從自拍達人的制勝法寶，到網紅 vlogger 們的必備工具，再到好萊塢大片的標配裝備，幾乎每一次我們按下錄製鍵，都離不開它的魔力。第八期，我們就看它如何從古人暖被窩的香爐，發展到現在拍攝再也離不開的神奇組件。
本期文字版
Hello 大家好，歡迎收看全國首檔非大型極客勵志脫口秀節目《科技相對論》我是王自如。不知道大家有沒有看過一個蘋果的宣傳片《三分鐘》，是一個很感動、很親情、很溫馨的一個片子，是陳可辛導演完全用 iPhone 進行拍攝的作品。
雖然說這個片子的拍攝除了 iPhone X 以外，本身還有一些輔助器材起到了大量的穩定和輔助畫面的作用，比如三腳架 穩定器 外接鏡頭等等，但是依然不可否認的是，現在手機的視頻拍攝能力已經很強，至少不輸於入門的卡片機了。
另外，相信大家平時也會經常看一些 vlog，這些 vlogger 們所用的拍攝設備並不一定都是很貴的專業相機，畢竟預算有限，大多數人都在用微單或者卡片機，甚至還有人直接用手機就可以完成日常 vlog 的拍攝。
這些現象都在說明，因為現在攝像領域的技術和設備已經越來越趨向成熟，甚至手機已經成為了單個的相機品類，有一大的產業鏈在支持整個攝像方面的功能的延展和升級，所以拍攝視頻的門檻已經被降的非常低，回想起我們第一次看到電影的時候，誰能想到現在用一部手機就可以拍出如此震撼的大片呢。
實用攝影術的發明
實用攝影技術實際上是世界上最早出現的用機械記錄畫面的一種技術，由法國的藝術家路易·達蓋爾在 1839 年發明。
目的非常單純，就是為了將他所看到的景色再現，而且不用畫筆和顏料，要求瞬間記錄。雖然說這技術和其他技術不太一樣，它的需求被發明出來並不是因為基礎需求，但是後期當它發展到一定程度之後，在軍事上的應用和科研領域確實非常非常的廣泛，比如說情報的偵察地形勘測等等。
如何實現防抖？
經過這麼多年的發展，不管是相機，還是攝像機，都經歷了漫長的迭代和更新的過程，這個過程當中，最重要的除了畫質的改善，還有一個很重要的就是平滑度的改善，也就是我們經常所說的防抖。
為什麼說防抖這東西很重要呢？現在的單反、微單或者是鏡頭裡都會加入防抖功能，都覺得司空見慣了，手機當然也有光學防抖的模組，甚至還有通過光學防抖加數碼防抖兩種進行合成的照片，這其實都是在消除畫面虛化的問題，或者是說畫面拍攝不清晰、成片率過低的問題。
我們都知道，攝影愛好者為了拍攝出想要的風光大片，經常背著沉重的三腳架，就是為了能在按下快門時，保持畫面的穩定性，即使無法使用三腳架，也會儘量屏住呼吸，依靠雙手來保持穩定，因為一絲鬆懈導致的抖動都可能會導致這張照片成為廢片，如何穩定平衡成為攝影愛好者最頭疼的問題。
從醫學角度來講，抖動最容易造成的不良影響，是「數碼動暈症」，也就是俗稱的暈屏幕。這是一種由視覺引發的動暈症，造成這種症狀的原因是感官輸入信號之間的不匹配，比如你的眼睛看到了比較晃動的畫面，但是其他感官完全沒有運動的感受，這種衝突就造成了和普通動暈症一樣的結果，就是頭暈，噁心。
所以有些時候在看電影會發現，如果看一些用紀實手段去做的戰爭片，可能相機上為了突出畫面真實感的而並沒有採用大量的防抖，看著看著就很容易暈，還比如說在大屏幕很近距離的時候，整個環境太過於撲面而來的大範圍的晃動，也會容易陷入到一種眩暈。其實邏輯和道理都是一樣，就是你的眼睛看到了一面牆全部在晃動，但是你的小腦和你的各種各樣的其他的感官包括觸覺都在告訴你，我是在平穩的陸地上，所以你就可能會造成這樣的差異。
