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一切都是因為「不甘心」!Olympus總部揭開E-M1 MarkII的幕後開發技術

person icon ki_min 2017-03-01

小編上週受Olympus之邀到日本橫濱參加CP+相機展盛會,在展場看到Olympus的會場被擠的水洩不通的榮景,其實不難看出來,有很多人是受去年底所發表的旗艦機OM-D E-M1 MarkII慕名而來,而從國際相機媒體一片好評、屢屢獲獎的眾多肯定,也能知道這是一台奠定Olympus在M4/3旗艦地位的機種。

E-M1 MarkII的機身性能強大,各位可以從小編的評測文章中略知一二,但從2013年E-M1一代發表到2016的二代推出的這三年間,Olympus的工程師們到底在機身上做了什麼事?是如何做出與旗艦級數位單眼相同對焦表現的產品?又是怎麼做到手持8秒依然能不手震的IS系統呢?這些優異的性能表現到底是怎麼來的?是如何決定要有這些功能?而中間還有什麼細節我們沒掌握到的呢?

在CP+大展採訪的隔天,小編隨同媒體與經銷商們,一起到東京八王子市的Olympus總部,一起揭開E-M1 MarkII背後的神秘面紗。




上圖來自元佑的Peter朱。順道提一下,Olympus總部的設計幾乎是純白色,其實相當顛覆小編的印象,我一直以為Olympus會是以深藍色為底。


雖然參觀的地方很有限,但絕大多數的景觀都是極簡風格,絕大多數空間都是白色底,配上少量的Olympus企業深藍色。讓我印象非常深刻。

本次的Olympus總部訪問多數是以簡報方式進行,輔以少數的問與答。ppt內容也無法拍攝,所以我僅能就現場少數幾張能拍攝的畫面,圖則是我在現場手繪,並且把簡報、問答與事後在晚宴聊天的內容整理結合,撰寫成文章。但Olympus對於數字與他廠商型號相當保守,所以在報導時亦必須稍做修飾,請各位見諒。



E-M1 MarkII的開發背景

 
映像產品技術開發部門主管城田英二在Olympus已經服務18年,雖然底子深厚但相當謙虛。


E-M1一代在2013年剛推出的時候獲得許多好評,公司內部認為開啟了無反光鏡相機未來的可能性,使用者的回饋獲得許多讚美的聲音,例如:

  1. 4/3鏡頭終於可以復活
  2. 專業攝影師也可以用於工作
  3. 手持拍攝也能夠相當穩定
  4. 自動對焦的速度超乎預期
  5. 外型設計相當喜愛
  6. 輕巧,適合無力負重的攝影師
  7. 大而清楚的觀景窗


但是另外一方面也有不少用戶有負面評價,例如:

  1. 自動對焦速度不及E-5
  2. 希望有雙卡插槽
  3. 電池續航力不足
  4. 高ISO雜訊太多
  5. 錄影能力不足
  6. EVF追不上畫面主體
  7. 希望有翻轉螢幕

雖然開發人員盡全力開發E-M1,但還是受到了不少的批評,因為內部所期待的評價比實際上所獲得的高許多,所以我們覺得實在是:

編按:「不甘心」三個字不是小編自己Key上去的,而是簡報上真的是這樣寫,畫面一出來現場哄堂大笑。Olympus的簡報中有許多幽默風趣的小地方。另外,他的螢幕保護程式是windows預設會在畫面中飄來飄去的立體字,上面寫著「5S命!」(5S為整理、整頓、清潔、清掃、教養,統稱現場管理法,是在工廠環境中很常見到的標語,但加個「命」字就滿搞笑。)

但其實認真的來看,其實一代的E-M1還有許多因素需要改變。於是我們就每天開會研究,發揮一切所能找出原因,知道無反相機在性能上比不過數位單眼是事實,我們決心要解決這個問題,才能夠確立無反相機的時代來臨。我們不想就此認輸,決定開發更好的產品。


