出品：科普中國
製作：科學範兒創客團隊
監製：中國科學院計算機網絡信息中心
當我們透過攝像機小小的取景器，去看這個世界時，鏡頭就是我們的眼，映入眼中的是繽紛的生活。
記得小時候拍張照片都要去照相館排隊，幾天後才能拿到照片。而如今各種拍照設備琳琅滿目，不僅拍照的門檻降低了，拍照的花樣也越來越多。
近些年還流行起一種運動攝像機，可以固定在自行車上、頭盔上，可以在水中、在各種惡劣環境中拍攝照片和視頻，受到了年輕人和戶外運動愛好者的廣泛好評。
那麼運動攝像機和普通的相機、攝像機有什麼不同呢？下面我們就來說說近來非常受歡迎的運動攝像機。
就功能來說，運動攝像機既是相機又是攝像機，它顯著的特點是體積小巧、適用範圍廣。有些朋友特別喜歡運動攝像機，因為無論是登山、騎車甚至潛水時，它都可以正常拍攝。另一個原因就是可以使用手機或者平板電腦等設備進行無線遙控操作拍攝。這就是運動攝像機有別於傳統DV、數位相機的一些優點。
無論是什麼類型的攝像機，最基本的要求就是能拍攝出來好的畫質，運動攝像機也不例外。好的畫質除了硬體上的要求之外，還有軟體上成像的算法，以及鏡頭的防抖都非常重要。
圖一光學防抖的原理（圖片來自 互動百科）
防抖對於運動相機非常重要。有時候我們拍攝出來的視頻、照片不夠清晰，偶爾出現重影或者模糊的情況，這是因為實際拍攝中，光線進入圖像傳感器後，在感光過程中的微小抖動是難以避免的，抖動可能來自拍攝者本身，也可能是快門時間不夠短造成的。這時候就需要一些措施，來減小抖動導致的影像模糊。
防抖有很多種，比較常見的是光學防抖和電子防抖。相比較而言，光學防抖的成本比較高一些。光學防抖原理並不難，是依靠在鏡頭內的陀螺儀來感知抖動，當儀器感知到微小的抖動時，就會立即將這個信號以極快的速度傳輸至相關的微處理器，之後通過計算來的數據，來調整鏡頭需要補償的位移量，這時候機器就會根據數據調用補償鏡頭組或者移動圖像傳感器，以達到消除抖動帶來的影響。我們熟知的iPhone6Plus的鏡頭就是配備了光學防抖，所以哪怕在比較顛簸的車上拍攝出來的照片也不會模糊。
電子防抖則是利用數字電路對畫面進行處理，從而防抖，也就是說，並沒有在物理層次進行調整、幹預。當攝像機相關的微傳感器偵測到抖動時，攝像機的防抖電路開始工作，這時候實際上已經產生了圖像畫面，但並不完整，此後數字電路再對抖動方向進行預判，最後利用剩下的資源計算、補充畫面，如此就會最終得到一張不是那麼模糊的照片了。
電子防抖的特點是成本低廉，不用在鏡頭上再加調整鏡頭組，但實際上是降低了圖像傳感器的利用率，對畫面清晰度、解析度都會造成影響和損失。
市場上的運動攝像機有的配有防抖功能，有的沒有配備。這是因為有些廠家一方面認為運動攝像機通常被安裝在顛簸劇烈的環境下，防抖沒用；另一方面則是為了節約成本。不過並不是每個人都是在顛簸的環境中使用攝像機，在消費者看來，有光學防抖自然比沒有防抖的攝像機更勝一籌。
圖二光學防抖的動圖
對於照片質量來說，防抖是一方面，另一方面是畫質。無論是相機還是攝像機，決定拍攝效果的大致是鏡頭組、圖像傳感器、相關微處理器三個方面。其中比較重要的是圖像傳感器，也是決定拍攝質量的關鍵因素。
一般來說圖像傳感器的種類、尺寸和像素決定著照片的質量。圖像傳感器有價格高低之分，只要廠家捨得下成本，就可以配置得很不錯。
影響成像效果的另一個關鍵因素是成像算法，通俗一點說就是圖像通過圖像傳感器之後，再經過一系列的處理器處理得到最後影像的過程。這與硬體無關，是程序的事情。各廠家都可以通過高投入配置好的硬體，但是如果算法有問題的話，仍也會出現較大的影響。
舉一個例子，iPhone6 Plus的攝像頭只有800萬的像素，而國產很多手機像素都超過這個標準，鏡頭和傳感器上的選用也不差，拍攝出來的照片仍然不如iPhone的效果好，這是為什麼呢？蘋果公司早年間曾經收購過一家做算法的公司，這家公司針對iPhone的成像做出了特別的算法，這對外並不公開，有錢也買不到，國內廠商的手機拍照效果就是差在了這裡。
運動攝像機的廠商一般都會根據自身的情況，設計和優化特殊的算法，取長補短，使得拍出來的影像變得相當不錯，當然這些算法是各大廠商的商業機密，一般人不太可能知道。
上文中我們提到了運動攝像機的基本原理以及防抖和算法，其實單個拿出來任何一條與傳統相機做比較，都不會太佔優勢。在運動攝像機出現之前，也有專門拍攝運動場景的一些攝像機，缺點是體積比較大，攜帶不便，對光線、拍攝環境要求苛刻。優點是，防抖效果好，畫質清晰，加上鏡頭比較靠譜，所以拍出來的一些視頻和照片的畫面非常棒。例如一些電影中駕車追逐的鏡頭，還有爆炸場面都是比較昂貴的專業拍攝機器拍出來的，並不是現在流行的運動攝像機。
既然如此，那為什麼運動攝像機現在會這麼火呢？
這是因為戶外運動的時候，不用帶價格特別高昂的拍攝機器，也不用請非常專業的團隊，無論是身處天空，還是在路上，甚至在水中，完全可以只靠我們自己和運動攝像機就能拍出運動中驚險刺激的影像。
在廠商的廣告中，運動攝像機拍攝的畫面或者唯美或者刺激，雖然這些廠商聲稱並無特別的處理只是進行了剪輯，但是這些都是請了相對專業的戶外運動人士進行了比較專業的拍攝，後期仍然是經過一些特殊處理，配上合適的背景音樂，才會看得觀眾心潮澎湃，激起消費者的購買慾。
運動攝像機有著很多傳統攝像機缺少的特點，例如小巧、三防、堅固耐用並配置了一系列的相關配件。例如自拍杆、安裝在不同設備上的卡槽、固定裝置，水下拍攝套裝等等，大大拉近了普通使用者與「特種」攝影的距離。
未來的運動攝像機會是什麼樣子呢？筆者認為未來的運動攝像機除了在性能上有更大程度的提高，將會變得更易攜帶。例如曾經在前些日子比較火爆的谷歌眼鏡可以拍攝720P的視頻，也算一款便攜、「簡易」運動攝像機了。
在科幻作者寶樹所寫的小說《人人都愛查爾斯》中，主人公攜帶了一種可以實時拍攝的攝像機，並向全世界直播自己的生活。小說中的攝像機大概就是未來運動攝像機的發展趨勢，更好的拍攝性能，更大的存儲空間，更久的電池續航，其中最重要的是要做得小，甚至小到可以通過手術放在眼睛中，不過發展到那種程度時，個人隱私的保護就成為新的問題了。
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