的南方汇通、日立和希捷三家,所提供微型硬盘的容量从2.2GB到5GB。这类产品的优点是性价比高于采用闪存芯片的CF卡,十分适合预算有限但又需要大容量的入门级准专业用户。但与其他存储卡相比,采用微型硬盘的抗震性能相对较差,用户在使用过程中应较为小心。


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