那我們就找了在數位單眼中的一台,以講求速度快的一個優質產品作為目標,開發部甚至開出了「打敗______」這樣的口號。為了達成這個目標,工程師們有三個重點需要完成:

  1. 在對焦上必須超越數位單眼,並且增加EVF的顯示能力。
  2. 創造Olympus的獨創性,包含了五軸防震、我們一直要求的方便性帶性。
  3. 相機系統的進化能力,包含畫質、錄影,以及機身的信賴感。



對焦速度與EVF顯示能力的提升


  • 對焦點設計與它廠的差異

對焦速度只是快不代表就能贏,還要有五個因素都達成才行。包含了AF性能EVF的顯示能力連拍反應速度,以及足夠的使用者自定功能。需要這些條件都滿足,才能達到對焦功能上超越單眼的性能。而E-M1 MarkII採用的是121個十字型對焦點。

 

圖左:E-M1。圖右:E-M1 MarkII。取自Olympus官網

E-M1的對焦感應器只有37點,E-M1 MarkII則是擴大到121點,覆蓋了畫面80%的範圍。而E-M1的37點都是垂直檢測對焦點,而且對焦點中其實存在了不少間隙。但E-M1 MarkII的對焦點與點之間是無間隙的。
 
對此,開發部門分析了另外兩間無反相機廠商的自動對焦系統,一個是配置了425個對焦點,以對焦、連拍速度為主打的產品,雖然點數多,但每個點與點之間都有間隙,而且全部都是垂直檢視對焦點;而另外一種,則是將感光元件上的每個像素一分為二的對焦技術,雖然同時具備了速度快與準確兩個優點,非常厲害!但是因為讀出像素為2倍,所以連拍速度在AF-C時無法提高。因此我們認為E-M1 MarkII的對焦系統是最佳解。

而E-M1 MarkII是在無反光鏡相機中,唯一採用十字形焦點的產品。而且對焦點與點之間沒有間隙。不過為什麼沒有間隙,這是我們的機密,不能告訴你們(笑)



  • 數位單眼相機的劣勢(1)-反光鏡


傳統數位單眼對焦速度快,但有一個無法解決的問題,就是它的對焦僅有在反光鏡放下的時候才可以使用,因為光線是穿過反光鏡到達副反光鏡之後,光線才會被傳到機身下方的對焦模組,如下圖:

圖片取自Photographylife.com,

對焦模組是位在上圖⑦的位置,所以當反光鏡翻起的時候,把光線折射到對焦模組的副反光鏡③也會跟著一起往上翻(否則會擋住後面的感光元件),數位單眼就是在這個時候讓CMOS去擷取光線,但也就是這個時候對焦系統完全是停止的狀態。這是數位單眼的劣勢,因為在追焦連拍的時候,它的AF系統是開-關-開-關-開-關如此反覆的作動。在每一個反光鏡翻起的時候,其實都失去了一些對焦的機會。


反光鏡慢動作示意圖,圖片取自Giphy。反光鏡翻動與DSLR曝光的方式。注意反光鏡翻起到放下之前的時間,對焦系統都是暫停的狀態。

所以在連續自動對焦時,以往的對焦系統,速度都是與實際物體運動中存在一個非常細微的差距。你們可能看過某些相機在AF-C的時候,相片會以準焦-失焦-準焦-失焦依序交錯出現,其實就是對焦偵測系統跟不上物體的實例。且追焦時如果物體突然改變速度,而反光鏡目前是上翻的情況,那麼對焦系統就會預測錯誤,導致失焦。

 
但無反光鏡相機沒有這樣的問題,因為無反相機的相位偵測點是直接做在感光元件上,所以對焦偵測是時時刻刻都在進行,不會有暫停的時間。但E-M1 MarkII能做到的還要更多。它不僅是在按下快門之前在做對焦,拍完照片之後,影像處理器會立即去檢查剛剛拍的那張照片是否有準,如果沒有,E-M1 MarkII會在下一張繼續做細部調整。

