Стабилизатор изображения цифровой или оптический. Оптическая и цифровая стабилизация в фотоаппарате. Эксперименты с блюдцем

В трёхминутном видеоролике сделан краткий обзор инерционного стабилизатора для фотокамеры и представлен результат его работы при съёмке в движении.

Пролог

Однажды я уже изготовил стедикам (Steadycam) для фотокамеры, но должен признаться, что он не оправдал моих ожиданий.

Я себе представлял, что смогу с его помощью производить съёмку в движении, одновременно отслеживая перемещение объекта съёмки, но у меня ничего не получилось.

Первая же попытка съёмки в движении, проведённая в полевых условиях, с треском провалилась. Зато она выявила главный недостаток стедикамов маятникового типа – нарушение равновесия камеры, при постоянном ускорении или при движении по криволинейной траектории, например, по дуге.

У всех стабилизаторов, построенных по принципу маятника, центр тяжести находится чуть ниже точки опоры, что и приводит к смещению положения камеры при длительном ускорении или криволинейном движении. Причём, чем меньше масса подвижной части, тем ниже и стабильность, обеспечиваемая инерцией системы.

Другой, не менее существенный недостаток традиционного стедикама – отсутствие удобного управления положением камеры. Проще говоря, у оператора нет обыкновенной ручки, с помощью которой он мог бы оперативно направлять камеру на объект съёмки. Эту проблему я тоже пытался решить в своей первой конструкции, но управление оказалось не очень удобным, и совершенно бесполезным при съёмке в движении.

Наверное, операторы-виртуозы способны одновременно:

1. Следить за дорогой.

2. Удерживать в кадре объект съёмки.

3. Во время ускорения и замедления, нежно придерживать камеру, закреплённую на стедикаме.

Но мне с трудом удаётся осуществить и первые два пункта. Достаточно сосредоточиться на рельефе дороги (когда это не гладкий асфальт), как объект съёмки сразу выпадает из кадра. Посему, я уже было забросил попытки съёмки репортажного видео, но в связи со всплеском моды на трёхосевые электронные стедикамы, снова вернулся к своей мечте и попытался осуществить её бюджетными средствами.

Конечно, интересно было бы построить стабилизатор с микропроцессорным, сервоприводным управлением, тем более что электронно-программная часть стоит относительно недорого. Но общие затраты, включая датчики, сервомоторы и питание уже сравнимы со стоимостью бюджетной видеокамеры. Строить такую систему ради съёмки любительских роликов уж точно не стоит. Тогда уже целесообразнее доложить денег и купить более или менее приличный камкордер, в котором есть встроенная система электронной стабилизации.

В общем, я задался вопросом, а возможно ли вообще произвести в движении плавную съёмку с помощью любительской фотокамеры… Ведь на первый взгляд, у современной фотокамеры есть всего пара существенных отличий от видеокамеры.

Разбор отличий фотокамеры от видеокамеры в плане съёмки в движении

Первое отличие – отсутствие электронного стабилизатора. Но ведь никто не запрещает применить программную стабилизацию изображения к уже готовому видеоролику. К тому же, когда имеется исходное видео, то эту операцию можно произвести с учётом особенностей отснятого материала. Например, часть ролика можно стабилизировать, а часть зафиксировать, чтобы видео-картинка вообще не двигалась, будто съёмка велась со штатива.

Не стоит надеяться на оптический стабилизатор, который имеется в современных фотокамерах. Он может только ухудшить результаты видеосъёмки в движении, и его лучше отключить. Во всяком случае, обе мои камеры, при включённых оптических стабилизаторах, добавляют подёргивание в видео, снятое в движении, хотя и довольно хорошо справляются при неспешной съёмке.

Второе отличие – отсутствие запаса по размеру изображению, необходимого для постобработки с применением программной стабилизации. Дело в том, что при софтверной стабилизации, часть исходного изображения утрачивается.

В видеокамерах для нужд стабилизации изображение формируется с запасом, поэтому результирующая, уже стабилизированная картинка сохраняет заданное разрешение.