既然發現了問題，那如何解決就是一個比較大的難題了。除開拍攝器材本身，大多數人會選擇用一些簡單的支撐設備來消除抖動，比如三腳架和滑軌等器材，只要視頻製作團隊稍微專業一點，這兩樣東西當然必不可少，不管是拍照還是錄像，三腳架都能起到穩定支撐的作用，滑軌也一樣，在攝像的過程中，會讓畫面進行完全平滑的過度，效果呢，當然就是引起舒適。
但是更複雜一點的防抖技術就要涉及到複雜的軟體算法，以及更加複雜的外部機械結構，我們就可以把它簡單粗暴地叫做數字防抖或者是機械防抖，那麼在機械防抖當中肯定還有一個大家更加熟悉的名詞，就是光學防抖。
目前電子防抖的代表產品當屬 GoPro，尤其是最近才發布的 GoPro 7，超級防抖 Hyper Smooth 功能，可以讓用戶在在劇烈的運動過程中，也能錄製超級穩定的畫面。主要的實現原理是通過一套軟體算法，來實現「看起來不抖」的畫面。
數字防抖很簡單，就是原來畫幅這麼大，但是為了防抖的話有冗餘，我就會把真正拍出來的視頻或者照片縮小，這樣子的話，當我可以提前判定相機在現實生活當中往下抖了一下的話，那我就可以把這個畫幅實際上先提前地往上移一點，但是你既然要在畫框之內有一定的餘量的話，就證明你肯定不可能百分之百去將Sensor 錄下來的視頻或者是照片完全呈現，這也就是所說的「裁幅」，可能要裁掉 10% 、20% 不等。要想防抖的幅度越大裁得就要越高，所以你會發現每一次帶著數字防抖的 iPhone，當切換到錄像模式的時候會發現焦距變近了，原因就是畫幅被裁掉，所以說一縮幅的話焦段可能也有所變化等等。其次，電子防抖對於光照條件的要求較為嚴格，在夜間或者其他光照條件不充足的情況下，效果依然會比較差。
而光學防抖，也就是機械防抖，主要是依靠特殊的鏡頭或者感光元件結構，最大程度降低影像的不穩定性，具體點呢，就是鏡頭或者機身裡邊會內置一個陀螺儀，當陀螺儀檢測到微小的移動時，會將這種移動的信號傳遞給處理器，處理器就會立刻計算需要補償的位移量，然後通過補償鏡頭組，或者一個完整的模組結構，根據鏡頭或者機身的抖動方向還有位移量進行補償，就能有效的抵擋抖動。
這裡邊的難點在於什麼呢？我們經常在看很多防抖測試的時候會發現效果很厲害，這邊是不帶防抖的，這邊是防抖的，放在一個機械臂上面在震動的搖，然後帶防抖的效果就很明顯，畫面清晰很多。
為什麼這種東西只能是哄哄那些業餘的和不太了解的人呢？是因為人手的抖動機制和機械是完全不一樣的。機械是在固定的範圍之內左右上下抖動，人手的肌肉是無規律地隨機抖動，也就是說我每次拍的一張照片可能是往前、往左下移動一點，但是下次我還是這個位置再拍，可能就是往後、往右移動了一點了。這種隨機性的防抖對於整個陀螺儀或者是說內部的位置感知的傳感器來說，要求是非常高的，因為如果首先無法感知的話，就沒有辦法讓這個處理器產生出相抵消的算法來去補償，或者是機械結構的運動來去補償震動上的缺失，就自然沒有辦法達到穩定照片的效果。所以說這就是為什麼很多防抖通過這樣的固定模式顯示出來的效果其實都是騙人，因為沒有人在拍照的時候會這樣抖動，除非我們是得了帕金森，實際上都是隨機抖動，所以這才是真正的難點所在。但這種防抖方式比較常見，比如 SONY 的手持 DV，松下，奧林巴斯等微單的機身結構，甚至是在一些旗艦手機上也能看到。