而我們事後詢問才知道在拍攝時E-M1 MarkII能夠每秒檢查18次,所以連續自動對焦連拍的18fps就是這麼來的。但事實上相機在一秒之內總共做了36次對焦檢查,因為除了拍攝前的18次對焦,拍完每一張照片後,處理器會在方才拍的照片上檢查是否合焦,所以總共是36次。對焦檢查與複查的次數遠遠超過了一般的相機,自然能夠在對焦速度與精度上取得優勢。


  • 數位單眼相機的劣勢(2)-光圈大小對於對焦系統的影響



Olympus的開發人員認為數位單眼還有一項對焦上的劣勢,就是對焦系統會挑鏡頭的光圈,特別是在比f/2.8更大的光圈中會出現狀況。

一般數位單眼在對焦系統的說明上,通常會看到「f/2.8對應」、「f/5.6對應」這類的對焦點特性。現在假設我在數位單眼上裝了一顆f/1.4的鏡頭,那麼對焦系統中也只有相當少數的對焦點能夠專門對應f/2.8以上的光圈,以Canon 1DX MarkII、5D4為例,對應到f/2.8的對焦點僅有5個、7D MarkII僅有最中央的1個。這代表這些對焦點能夠較為精準的處理光圈大於f/2.8的對焦,如1DX MarkII中間一排對應f/2.8對焦點,就是最精準的雙十字型;7D2的雙十字形對焦點就是中間那一顆。

雖然所有的點都能夠用比f/2.8更大的光圈對焦,但事實上只有這些指定的點可以更為精準的處理大於f/2.8的光圈,如果把f/1.4的鏡頭交給對應f/5.6的對焦點,那麼對焦系統只能模糊的去猜測是否對焦成功,這也就是為什麼大光圈鏡頭用在對焦系統稍微邊緣的地方時,就很常有對焦失敗的狀況。

但因為無反光鏡鏡相機沒有這樣的問題,在任何一個點上使用大光圈拍攝都是一樣的,這是無反光鏡相機的優勢。

除了理論上獲得了能夠超越DSLR的對焦表現,工程師也在實際的測試當中證實了眾人的努力。實測中拍了25萬張測試照。因為我們在E-M1的時候受了很大的打擊,但我們在更新對焦系統之後,希望能夠讓市場的反應變成:「認為要有好的對焦系統就要選無反光鏡相機」這樣的概念。



  • 協助對焦系統的功臣-更強的電子觀景窗



與對焦也有部分關係的地方是EVF。一般的無反光鏡相機在高速連拍的時候,畫面上會顯示剛剛所拍的照片,所以高速連拍時的觀景窗裡面會不斷的顯示剛剛捕捉到的那張畫面,這種我們叫做「Rec View」,也就是拍攝完就顯示照片,連拍時亦同(編按:例如Sony A6000系列即是如此)。但這種顯示方式有一個問題,就是拍攝完顯示的照片,與目前正在移動物體的真實時間有一點落差,如果主體突然移開,拍攝的人會反應不過來。

E-M1 MarkII的做法叫做「Live View」。剛剛說的Rec View是拍完畫面上就顯示剛剛拍的照片,E-M1 MarkII連拍時EVF所顯示的,是目前正在進行的畫面,也就是說觀景窗內的畫面不會因為你的連拍而產生與物體實際動作上有時間差。其實這種方式就跟光學光學觀景窗幾乎一模一樣。下面舉個例子:

上述影片來自DPReview,可以解釋什麼叫做Rec View與Live View。

左邊是A6300(Rec View),注意它連拍時顯示的畫面是不會動的,因為它的處理器同時要處理存檔,同時又要顯示畫面給你看,所以無法顯示目前單車前進的動作,只能顯示剛才拍到的畫面來代替真實時間的動作。但如果車手突然改變方向,很容易因為EVF顯示給你的是剛才的畫面,所以錯失了第一時間的對焦機會。