В фотокамере этот недостаток можно частично компенсировать, если при съёмке выбрать заведомо меньшее фокусное расстояние объектива и большее разрешение изображения, чем требуется для конечного кадра. Ведь, для любительского видео некоторое снижение предельного разрешения не столь критично, как нестабильность картинки на экране.

Если же съёмка ведётся в разрешении, превышающем разрешение конечного фильма, то потери будут и вовсе несущественны. Ведь каждое очередное разрешение видеокартинки превышает предыдущее в 1,5 раза.

Но даже с учётом вышесказанного, получить приличные результаты съёмки в движении не удаётся. Причина в потере значительной площади изображения, необходимой для программной стабилизации, и обусловленной слишком большой амплитудой дрожания фотокамеры. Кроме этого, резкие изменения положения камеры создают заметные артефакты изображения, с которыми не может справиться программа стабилизации изображения.

У меня никогда не было видеокамеры профессионального класса, но я всегда с интересом наблюдал, как профессиональные видеооператоры, меняя ракурс съёмки, заставляют камеру парить в пространстве. Они изменяют положение камкордера, как будто в руках у них спящий младенец. А благодаря встроенному в видеокамеру стабилизатору, плавность движения получается не хуже, чем при использовании самых навороченных электромеханических стедикамов. И хотя, подобные чудеса эквилибристики, операторы обычно вытворяют не в условиях быстрого движения, всё равно, становится ясно, что есть и другие отличия между профессиональной видеокамерой и любительской мыльницей.

Рассмотрим менее явные отличия любительских фотокамер от видеокамер, с учётом особенностей уже профессиональных камкордеров.

Третье отличие – малый вес любительской фотокамеры. Тогда как, видеокамера высокого класса может весить полтора килограмма и более, любительская мыльница редко дотягивает до 300-400 грамм.

Кроме этого, в отличие от фотокамеры, у камкордера вес распределён вдоль оптической оси объектива, что значительно улучшает инерционную стабилизацию изображения без дополнительных затрат.

Четвёртое отличие – отсутствие ручки. У профессиональных видеокамер есть расположенная сверху ручка, которая позволяет плавно перемещать видеокамеру в пространстве одной рукой.

Подозревая, что эта самая ручка и является одним из важных компонентов системы стабилизации видеокамеры в движении, я поставил несколько простых экспериментов, чтобы в этом убедиться. Вы можете их легко повторить, прежде чем браться за напильник и ножовку или покупать готовые гаджеты для стабилизации изображения.

Эксперименты с блюдцем

Быстро перемещаясь по дому с блюдцем, наполненным водой, я старался не пролить воду, применяя при этом разные приёмы и подручные средства.

Вот выводы, по этому эксперименту, которые, для лаконичности, я ограничил всего тремя пунктами:

1. Удобнее переносить блюдце на большом тяжёлом подносе, чем в руках.

2. Удобнее переносить блюдце одной рукой, чем двумя.

3. Удобнее переносить одной рукой блюдце на подносе, лежащем на дне полиэтиленового мешка, чем в случаях, описанных в пунктах 1 и 2.

Опыты позволили сделать два очевидных заключения.

1. Чем больше масса камеры, тем проще сгладить резкие движения при её перемещении.

2. Демпфировать движение камеры проще одной рукой.

Вы можете сказать, что подобные выводы можно было сделать и на основании умозрительных экспериментов. Не спорю. Просто, прежде чем браться за инструменты, мне хотелось убедиться в правильности своих догадок, ведь на рынке стабилизаторов изображения я не нашёл простых решений для съёмки в движении. Раз всё так просто, то почему их никто не производит…

Фабричные гаджеты для фото- видеокамер

Прежде чем браться за эксперименты с железом, заглянул в Интернет в поисках готовых решений.

Если не распылять своё внимание на многофункциональные риги для фото-видеокамер, по причине заоблачных цен, то на просторах сети Интернет можно найти и менее функциональные приспособления:

Как для удержания камеры двумя руками.

Так и для удержания одной рукой.

Правда, ценники в диапазоне 50…300$, скорее могут простимулировать самостоятельное изготовление этих простых приспособлений, чем их покупку, что собственно и произошло в моём случае. К тому же, даже первые опыты с железом показали, что фабричные девайсы, без существенной переделки, не позволят производить видеосъёмку в движении.