基於機械防抖，還有一種更佳穩定的防抖技術是雲臺機械防抖，這種方式可以應對更加劇烈的運動環境，也是通過陀螺儀的檢測，除了被動的補償之外，還會利用程序控制相應的電機，在檢測到運動時加入一個反方向的動力，實現力的主動補償，來最大限度的避免抖動，就種技術的防抖程度和傳統的光學防抖相比，當然是更穩定了。
機械防抖的發展史
其實在中間你會發現所有的手持防抖的雲臺都會有各種各樣的支架和關節在相互勾連，我們把這一個系統叫做「常平支架」來去最大限度地避免抖動，這種防抖技術和傳統的光學防抖，相比起來的話，穩定程度會更高，因為它能夠抵消的運動幅度會更大。因為光學防抖再厲害，它畢竟也在所謂的模組當中去移動，但是手機一個模組就這麼大點，大點的相機一個模組也不過這麼大，怎麼可能把這個東西抵消的幅度很大呢。比如說我真的大幅度地去運動的時候，從牆上一米高跳下來 ，我需要一個非常穩定的落地，那這種是無論如何光學防抖也解決不了的，這個時候最複雜或者說最有效的外掛防抖就會起到一個解決作用。
真正最早把這事想明白並且付諸實踐應用的是我們中國人，在距離現在 2000 多年之前的西漢末年，一個叫丁諼的工匠就發明了目前世界上已知最早的常平支架，叫「被中香爐」，這是一個盛放香料來燻被褥的小球，無論球體如何滾動，中心位置的半球形爐體，都能始終保持水平的狀態。
鏤空的球體裡邊有兩個環，互相垂直，可以靈活轉動，爐體本身也可以繞著三個互相垂直的軸線轉動，相互配合抵消外力帶來的抖動，保持爐體的穩定。現代陀螺儀中萬向支架的靈感就是來源於被中香爐，真是不得不讚嘆老祖先們的智慧啊。
當然，在西方，也有一位被畫畫耽誤了的發明家提出了這個設想，就是達文西，之後，在比西漢末年晚了 1000 多年的 16 世紀，義大利學者希·卡丹諾給出了最早的萬向支架設計，所以西方人也把常平支架稱之為卡丹懸吊，或者卡丹環。
在提到萬向支架的應用方面，最早的記錄是義大利工程師焦瓦尼的著作《機械》，書裡提到了可以利用萬向支架來減輕車輛在顛簸不平的道路上的震動。
雖說這和現在車輛的避震原理不太一樣，現在就簡單用彈簧，也不可否認是一個很好的設想。
真正讓萬向支架走進科學研究領域的是法國人傅科，他在 1851 年將他製作出陀螺儀放在萬向支架上證明地球的自傳，從此萬向支架又了有新的名字，陀螺支架。
陀螺平衡儀的出現和應用，對世界產生了巨大的作用。陀螺儀定向的作用代替了羅盤，被廣泛應用在航海領域。第一次世界大戰，德國和美國又把陀螺儀用在飛機和飛彈上。
雖說「被中香爐」是有中國的老祖宗發明出來的，遺憾的是，這項技術真正在社會當中派上用場或者說產生更加廣泛的應用，實際上還是發生在西方，我們卻依然在用它來燻被窩。
之前的這些都是由「被中香爐」所衍生出來的故事，這些機械結構也就被統稱為雲臺。不過最早將雲臺應用到影視行業的產品是「舵機雲臺」。
不過當時存在的問題是，不管如何提升舵機雲臺本身的性能，都無法很好的解決抖動問題，所以國際上還有一種圖像穩定技術，是由雷射陀螺和冗餘軸進行穩定，因為體積很大，重量通常也在幾十公斤，常見的用途就是放在直升機的下方，當作一些電視臺航拍的道具，不僅成本相當高，畫面穩定性也沒有達到預期的效果。這就是為什麼大疆的出現能夠幹掉這種直升機的雲臺很重要的一個原因。
