「21世纪是影像时代」这句话一点不假。
作为一名90后,飞控君看着模拟信号的电视变成了网络电视,看着胶片柯达相机变成了微单。原本需要去照相店才能冲印相片装订成的相册,现在也变成了手机上的一个APP,点开就能即刻分享。
得益于相机的小型化,以往需要专业设备才能拍摄出来的画面,现在很多普通人借助消费级设备都能完成:无人机,就是其中之一。
而这一切,都源于数字影像变革。
▍起源——数字影像革命
在胶片时代,相机的成像依赖于胶卷。光线经过镜片的折射之后投影在胶片上,与胶卷上的光感物质发生化学反应,因此才能在胶片上留下被拍摄物体的「像」。
但是胶卷的缺点是显而易见的:价格不菲,不便携,不便储存,不易拷贝。随着数字时代的来临,人们需要更加适应时代的影像技术。
于是在1991年,柯达推出了世界上第一台商用数码单反相机DSC-100,该相机经尼康F3改装得来,搭载了一颗尺寸为14×9.3mm的130万像素CCD元件。
得益于CCD元件,数码相机具有了操作方便、即时成像、大容量储存、容易加工处理,容易传送(与亲朋好友分享)等功能。随着电脑的普及,数码相机得到了广泛的使用,至今已经成为人们生活中的一部份。
而CCD的发明人,博伊尔和史密斯也于2009年获得了诺贝尔物理学奖。
随着CCD元件的发展,人们发现随着像素的提高,CCD元件的成本会上升和成品率会下降,所以针对成本等一系列的问题,一种成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS元件空出世了。
到现在,我们所使用的无人机、手机和大部分相机,都是使用CMOS作为感光元件。
PS:当相机过渡到数码时代时,人们延续了胶片时代的标准,将采用与常见的135胶卷相同尺寸的感光元件的数码单反相机称为「全画幅数码相机」,其感光元件尺寸为36×24mm。
对于相机来说,感光元件比全画幅略小的,一般称之为「残幅」。而适用于手机、无人机等更小的感光元件,为了表述方便,一般用X/X英寸表示,比如无人机常见的1/2.3英寸。
一般来说,画幅越大感光单元越多,其像素规格也就越大;在录制同样分辨率视频时,画幅越大的相机成像越清晰。
▍无人机的影像之路
无人机作为航模存在,其实远早于航拍飞机,而能够被广大消费者所熟知的原因皆始于DJI的一次尝试,所以,整个无人机的影像之路,其实也是DJI的发展之路。
昂贵的玩具
2010年,法国Parrot公司发布了世界上首款消费级四旋翼飞行器AR.Drone。在它的身上,我们可以看见许多现在「自拍无人机」的影子:通过手机WIFI连接控制,用手机体感/摇杆进行控制,还能传送相机图像到手机上。
但是AR.Drone当时搭载的CMOS传感器现在看来相当孱弱,只能拍摄640X480分辨率的图片,录制每秒15帧的视频。可以说在当时,人们仅仅是把他当作是一个昂贵的玩具(4500人民币),而并没有将它与「航拍」联系起来。
但这并不妨碍它的成功,自2010年起,AR.Drone的成功让全球范围内都有一股将四旋翼商业化的热潮。但是直到2012年,四旋翼产品在「玩具」之外也难有突破。
有些人就开始思考:它除了作为玩具之外,还有什么价值呢?