Риг с инерционной стабилизацией изображения для фотокамеры

Внимание! Для получения плавной картинки, видео, снятое с помощью фотокамеры и этого самодельного гаджета, требует дополнительной обработки в видеоредакторе. Я для этого использую инструмент Warp Stabilizer программы Adobe Premiere.

С учётом всего вышесказанного, был спроектирован простой стабилизатор изображения, который получил рабочее название «Антистедикам», так как предполагалось, что он будет лишён недостатков, присущих традиционным стабилизаторам изображения маятникового типа, что в последствие и подтвердилось.

Всего было изготовлено два инерционных стабилизатора.

Один – полноразмерный, для использования недалеко от дома.

А другой – компактный, для использования вдали от дома.

Кроме этого, компактный стабилизатор получил «пляжное» расширение.

«Полноразмерным», прототип был назван потому, что при экспериментах на макете, его масса и размеры постепенно повышались до тех пор, пока не удалось получить необходимую плавность изображения, при беге по кочкам.

При использовании этого устройства, стабилизация изображения осуществляется за счёт инерции (равномерного движения или покоя) двух грузиков, разнесённых на максимально-возможное расстояние, ограниченное размерами и жёсткостью конструкции стабилизатора.

Минимально-возможное расстояние между осями, проходящими через оптическую ось объектива и центры масс грузиков, выбрано так, чтобы, при минимальном фокусном расстоянии объектива, в кадр не попали элементы передней части стабилизатора.

На этом чертеже представлен полноразмерный инерционный стабилизатор. С его помощью удалось получить очень хорошие результаты при съёмке во время бега по кочкам. Однако, даже с учётом того, что грузики можно было спрятать под горизонтальную планку, размеры девайса создавали неудобства при транспортировке.

Поэтому был изготовлен ещё одни более компактный инерционный стабилизатор, а именно, уменьшенный в полтора раза, по сравнению с прототипом. Естественно, что качество стабилизации пропорционально снизилось, но я подозреваю, что именно этот вариант приживётся в моём кофре.

Для крепления камеры к горизонтальной планке стабилизатора, была применена

Одна из ручек стабилизатора предназначена для съёмки в движении, а другая для неспешной съёмки с верхней точки.

Четыре грузика, общим весом 1,2кг, обеспечивают инерционную стабилизацию камеры во время движения оператора. Общий вес стабилизатора, снаряжённого камерой весом около 600гр, достигает 2кг.

Вес уменьшенной копии мало отличается от веса «старшего брата», но зато, при транспортировке, он занимает намного меньше места.

Это детали, из которых был собран инерционных стабилизатор.

Для надёжного крепления ручек, в них были просверлены отверстия, в которые, эпоксидным клеем, были вклеены металлические резьбовые втулки.

А вот так выглядит инерционный стабилизатор с установленной камерой в собранном виде.

Чтобы не везти с собой в путешествие грузики, было решено заменить их жёсткими 250-граммовыми ПЭТ бутылками, заполняемыми песком. Удельный вес песка по справочнику около 2,7гр/см³. При этом масса каждого из грузиков должна быть равна около 700гр. Такая масса и карта её распределения должны были бы обеспечить стабилизацию не хуже, чем при использовании полноразмерного стабилизатора.

Нужно сказать, что при испытаниях, с использованием речного песка, выяснилось, что вес заполненных бутылок достигает всего 1,2 кг. Однако, благодаря форме бутылок, качество стабилизации оказалась на уровне полноразмерного девайса.

Для обеспечения необходимой жёсткости конструкции, желательно выбирать самые плотные толстостенные бутылки, с крышками диаметром не менее 40мм. Нужно заметить, что этикетки бутылок, выполненные из термоусадочной плёнки, придают бутылкам дополнительную жёсткость. Такие этикетки удалять не следует.

Шайбы, охватывающие крышки с двух сторон, должны быть максимально-возможного размера.

Для того чтобы винт, крепящий угольник к горизонтальной планке стабилизатора, не прокручивался в буксе во время затягивания барашка, контактные поверхности буксы и винта были залужены, а затяжка винта в буксе произведена в нагретом состоянии.