右邊是Canon 7D(Live View),因為它是傳統的數位單眼,所以拍攝時畫面依然是會動的。這樣一來即使車手突然改變方向,你也能夠立刻調整對焦位置。

E-M1 MarkII雖然沒有7D的光學觀景窗,但因為機身有兩個四核心處理器,所以它能夠在追焦時,一部份的處理器去儲存照片,另外一部分的處理器顯示Live View的畫面給你,所以就會跟看光學觀景窗一樣,追焦連拍的EVF顯示都是會動的。

(編按:其實在較為低速連拍時其他廠牌依然有Live View,但E-M1 MarkII在18fps連拍時一樣有Live View。但如果要使用60fps連拍的話,一樣會變成Rec View,因為所有的處理器都要忙著處理照片了)



  • 連拍與EVF的進化,都必須要與雙四核心處理器相輔相成




雙四核心處理器的意思,是一半的處理器負責運算,另一半處理器負責影像運算。而所謂的TruePic VIII,是一整套這處理器的系統總稱。前面的部分不論是對焦、相片合焦檢查、高速EVF顯示以及大量相片儲存,甚至是防手震,還有所有的相機功能,全部都要分配給雙四核心處理器來運算。

除了對焦以外,EVF能夠做到超低延遲與120fps的顯示張數也完全必須仰賴TruePic VIII這個系統。EVF的顯示延遲時間比E-M1一代減少了60%,僅有0.005秒,EVF的顯示張數為每秒120張,看起來就像是光學觀景窗一樣,幾乎看不出來有任何延遲。而圖像顯示率(編按:連拍時,實際有顯示畫面的時間佔總時間的比例。數字越高越好。數字低代表連拍時大多數都在看黑畫面)為總拍攝時間的48%(7D2為53%、D500為38%)。E-M1 MarkII的圖像顯示率能夠做到接近高階數位單眼。

而能夠做到這樣的原因都取決於處理速度。因為E-M1 MarkII裡面有TruePiC VIII,能夠處理資料的能力遠遠超過市面上的其他機種,所以E-M1 MarkII在連拍時一部份的處理器用在儲存照片,另外一部分可以同時處理目前正在顯示的畫面,同時也能夠做許多事情。而其他廠牌的相機在高速連拍時一邊要儲存照片、一邊要顯示畫面。

至於為什麼是雙四核心處理器呢?其實在開發的順序上,最早的目標是要達成能夠擊敗高階數位單眼的對焦速度,同時需要強化的電子觀景窗來輔助對焦,所以兩個四核心處理器是綜合評估下來,同時能夠達到要求,又不會太過於浪費資源的一個組合。至於為什麼不做一顆超強的處理器來完成所有的事情,工程師的回答各位應該能夠理解:

如果我們只使用一顆很強的處理器的話,那麼不管相機做什麼事情它都要工作,其實相當浪費資源。不如我把所有的工作分配到不同的處理器上面,做小事的時候用少量的CPU,而連拍追焦這種大事的時候再使用更多處理器即可,雖然相機能夠做非常大量的資料處理,但如果不做資源的妥善分配,耗電也會很快。其實兩組四核心處理器的配置是在效能與電池續航力中的平衡。



  • 81年來首度獲得自家人肯定的相機產品


城田英二也表示:「事實上,公司內部有一個非常嚴苛的相機評價小組,在過去Olympus做81年相機的歷史中,從來沒有說過自己的相機好,自己公司!(苦笑捶胸)自己公司從來都不說自己好!因為他們總是不夠滿意,過去一直會對著工程師說:『你在開發什麼東西?』但E-M1 MarkII是81年來第一次獲得這個小組的肯定。」