到了 2009 年，大疆嘗試用無刷電機直驅的方式來做雲臺，因為這種技術對粒度的要求提升了兩個數量級，行業內普遍認為這種方式不可行。但是誰叫大疆是一個創新型的公司呢，經過 3 年的研發，在 2012 年德國 Toy Fair 展會上，大疆發布了世界首款無刷直驅式的增穩雲臺 Z15。
可以掛載當時流行的微單 NEX5 和 NEX7，配合 S800 系列多旋翼進行拍攝工作，而且價格並不算貴，這個成果讓大疆第一次把遙控航拍的方案，降到了普通大眾可以承受得起的價格。
還一下子就把自己的名氣給打出去了，所以說大疆自此也成為了一個真正做雲臺的公司。
Z15 上市之後，民間也有一些高手開始研究雲臺的控制系統，一個俄羅斯老哥 Aleksey Moskalenko 開源了一套 2 軸雲臺的控制系統代碼，這次開源也直接影響到了整個行業的發展。
應該說，除了大疆之外，全世界做無人機雲臺的工程師，應該都用過他的代碼或者開發版，甚至直到現在，還有一些國產廠商的底層代碼，依然來自於這個老哥。
你看，這裡又回到了咱們之前講到的，開源會有什麼貢獻，這一次的開源，幾乎是直接推動了無人機雲臺這個方向的飛速發展，不過雖說這位俄羅斯兄弟的技術實力很強，但依然存在缺點，大疆 Z15 的雲臺系統，是正經的 3 軸穩定，就是 xyz 三個軸上都能有相對應的穩定系統，而這套開原始碼，只能在兩條軸上進行穩定，所以面對全方向的抖動問題，還需要加入一個額外的算法，去應對另一條軸。
既然已經有了這麼好的技術，當然是要應用在一些產品上，為大家解決更多實際生活中的需求。同樣在 2012 年，大疆發布了世界首款航拍一體機 Phantom，也就是精靈。
將大疆用以發家的飛控技術、圖傳技術，和最新的雲臺控制系統進行結合，打造出了一臺能飛超級遠，特別好遙控，然後還能錄像的航拍一體機，這對於當時的影視行業從業者來說，簡直是巨大的幫助，需要用到航拍鏡頭的時候，再也不用動用那麼大型的直升機了，省了成本不說，還降低了使用的難度，原來可能需要拍一天的內容，現在一個小時就搞定了，這效率的提升可不是一星半點。
之後，大疆在專業領域上再接再厲，2014 年，面對更加強烈的手持相機穩定需求，大疆把之前搭載在無人機上的雲臺技術進行改良，安裝在了三軸手持雲臺系統上，就有了 Ronin 系列的誕生。
這一套系統可以搭載專業相機，並且可以用手持的方式進行拍攝和控制。這又給專業的影視製作領域帶來了更多的可能性，讓之前一些因為無法架設大型軌道，或者無法使用大型器械進行拍攝的場景，有了更好的解決方案。
到了 2015 年底，大疆宣布將要推出一款可以在運動中捕捉影響的消費級手持雲臺相機，也就是 Osmo。
它和 Ronin 系列一樣，都用到了體積更小而且更高效的三軸穩定系統，同時和 Ronin 相比，它力量並沒有 Ronin 那麼大，它不是掛外掛相機，而是自己就帶一攝像頭，體積再次縮減不少，成為一個真正意義上的「手持」雲臺相機，讓大眾消費者們也能更加輕鬆的拍攝出流暢穩定的專業級畫面。所以說為什麼我反覆強調大疆是做一個做穩定器的公司。
至此，從最初的軍用產品，到專業領域的應用，再到大眾消費者可以進行簡單操作的消費領域，可以說進行了一系列的向下的普及和消費化的過程，其中大疆的作用是非常之關鍵的，也把整個產品和技術推向了更加廣泛的民用市場，所以它佔 70% 、 80% 以上的市場佔有率是自然有原因的。
當然，除了大疆之外，還有很多同樣優秀的產品，最出名的應該就是大疆的一大競爭對手，斯坦尼康。要說斯坦尼康，熟悉影視製作的朋友應該比較了解，這可是所有影視劇作品劇組裡的標配，不管是拍電影還是電視劇，哪個劇組裡的攝像團隊不配幾套斯坦尼康，那肯定是不專業。