Увеличение количества деталей этого узла связано с отсутствием крупных шайб с небольшим диаметром внутреннего отверстия.

А это «пляжный вариант» стабилизатора в собранном виде.

Для того чтобы, между съёмками, стабилизатор можно было установить на горизонтальную поверхность, в узел крепления одной из бутылок добавлен оконный угольник.

Недостаток этого стабилизатора в том, что он привлекает к себе излишнее внимание окружающих. Попытка надеть на бутылки чёрные носки большого эффекта не дала. Видимо, внимание привлекает необычная форма изделия.

Внимание! На всех чертежах, для упрощения, не показаны обычные и гроверные шайбы, которые желательно использовать при сборке и стопорении крепёжных элементов. Застопорить винты с потайными головками можно нитрокраской или лаком для ногтей.

О соотношении размеров инерционного стабилизатора

При отклонении камеры от горизонтальной оси, оператор вынужден фиксировать ручку стабилизатора в руке. Момент силы, передающийся руке оператора, прямо пропорционален длине вертикальной планки и весу камеры, и обратно пропорционален диаметру ручки. Поэтому, удобство управления камерой зависит от диаметра ручки. Для улучшения тактильных ощущений о положении ручки в руке, полезно сделать на ней небольшие концентрические углубления.

Нужно сказать, что размеры каждой детали стабилизатора, являются компромиссом между теми или другими параметрами устройства.

Например, чем тоньше ручка, тем труднее стабилизировать стедикам при ускорении, но чем толще ручка, тем слабее тактильное ощущение горизонта.

Другим компромиссом является выбор между размерно-весовыми показателями конструкции и качеством стабилизации. Чем длиннее горизонтальная планка и тяжелее грузики на её концах, тем выше качество стабилизации. Однако, при увеличении длины горизонтальной планки, её конец может попасть в поле зрения объектива, а увеличение веса делает переноску оборудования малокомфортной. Я не рекомендую увеличивать вес снаряжённого стабилизатора более 2,5кг, а предельный размер лучше подогнать под любимый кофр.

Регулировка инерционного стабилизатора изображения для фотокамеры

Если вы используете грузики, положение центра тяжести которых нельзя изменить (как на фото), то отрегулировать горизонт можно путём поворота вертикальной планки на небольшой угол в узле её крепления. Перед регулировкой, один из винтов отпускается, а второй затягивается не до конца. После чего, планка устанавливается в нужно положение, и оба винта затягиваются.

Если в камере нет электронного индикатора уровня, то для юстировки горизонтального положения камеры можно использовать внешний пузырьковый уровень.

Если отказаться от установки быстросъёмной площадки, и использовать стандартный фото винт, то такой стабилизатор можно изготовить за пару часов.

А вот идея, как можно приподнять фото винт от фотовспышки над горизонтальной планкой.

Как пользоваться инерционным стабилизатором

Как оказалось, пользоваться инерционным стабилизатором намного проще, чем традиционным стедикамом. Жёсткий инерционный стабилизатор всегда мгновенно готов к работе, вследствие отсутствия затухающих колебаний, свойственных стедикамам маятникового типа.

При наборе скорости, оператору достаточно твёрже сжать ручку девайса, и ослабить хват, как только скорость движения стабилизируется, а траектория станет прямолинейной.

Вес, балансирующей в руке конструкции, позволяет легко почувствовать положение камеры относительно горизонта через тактильные ощущения. Именно для улучшения тактильных ощущений, ручка удалена от центра тяжести системы на большее расстояние, чем в профессиональных видеокамерах.

Недостатки инерционного стабилизатора представленной конструкции

Основной недостаток этой самоделки – значительный вес, который при съёмке приходится удерживать в одной руке, а при транспортировке вешать на плечо. Правда, этими же недостатками обладают стедикамы и других типов.

Применение стабилизатора для спецэффектов

Если одну из ручек стабилизатора установить на уровне камеры и удалить грузики, то можно, при съёмке с рук, создать спецэффект "качели" или "корабельная качка".

Чтобы во время вращения или резкого перемещения камеры, петли, предназначенные для крепления ремня, не создавали помех записи звука, их можно закрепить с помощью канцелярской резинки.