而E-M1 MarkII在消費者中也獲得了相當不錯的評價,其中包含了

  1. AF追焦性能令人驚訝
  2. C-AF表現與DSLR完全相同
  3. 合焦精確度良好
  4. 對焦速度快且安靜
  5. EVF幾乎零延遲
  6. 使用EVF拍攝動物也相當滿意
  


將防手震做到極致-目前只需要考慮地球自轉
  

如果要說到防手震技術,Olympus應該算是相機業界首屈一指的廠商。Olympus的手震補償在2012年就達到了五軸4級(E-M5),而E-M1 MarkII能夠單機身就做到五軸5.5級手震補償。原本小編以為靠的其實就是他們感光元件上的防手震系統,但其實除了硬體以外,在軟體上也有做非常細微的調整。

但請各位別誤會,我說的軟體並不是說E-M1 MarkII的五軸5.5級是數位防震,而是消除震動以外會讓畫面看起來會晃動的因素。很難理解對吧?

當你開啟E-M1 MarkII的防手震時,整套系統其實其實有三個防震技術在運作:
  1. 機身IS
  2. 鏡頭IS
  3. 電子IS

在機身內部的元件運作順序,是陀螺儀將偵測到的移動距離、方向傳送給微電腦,微電腦再把資訊做計算,獲得正確的數值之後,把數據傳給TruePic VIII去運算,算出一個影像補正的方位與距離之後,再把這組數據傳送到感光元件的手震補償系統去執行。這是整套系統的運作路徑。在硬體的部分,E-M1 MarkII採用了更精密的陀螺儀、新的微電腦,以及雙四核心的處理器在執行這些動作,所以可以達到6.5級的手震補償效果。

上面是硬體的部分,軟體的部分不僅是裁切而已。裁切防手震我們都懂,很多廠商都有做,Olympus主要把這個功能放在影片。但他們更細心的是電子防震還多做了兩個處理:

  1. 傾斜補正
  2. 滾動快門(果凍效應)補正

傾斜補正的目的,是藉由修正鏡頭的透視程度,讓畫面看起來較為平視,藉此降低「震動感」。這就好像是用肉眼所見時,抬頭或低頭時走路的震動感會比平視走路來的更強。所以拍攝的時候IS系統會些微的修正鏡頭的透視,讓畫面看起來更穩定。

而果凍效應補正的部分,則是因為錄影時遇到震動,依然會無可避免地讓畫面有果凍效應,果凍效應也會讓畫面看起來像在晃動,這時候True Pic VIII處理器就會介入,同步校正影像的每一行畫面。


在工程師講解防手震技術的同時,有其他媒體注意到了一個問題...

為什麼E-M1與E-M1 MarkII一樣是搭配12-100mm f/4 Pro的鏡頭,在防手震的等級上會有所不同?請見下表:


機身防震級數裝上12-100mm f/4 Pro鏡頭
E-M146
E-M1 MarkII5.56.5
  
為什麼E-M1加上鏡頭後提升了2級,而E-M1 MarkII加上同一顆鏡頭後只提升了1.5級呢?結果看到開發人員開始在白板上做製表,才知道我們提了一個問題非常簡單,但答案有點難以解釋的問題:


1/60-1/30--1/15----1/8--------1/4----------------1/2--------------------------------1


上表是用時間的實際比例去標註的快門速度,各位注意到了嗎?越往右邊走,時間間隔就越長,1/30秒到1/15秒的這段時間,長度是最左邊1/60秒到1/30s的兩倍;1/15s到1/8s的時間長度是1/30s到1/15s的兩倍,越往右邊挺進一級快門,曝光的時間就比原本的多兩倍。

所以如果1/60秒是安全快門速度的話,那麼6級防手震的快門速度就會落在1秒鐘,6.5級就是1.5秒。但各位要記住,這張表越往右邊走,曝光時間就越長,換言之,防手震的難度又會提升一個等級。所以在實務上,E-M1 MarkII不會像E-M1一代一樣,加上鏡頭就提升2級的手震補償效果,理論上會是這樣沒錯,但經測試的結果只能提升到1.5級,所以加上E-M1 MarkII才會變成6.5級。

而Olympus的手震補償技術未來會繼續再提升嗎?工程師也坦白的說:「目前這個技術已經做到極限了,現在要考慮的則是地球自轉的問題。」

至於地球自轉到底要怎麼影響防手震,我只能說當時我們都已經目瞪口呆了,完全忘了他說的到底是什麼意思...




