「21世紀是影像時代」這句話一點不假。
作為一名90后,飛控君看著模擬信號的電視變成了網絡電視,看著膠片柯達相機變成了微單。原本需要去照相店才能沖印相片裝訂成的相冊,現在也變成了手機上的一個APP,點開就能即刻分享。
得益于相機的小型化,以往需要專業設備才能拍攝出來的畫面,現在很多普通人借助消費級設備都能完成:無人機,就是其中之一。
而這一切,都源于數字影像變革。
▍起源——數字影像革命
在膠片時代,相機的成像依賴于膠卷。光線經過鏡片的折射之后投影在膠片上,與膠卷上的光感物質發生化學反應,因此才能在膠片上留下被拍攝物體的「像」。
但是膠卷的缺點是顯而易見的:價格不菲,不便攜,不便儲存,不易拷貝。隨著數字時代的來臨,人們需要更加適應時代的影像技術。
于是在1991年,柯達推出了世界上第一臺商用數碼單反相機DSC-100,該相機經尼康F3改裝得來,搭載了一顆尺寸為14×9.3mm的130萬像素CCD元件。
得益于CCD元件,數碼相機具有了操作方便、即時成像、大容量儲存、容易加工處理,容易傳送(與親朋好友分享)等功能。隨著電腦的普及,數碼相機得到了廣泛的使用,至今已經成為人們生活中的一部份。
而CCD的發明人,博伊爾和史密斯也于2009年獲得了諾貝爾物理學獎。
隨著CCD元件的發展,人們發現隨著像素的提高,CCD元件的成本會上升和成品率會下降,所以針對成本等一系列的問題,一種成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS元件空出世了。
到現在,我們所使用的無人機、手機和大部分相機,都是使用CMOS作為感光元件。
PS:當相機過渡到數碼時代時,人們延續了膠片時代的標準,將采用與常見的135膠卷相同尺寸的感光元件的數碼單反相機稱為「全畫幅數碼相機」,其感光元件尺寸為36×24mm。
對于相機來說,感光元件比全畫幅略小的,一般稱之為「殘幅」。而適用于手機、無人機等更小的感光元件,為了表述方便,一般用X/X英寸表示,比如無人機常見的1/2.3英寸。
一般來說,畫幅越大感光單元越多,其像素規格也就越大;在錄制同樣分辨率視頻時,畫幅越大的相機成像越清晰。
▍無人機的影像之路
無人機作為航模存在,其實遠早于航拍飛機,而能夠被廣大消費者所熟知的原因皆始于DJI的一次嘗試,所以,整個無人機的影像之路,其實也是DJI的發展之路。
昂貴的玩具
2010年,法國Parrot公司發布了世界上首款消費級四旋翼飛行器AR.Drone。在它的身上,我們可以看見許多現在「自拍無人機」的影子:通過手機WIFI連接控制,用手機體感/搖桿進行控制,還能傳送相機圖像到手機上。
但是AR.Drone當時搭載的CMOS傳感器現在看來相當孱弱,只能拍攝640X480分辨率的圖片,錄制每秒15幀的視頻。可以說在當時,人們僅僅是把他當作是一個昂貴的玩具(4500人民幣),而并沒有將它與「航拍」聯系起來。
但這并不妨礙它的成功,自2010年起,AR.Drone的成功讓全球范圍內都有一股將四旋翼商業化的熱潮。但是直到2012年,四旋翼產品在「玩具」之外也難有突破。
有些人就開始思考:它除了作為玩具之外,還有什么價值呢?