У каждого начинающего фотолюбителя голова идёт кругом от богатства выбора, если с фотоаппаратами всё более-менее ясно, то на выбор объектива не остаётся ни терпения, ни сил. И большинство счастливых покупателей первой зеркалки оставляет выбор объектива на совести менеджера магазина (есть ли она у него?). И вот Вам приносят коробку из которой извлекают устрашающую чёрную трубу, сдабривая ваш слух волшебными заклинаниями - "ультразум(тема для отдельного разбирательства)" и "стабилизатор" и Вы конечно же сдаётесь перед натиском технического прогресса. Вы потратили несколько дней на изучение тематики, нашли магазин с самым выгодным предложением по заинтересовавшей Вас камере, но Вас только что нагрели на несколько тысяч рублей и Вы даже не заметили как.

Вот чтобы этого не произошло, позвольте ознакомить Вас с одним из этих маркетинговых заклинаний, со "Стабилизатором изображения".

Итак, все мы люди и всем людям свойственны движения, мы не можем замереть как камень, сердце будет биться, и значить мы будем двигаться. У фотоаппарата проблемы другого характера, ему всегда не хватает света, и если света нельзя добавить, то можно компенсировать его недостаток временем. Существуют крайне малые отрезки времени в которых движения человека не оказывают существенного влияния на чёткость снимка фотоаппарата. Но чем темнее, тем больше нужно времени фотоаппарату и в какой-то момент мы уже не можем достаточно долго не шевелиться, чтобы камера успела получить достаточно света. Это противоречие и призван решать оптический стабилизатор изображения.

Принято считать, что максимальной выдержкой (для съёмки с рук, без смаза изображения) для каждого конкретного фокусного расстояния является доля секунды, равная этому самому расстоянию. То есть, для объектива с фокусным 50мм, максимальная длительность выдержки составит 1/50с, а для объектива с фокусным 135мм максимально стабильной выдержкой будет 1/135с.

Стабилизатор способен компенсировать ваши собственные колебания и позволяет довольно уверенно снимать на выдержках превышающих стандартные допустимые значения, для каждого фокусного. Другой вопрос - что именно мы снимаем, а снимаем мы чаще всего людей, которым тоже свойственны движения. Заставить человека замереть как камень можно только одним способом, не будем говорить каким. Опытным путём выяснено, что спокойные движения человека компенсируются выдержками от 1/100 - 1/135с. На более длинных выдержках «заморозить» человека гораздо сложнее и большая часть кадров улетит в корзину.

Теперь сопоставим необходимую выдержку для разных фокусных расстояний и выдержку достаточную для съёмки человека. Получается, что на фокусных расстояниях до 100мм мы можем совершенно спокойно снимать без всякого стабилизатора.

Конечно, стабилизатор может пригодиться в некоторых случаях, например в пейзаже или предметной съёмке, где мы не ограничены в выдержках из за неподвижности объекта съёмки. Но и тут стабилизатор не панацея. 2 - 4 шага выдержки чаще всего не достаточно ни для вечернего пейзажа ни для предмета, штатив и даже монопод дают гораздо больше возможностей.

Но казалось бы, почему бы и не купить объектив со стабом, просто так, чтобы было? Но тут возникает ещё одна проблема. Почему-то так получилось, что подавляющее большинство объективов со стабилизатором страдает резкостью, вернее её отсутствием. Скорее всего, это связано с тем самым подвижным блоком линз, которые компенсируют движение. Физически невозможно всякий раз устанавливать подвижный элемент в исходное положение с той же точностью, что и стационарно закреплённые стёкла. А минимальное смещение линз относительно оптической оси, крайне негативно сказывается на итоговой картинке.