斯坦尼康相機非常有意思，好像老是穿著盔甲，上面帶個鉤，然後旁邊有人把相機幫老師扛著，真正的攝影師要是準備去用斯坦尼康的時候，來，把相機架上，勾子 一掛，然後老師就開始用各種各樣的彈簧，身上掛了東西，把所有的壓力集中在核心部位，我們叫做 core area ，你的胯和你的腰腹，這樣能夠減輕它的力量。
但是真的很厲害，掛設專業級的相機、巨大的附件，還有旁邊還得有人跟焦等等，都可以拍得非常穩定，所以可以說是一個非常顛覆性的產品，那它是怎麼來的呢？
斯坦尼康是 1973 年由美國人 Garrett Brown 發明的攝影機穩定器。
這哥們兒是一個製片商，他發明這個產品的目的很簡單，就是需要打破當時電影拍攝時在穩定方面的局限性，打造一個更加便攜的裝置。一開始這個東西被直接用他的名字命名，叫「布朗穩定器」，後來改名叫做 Steadicam，意思是穩定的相機，如果用音譯的話，就是我們常說的斯坦尼康。
這個東西的工作原理現在看起來非常簡單，核心區域就是兩個部分，承重背心和減震力臂。通過減振力臂，將來自四面八方，會造成攝像機抖動的力，傳遞到承重背心上，因為人的體重加上背心的重量，遠大於攝像機重量，所以可以藉助重力來保持攝像機的穩定，最終實現畫面的穩定。
但是如果沒有斯坦尼康，那可能我們用手持雲臺所拍攝出來的照片和能掛的這些器材是無法達到所謂影視級別，或者說叫做電視級別的製作要求的。
斯坦尼康一經上市，就引發了影視行業的軒然大波，1976 年，第一部使用斯坦尼康拍攝的電影《洛奇》，就獲得了當年的奧斯卡最佳影片。
之後在 1980 年又一部大家更為熟悉的電影《閃靈》，也用到了斯坦尼康來拍攝，這裡有很多鏡頭都通過運用斯坦尼康來拍攝一段連續的長鏡頭，將整個屋子的走廊完全展現出來，才吊足了觀眾的胃口，在最出其不意的時候來一點嚇人的元素，當然會給每個觀眾都留下一點心裡陰影，不過這種渲染的效果確實是通過斯坦尼康才能實現的。
用今天的眼光來看，這個看似小小的發明，實際上是給電影行業帶來了翻天覆地的變化，斯坦尼康也就順理成章的成為了專業的代名詞。在這個領域裡面其實大疆和它並不是完全的衝突，因為有的時候劇組裡邊是兩個都用，只不過用在不一樣的地方。
不過斯坦尼康也是有缺點的，最大的缺點就是，這東西忒重，用於電影製作級別的斯坦尼康，一個承重背心的自重就能有十幾斤，穿在身上跟扛了一袋米的感覺差不多，如果平時不怎麼運動健身，估計穿上這個背心之後，別說拍攝了，走兩圈都要累趴下，再加上減振力臂之類的設備，一整套下來少說幾十斤了，一般人還真拿不動。另一個很大的缺點是，想要熟練使用斯坦尼康，就必須經過一系列嚴格的訓練，市面上還有一些斯坦尼康培訓班，也就是說，這個設備的上手門檻相當高，如果不是從事影視拍攝的專業攝像師，沒必要也應該沒機會接觸到這類產品。相對消費者，大疆可能會有更好的適用性。
所以，Ronin 和 Osmo 系列，就是大疆針對斯坦尼康這兩個最大的缺點，所給出的更加優秀的解決方案。也可以說，大疆從自己擅長的和飛控和雲臺領域，逐漸向專業的影視創作行業邁進，並且一點一點吃掉本來應該被斯坦尼康佔領的市場。當然現在無人機的畫質也越來越高了，所以說有些劇組也乾脆就摒棄了所謂的直升機拍攝，除非是那種對於速度或者說對於航程有巨大要求的，可能還依然會有無人機，大多數情況之下大疆是完全可以滿足需求的。