「飛」「拍」分離
2013年1月,隨著DJI Phantom的推出,這個問題得到了解答,那就是:航拍。當時利用GoPro運動相機拍攝極限運動已經成為歐美國家的時尚,而Phantom提供了掛載GoPro的連接架,讓用GoPro相機的人們有了從天空向下的拍攝視角。
當時的GoPro3的相機,搭載了一顆1/2.5英寸、1200萬像素的CMOS傳感器,170度超廣角鏡頭,F/2.8的光圈,能夠拍攝每秒15幀的4K視頻。其畫質在當時來說已經是移動設備的巔峰。
Phantom的高空視角再配上GoPro的上乘畫質,讓Phantom迅速成為了世界上銷量最大的四旋翼飛行器,每月銷量成千上萬。
這樣「飛」「拍」分離的設計,非常適合需要用專業相機航拍的商用領域,例如「爸爸去哪兒」等綜藝節目。但是就消費級無人機的體驗來講,使用第三方相機不便于圖像傳輸,相機參數控制也不方便,一體化無疑才是最好的選擇。
一體化的設計
于是在2013年底,乘勝追擊的DJI更進一步,推出了自帶相機的航拍一體機Phantom 2 Vision。
在Phantom 2 Vision上,DJI用了一塊1/2.3英寸的CMOS傳感器,規格增加到1400萬像素,120度的鏡頭畸變也比170度的GoPro略好,雖然不能錄制4K視頻,但是已經支持了1080P 30P/60i的拍攝,而單軸云臺的加入,更讓其成為了首款「云臺相機」。
2014年4月,DJI又發布了Phantom 2 Vision+,雖然相機方面沒有重大改進,但是得益于無刷電機和三軸云臺的引入,Phantom 2 Vision+的圖像穩定性有了長足的進步,基本上奠定了DJI今后的消費級航拍無人機的設計基調。
在此之前,航模玩家也曾在DIY的四軸飛行器上搭載過GoPro,但是槳葉的諧振會大大影響成像的質量,甚至出現果凍效應等嚴重后果。雖然有EIS(電子防抖)等技術出現,但是通過「剪裁畫面」實現的防抖不僅效果欠佳,還會大大影響分辨率。
直到三軸云臺的加入,無人機航拍真正實現了高素質的成像。這無疑是無人機航拍歷史上的一個分水嶺。
更專業的選擇
2014年11月,DJI發布了專業航拍飛機Inspire 1,此款飛機面向商業應用,不僅提供可更換相機的接口,還能在起飛后抬起機臂,解決了一直以來機臂會遮擋相機的難題。
而Inspire 1默認搭載的禪思Z3相機,在畫面質量和參數上都有很大的提升,不僅提供了4K視頻拍攝、無畸變的視角,還能獨立于飛手,由云臺手單獨操作,為專業航拍提供了最好的選擇。
次年,更加專業的航拍相機禪思X5和X5R發布,這兩款相機采用可更換鏡頭設計,可兼容多款M4/3家族鏡頭。
這兩款相機內置的4/3英寸傳感器,其感光面積是Phantom常用的1/2.3英寸傳感器的8倍,是iPhone 7的1/3英寸傳感器的16.5倍。即使在同樣的分辨率下,畫質對上述產品也呈碾壓的態勢。
而1600萬像素,F/1.7光圈,12.8檔的動態范圍,能夠記錄更多的圖像細節,支持4K 30P和1080 60P視頻拍攝,同時也支持log模式拍攝。其中,X5R還可以錄制4K RAW Cinema DNG序列幀,采用大疆自產的SSD作為存儲,平均碼率1.7Gbps,有更大的后期處理空間,也意味著有更高的畫質。
今年7月,DJI發布了首款變焦云臺相機禪思Z3,等效焦距22-77mm,3.5倍光學變焦加2倍無損數碼變焦(僅在1080p拍攝模式下),由于采用反作用輪增穩技術,禪思Z3即使在長焦端也能做到清晰穩定的成像。以強大的拍攝性能,滿足了更多的無錫航拍需求。
航拍成熟,智能初探
2016年初,Phantom 4發布,搭載視覺避障技術,被DJI的老板汪滔稱為「至今為止我最滿意的產品,歡迎來到機器視覺的時代」。
其相機最大的提升,是能夠拍攝1080P/120幀的慢動作,而且優化了鏡頭的鏡片,使圖像更加銳利,畸變更小,色彩還原更加逼真。得益于雙支架的云臺和減震模塊的內置,Phantom 4能夠在高速飛行的同時記錄下更加流暢清晰的畫面,這讓它成為了有史以來最成熟的消費級航拍一體機。
小身軀,大能量
Phantom4 的余溫未過,今年9月,DJI發布了折疊無人機Mavic Pro。作為大疆首款小型航拍無人機,Mavic Pro一經發布變迅速火爆全球。其體積只有iPhone包裝盒大小,但是卻集成了幾乎和Phantom 4同樣的性能。
其搭載的「世界上最小」的云臺相機,將一塊1235萬(總像素1271萬)的CMOS集成到了拇指大小的鏡頭中,同時4K、慢鏡頭、智能識別等功能一個不少,而且其拍攝畫質幾乎與Phantom 4不分伯仲。小巧的體積和高素質的成像,讓Mavic Pro成為了一款兼具便攜和性能的無人機。
▍未來
從2013到2016年,僅僅三年時間,這塊由DJI開創出來的航拍無人機市場呈現了爆發性的增長,越來越多的廠商加入到了競爭之中:零度、昊翔、億航、3DR、小米等等。而航拍無人機所搭載的相機也由剛開始畫質一般的單軸云臺,一直發展到了現在可變焦可拍攝4K畫面的電影機。
依靠著廠商們日夜不斷的研發,無人機影像技術有了長足的進步,消費者在享受越來越高端的無人機產品的同時,整個無人機行業也在飛速發展。其中,DJI經過數年的發展,率先擁有了Phantom、Inspire、Spreading Wings、Matrice四大系列的航拍無人機產品線,專業程度由淺入深,幾乎涵蓋了所有的無人機影像需求,在技術積累和產品體驗上有著無可匹敵的優勢。
而在未來,隨著入股專業相機公司哈蘇,相信DJI會在無人機影像領域有更多的精品推出。而隨著更多有實力的企業進入,相信也會有更多挑戰者,為我們研發出更多樣的無人機產品。