E-M1 MarkII的消費者相關統計與結語

Olympus自1919年成立以來,至今已經98年的時光,其中相機製造就佔了81年。一直到到現在相機設計最重要的概念,一直是「壓倒性的便攜性,不需要三腳架。」所以對於媒體問到:「未來是否會考慮製造大尺寸感光元件的可/不可交換鏡頭相機?」Olympus認為可換鏡頭微單的利潤較好,但再怎麼樣也不能夠放棄「輕便」的這個目標。據說前陣子Olympus有一個內部工程師做了一個超過300mm的鏡頭(等效超過600mm),成像品質非常好,但最後到了做決定的人面前只被問了一句:「可以不用腳架拍攝嗎?」就讓這個計畫胎死腹中。實際上是真的有這顆鏡頭,只不過因為與Olympus相機的製造理念相違背,所以直接被打槍。所以對於外界謠傳是否會開發全片幅感光元件相機,他們表示機身做小不難,但體積大的是全片幅所用的鏡頭,如此一來的體積就與Olympus的理念相互違背,所以現階段來說,要Olympus製造全片幅的產品,答案是:「不可能」。

而E-M1 MarkII的消費者在年齡分佈上有個比較有趣的地方,是比E-M1的年齡層更高,購買二代的人多半集中在近退休年齡,而E-M1一代則是從社會新鮮人到老人都有,分配較為平均。而其中購買E-M1 MarkII有超過3/4本來就已經有OM-D系列產品,另外的1/5則是已經有PEN系列,最後剩下的則是從其他廠牌的器材跳家。

從日本的市場來看,在日本的無反光鏡相機佔比裡面,Olympus的市佔率最高,超過三分之一,究其原因是他們花了非常多的心力在日本舉辦體驗會,過去一年有將近1300場、實際的觸及人次超過17,000人的體驗會。所以近年也逐漸將CP+的展出重點放在實機體驗上,因為讓大家操作、感受到產品的設計才是最重要的。而台灣方面雖不是無反市占第一,但在全世界中也僅次於日本。所以藉由體驗會成功的提升產品能見度與銷售量的做法,或許也是Olympus未來在台灣即將推行的策略,藉以吸引更多他牌的使用者注意到Olympus的產品。

而從統計中分析指出, 使用E-M1 MarkII的使用者,多數會有2顆鏡頭,前三名依次排名為:
  1. 12-40mm f/2.8 Pro
  2. 12-100mm f/4 IS Pro
  3. 40-150mm f/2.8 Pro

而從統計資訊也發現,購買二代機身的人,同時擁有Pro系列鏡頭的機率會比較高,整體Pro系列的銷售也在逐年升高,所以在未來Olympus也會加強Pro系列鏡頭的開發,所以Olympus的各位粉絲能夠多加期待鏡頭的動態。


小編在此次採訪之前就已經先試用過E-M1 MarkII,也體驗過追焦與防手震的強大之處。我認為Olympus開發部門的成田先生的確是位有熱情的主管,因為在辦公室提問的時間不多,所以我跟另外兩家媒體在晚宴時根本是抓著他狂問,一直到他們要跟我們一起坐巴士回去的路上都不願意放過。感覺起來是對產品非常有熱情,而且也願意認真說明技術的開發者。小編也真的希望Olympus在台灣能夠藉著E-M1 MarkII這台機器持續的增加能見度,讓消費者使用到這麼注重細節而且強大的一台相機。

在訪談的會議中,經銷商們其實也提出了不少E-M1 MarkII所遇到的一些小狀況,像是黃色很容易爆掉、翻譯錯誤、沒有VLog色彩設定、SuperFine畫質JPEG會在選單裡藏起來等問題,他們都已經有接收到了,相關改善的韌體更新也正在研議中,還請大家拭目以待。
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