「飞」「拍」分离
2013年1月,随着DJI Phantom的推出,这个问题得到了解答,那就是:航拍。当时利用GoPro运动相机拍摄极限运动已经成为欧美国家的时尚,而Phantom提供了挂载GoPro的连接架,让用GoPro相机的人们有了从天空向下的拍摄视角。
当时的GoPro3的相机,搭载了一颗1/2.5英寸、1200万像素的CMOS传感器,170度超广角镜头,F/2.8的光圈,能够拍摄每秒15帧的4K视频。其画质在当时来说已经是移动设备的巅峰。
Phantom的高空视角再配上GoPro的上乘画质,让Phantom迅速成为了世界上销量最大的四旋翼飞行器,每月销量成千上万。
这样「飞」「拍」分离的设计,非常适合需要用专业相机航拍的商用领域,例如「爸爸去哪儿」等综艺节目。但是就消费级无人机的体验来讲,使用第三方相机不便于图像传输,相机参数控制也不方便,一体化无疑才是最好的选择。
一体化的设计
于是在2013年底,乘胜追击的DJI更进一步,推出了自带相机的航拍一体机Phantom 2 Vision。
在Phantom 2 Vision上,DJI用了一块1/2.3英寸的CMOS传感器,规格增加到1400万像素,120度的镜头畸变也比170度的GoPro略好,虽然不能录制4K视频,但是已经支持了1080P 30P/60i的拍摄,而单轴云台的加入,更让其成为了首款「云台相机」。
2014年4月,DJI又发布了Phantom 2 Vision+,虽然相机方面没有重大改进,但是得益于无刷电机和三轴云台的引入,Phantom 2 Vision+的图像稳定性有了长足的进步,基本上奠定了DJI今后的消费级航拍无人机的设计基调。
在此之前,航模玩家也曾在DIY的四轴飞行器上搭载过GoPro,但是桨叶的谐振会大大影响成像的质量,甚至出现果冻效应等严重后果。虽然有EIS(电子防抖)等技术出现,但是通过「剪裁画面」实现的防抖不仅效果欠佳,还会大大影响分辨率。
直到三轴云台的加入,无人机航拍真正实现了高素质的成像。这无疑是无人机航拍历史上的一个分水岭。
更专业的选择
2014年11月,DJI发布了专业航拍飞机Inspire 1,此款飞机面向商业应用,不仅提供可更换相机的接口,还能在起飞后抬起机臂,解决了一直以来机臂会遮挡相机的难题。
而Inspire 1默认搭载的禅思Z3相机,在画面质量和参数上都有很大的提升,不仅提供了4K视频拍摄、无畸变的视角,还能独立于飞手,由云台手单独操作,为专业航拍提供了最好的选择。
次年,更加专业的航拍相机禅思X5和X5R发布,这两款相机采用可更换镜头设计,可兼容多款M4/3家族镜头。
这两款相机内置的4/3英寸传感器,其感光面积是Phantom常用的1/2.3英寸传感器的8倍,是iPhone 7的1/3英寸传感器的16.5倍。即使在同样的分辨率下,画质对上述产品也呈碾压的态势。
而1600万像素,F/1.7光圈,12.8档的动态范围,能够记录更多的图像细节,支持4K 30P和1080 60P视频拍摄,同时也支持log模式拍摄。其中,X5R还可以录制4K RAW Cinema DNG序列帧,采用大疆自产的SSD作为存储,平均码率1.7Gbps,有更大的后期处理空间,也意味着有更高的画质。
今年7月,DJI发布了首款变焦云台相机禅思Z3,等效焦距22-77mm,3.5倍光学变焦加2倍无损数码变焦(仅在1080p拍摄模式下),由于采用反作用轮增稳技术,禅思Z3即使在长焦端也能做到清晰稳定的成像。以强大的拍摄性能,满足了更多的无锡航拍需求。
航拍成熟,智能初探
2016年初,Phantom 4发布,搭载视觉避障技术,被DJI的老板汪滔称为「至今为止我最满意的产品,欢迎来到机器视觉的时代」。
其相机最大的提升,是能够拍摄1080P/120帧的慢动作,而且优化了镜头的镜片,使图像更加锐利,畸变更小,色彩还原更加逼真。得益于双支架的云台和减震模块的内置,Phantom 4能够在高速飞行的同时记录下更加流畅清晰的画面,这让它成为了有史以来最成熟的消费级航拍一体机。
小身躯,大能量
Phantom4 的余温未过,今年9月,DJI发布了折叠无人机Mavic Pro。作为大疆首款小型航拍无人机,Mavic Pro一经发布变迅速火爆全球。其体积只有iPhone包装盒大小,但是却集成了几乎和Phantom 4同样的性能。
其搭载的「世界上最小」的云台相机,将一块1235万(总像素1271万)的CMOS集成到了拇指大小的镜头中,同时4K、慢镜头、智能识别等功能一个不少,而且其拍摄画质几乎与Phantom 4不分伯仲。小巧的体积和高素质的成像,让Mavic Pro成为了一款兼具便携和性能的无人机。
▍未来
从2013到2016年,仅仅三年时间,这块由DJI开创出来的航拍无人机市场呈现了爆发性的增长,越来越多的厂商加入到了竞争之中:零度、昊翔、亿航、3DR、小米等等。而航拍无人机所搭载的相机也由刚开始画质一般的单轴云台,一直发展到了现在可变焦可拍摄4K画面的电影机。
依靠着厂商们日夜不断的研发,无人机影像技术有了长足的进步,消费者在享受越来越高端的无人机产品的同时,整个无人机行业也在飞速发展。其中,DJI经过数年的发展,率先拥有了Phantom、Inspire、Spreading Wings、Matrice四大系列的航拍无人机产品线,专业程度由浅入深,几乎涵盖了所有的无人机影像需求,在技术积累和产品体验上有着无可匹敌的优势。
而在未来,随着入股专业相机公司哈苏,相信DJI会在无人机影像领域有更多的精品推出。而随着更多有实力的企业进入,相信也会有更多挑战者,为我们研发出更多样的无人机产品。