大疆的驕傲
雖然說與斯坦尼康的競爭還在繼續，但是大疆很明顯是更加具有先機或者說處在一個上風的位置的，為什麼這麼說呢？因為斯坦尼康畢竟是一個太過於聚焦專業領域的用戶，作為一家還未上市的公司，憑藉著大疆的創新和研發能力，已經佔據了全球消費級市場 70% 以上的份額，在整個經濟效益的規模上來說會讓大疆進入到一個更加正向的循環，所以說讓整個大疆在營收上會比斯坦尼康大很多很多，這也是它持續保持技術創新和迭代一個研發投入的一個必要的前提。有競爭其實是一件好事，因為競爭會彼此互相刺激，但是只可惜在手持穩定器或者是說在無人機領域上，大疆的競爭對手其實主要還是自己，而且有的時候當你一旦到了高處不勝寒的地步的時候，很多時候是需要很大的決心來去保持第一的位置，因為第二名追趕第一名你是有假想敵的，但第一名把自己作為假想敵，要自己革自己的命這件事情是需要勇氣的。
大疆也從來不怕因為創新，導致自己的產品被「拍死在沙灘上」，坊間也流傳著這樣一句話，可以打敗大疆的產品，也一定是大疆的產品。大疆也真的就像這句話所說的那樣，把「創新」作為最高優先級，一次次的重新定義已經由自己開拓的市場，和已經確立的產品形式，比如剛發布的 Osmo Pocket。
就是再一次教育了手持雲臺相機市場，將頂級的雲臺、不錯的攝像頭以及優質的控制系統算法，都集成在這樣狹小的一個空間內，對於大疆這樣的產品表現，也只能用驚豔來形容了。為了實現這個全新的嘗試，不惜連同自己的前一代產品一起，進行整體的降維打擊，而其他生產同類型產品的廠商，可能還停留在如何學習製造上一代產品的階段吧。
從一開始的多旋翼，到第一個增穩雲臺 Z15，再到後來的 Ronin 系列和 Osmo 系列，大疆一次次的將這個非常專業，非常難以接觸的領域，用另一種更加親民的方式，呈現在消費者面前，不論是價格，便攜程度，還是學習使用的成本，都變得越來越低，或許將來有一天，又大又重的攝像器材真的會被更加方便的設備取代，每個人都可以當自己的導演，作出屬於自己的大片。在軟體層面的話當然也有很多的迭代和進步，比如說可以做多重影像疊畫或者是圍繞一個物體來進行盤旋刷鍋的鏡頭，都已經把它做得非常的軟硬結合了。
總結
到現在，經過了十幾個世紀的發展，影像技術終於達到了今天的這個水平，我們可以用如此便攜的設備，拍出精美的照片，或是穩定的視頻，一切都可以用來在日後填充我們的回憶。其實很難想像，我們的祖先，為了能夠像我們一樣記錄某個瞬間，需要花費多少心血，付出多少努力，也正是因為有了一個又一個認為「未來無所不能」的先驅，不斷探索和研究，才有了技術上一點又一點的突破。也許再過五年十年，我們只需要佩戴一副眼鏡，眨眨眼睛就可以拍照或者錄像，雖然說現在有些產品也可以做到，但是可能在續航上或者是在圖像質量上還達不到，但是以後只要有更多相信未來無所不能的企業出現，並且付諸實踐和努力地堅持的話，我相信肯定會達到我們超乎想像的水平。
好了，今天的科技相對論先到這裡，更多科技生活方式的內容，大家可以登錄我們的官方網站 ZEALER.com，或者關注我們的官方微博 @ZEALER中國，以及我們的官方微信訂閱號「ZEALER」，我們下次科技相對論見，Peace～
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