Если и это выглядит не убедительным, то можно привести множество примеров профессиональных объективов. Рассмотрим самую широкую и распространённую линейку объективов топ класса - Canon EF L:

Объективы без стабилизатора:

EF16-35mm f/2.8L

EF24-70mm f/2.8L

EF70-200mm f/2.8L

Объективы со стабилизатором той же серии L

EF300mm f/2.8 L IS

EF300mm f/4 L IS

EF400mm f/2.8 L IS

EF500mm f/4.5 L IS

EF600mm f/4 L IS

EF800mm f/5.6 L IS

EF24-105mm f/4 L IS

EF28-300mm f/3.5-5.6 L IS

EF70-200mm f/2.8 L IS

EF70-200mm f/4 L IS

EF70-300mm f/4-5.6 L IS

EF100-400mm f/4.5-5.6 L IS

Можно заметить, что даже в ултрателедиапазоне довольно много объективов без стабилизатора. А в широкоугольном и портретном диапазоне стабилизатор вовсе отсутствует. Тогда зачем же подавляющее большинство бюджетных, так называемых KIT объективов оснащается стабилизаторами во всех диапазонах фокусных расстояний? Зачем фотолюбителям впаривают дорогостоящую функцию, которая нужна только в редких случаях, за то картинку портит регулярно? Ответ прост - маркетинг, это всего лишь ещё один повод заработать на неосведомлённом покупателе.

Конечно стабилизатор не является абсолютным злом. В некоторых современных объективах данная функция реализована достойно и не во вред основным оптическим свойствам, в той же второй версии EF70-200mm f/2.8L IS II. Однако мой вам совет - если перед Вами стоит выбор из двух объективов, с одинаковым фокусным расстоянием, в одном ценовом сегменте, с единственной разницей - у одного есть стабилизатор, а у второго светосила на одну ступень выше, сделайте выбор в пользу светосилы.

p.s. В статье не рассматривается такая функция стабилизатора изображения как стабилизация в режиме панорамирования (так называемая съёмка с проводкой), при которой стабилизатор компенсирует только вертикальные колебания, это тема для отдельного обсуждения. Этот режим стабилизатора доступен только на объективах высокого уровня, которые покупают взрослые мальчики и девочки, а эти люди и без наших измышлений разберутся, что им покупать. Речь идёт исключительно о стандартном стабилизаторе, который без разбора вставляют во все современные китовые объективы.

Нередко приходиться сталкиваться с ситуациями, когда нет возможности выставить необходимые параметры для получения качественного фото при съемке с рук. Или нельзя использовать вспышку или другое осветительное оборудование в условиях недостаточной освещенности. Короче говоря, когда даже сильное поднятие и наличие светосильной оптики (возможности выставить большое значение ) все равно не избавит от необходимости выставлять достаточно длинную , которая при съемке с рук даст или смаз.

Для того, чтобы получить качественное изображение, в таких случаях, необходимо добиться стабилизации фотоаппарата. Сделать это можно, либо стабилизировав камеру внешними приспособлениями, либо воспользоваться встроенной стабилизацией.

В этой статье мы рассмотрим решения по стабилизации изображения , которые разрабатывают и внедряют в свои продукты производители фотоаппаратов и объективов. Внешние средства, такие как штатив, монопод и прочее, мы рассмотрим во второй части статьи.

На сегодняшний день существует несколько принципиально отличающихся решений:

оптическая стабилизация;
матричная стабилизация;
электронная (цифровая) стабилизация.

Оптическая и матричная стабилизация предполагает, что в фотоаппарат (или объектив) встроены специальные датчики - гироскопы или акселерометры. Эти датчики постоянно определяют углы поворота и скорости перемещения фотоаппарата (или объектива) в пространстве и выдают команды электрическим приводам, которые отклоняют стабилизирующий элемент объектива или матрицу фотоаппарата.

При электронной (цифровой) стабилизации ничего никуда механически не сдвигается, изображение углы и скорости перемещения фотоаппарата пересчитываются процессором, который устраняет сдвиг, фактически переделывая полученное изображение.

Обычно, производители внедряют в свои продукты какой-то один тип технологий. Либо, делают фотоаппараты со встроенной стабилизацией, но объективы без таковой (как Olympus или Pentax ). Или наоборот - встраивают стабилизатор в объективы и производят сами камеры без нее (Canon , Nikon , Panasonic , Samsung ). Но, как обычно, есть и исключения).

ОПТИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Оптическая стабилизация - это технология, реализованная в , а не фотоаппарате. Гранды фотостроения - Nikon и Canon практически синхронно начали исследования в области оптической стабилизации. И в 1994 году Nikon представил первую пленочную фотокамеру Nikon Zoom 700VR с, встроенной в объектив, оптической стабилизацией изображения, а в 1995 году Canon представили EF 75-300mm F4-5.6 IS USM , первый в мире объектив, оснащенный оптическим стабилизатором изображения.

Принцип работы заключался в том, что в конструкцию объектива добавляется дополнительный оптический стабилизирующий элемент, который отклоняется электрическим приводом системы стабилизации так, чтобы проекция изображения на плёнке (или матрице) полностью компенсировала колебания фотоаппарата во время съемки.

Мы помним, что фотография - это рисование светом, который проходит через объектив, преломляется линзами объектива и проецируется на светочувствительный элемент (матрица или пленка). Если правильные параметры съемки не соблюдены и выдержка длиннее чем нужно, а вы фотографируете с рук, то проекция изображения попадающего на матрицу сдвигается, вследствие колебания камеры, и изображение получается смазанным.

Так вот, благодаря стабилизирующему элементу, проекция всегда остаётся неподвижной относительно матрицы, что и обеспечивает картинке необходимую чёткость. Но, у этой технологии есть и недостаток - дополнительный оптический элемент немного снижает светосилу объектива . Второй очевидный недостаток, это то, что при прочих равных условиях, объективы со встроенной стабилизацией изображения - дороже .

объективы стабилизации изображения:

Nikon Vibration Reduction - VR
Canon Image Stabilization - IS
Panasonic Lumix Optical Image Stabilizer O.I.S. (Есть разновидности - POWER O.I.S. и MEGA O.I.S. )
Olympus Image Stabilization - IS
Sony Optical Steady Shot - OSS
Tamron Vibration Compensation - VC
Sigma Optical Stabilization - OS
Samsung Optical Image Stabilizer - OIS
Fujifilm Optical Image Stabilizer - OIS

Как вы обратили внимание, у некоторых производителей могут попадаться разные типы оптических стабилизаторов, как например POWER O.I.S. и MEGA O.I.S. у Panasonic . Итак, давайте разбираться:

Изначально, первые оптические стабилизаторы были двухосными - то есть, осуществляли сдвиг проекции изображения по двум осям плоскости - горизонтальной и вертикальной и могли компенсировать колебания при использовании выдержки, длиннее возможной на 1-2 ступени.

Рассмотрим пример : при использовании объектива с фокусным расстоянием 100 мм, минимальная выдержка, которую возможно использовать для получения достаточно резкого изображения, должна быть короче 1/100 секунды (это для полного сенсора, а если в камере установлен , то нужно учитывать - ). Но, если в объективе используется стабилизирующий элемент, выдержку можно сделать короче без ущерба для качества изображения (1 ступень - это сокращение выдержки в 2 раза, 2 ступени - в 2*2=4 ! раза). То есть, можно поставить выдержку, вплоть до 1/25 секунды.

Но прогресс не стоит на месте, и сегодня производители предлагают в своих продуктах, уже гораздо более продвинутые стабилизирующие элементы, способные компенсировать выдержку в 3-4 и даже 5 ступеней (то есть сократить выдержку в 8-16-32 раз, соответственно).

Кроме того, появились технологии с 4-х осевыми стабилизационными элементами, позволяющие компенсировать не только дрожание рук и горизонтальные / вертикальные сдвиги, а и осевые перемещения объектива и сильную тряску при ходьбе. Это существенно промогает при макросъемке и съемке видео на цифровой фотоаппарат с рук.

Как пример - MEGA O.I.S. у Panasonic , это двухосевая стабилизация с компенсацией вибраций до 2-3 ступеней, а POWER O.I.S. - это уже четырехосевая система, которая помимо компенсации до 3-4 ступеней, еще и способна гасить вибрации съемки видео с рук при ходьбе. Подобные технологии есть и у других производителей - например Hybrid IS и Dinamic IS у Canon .

ВНУТРИКАМЕРНАЯ ИЛИ МАТРИЧНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Матричная стабилизация - это технология, реализованная в фотоаппарате, а не объективе. Она была предложена компанией Konica Minolta и впервые применена в 2003 году в фотокамере Dimage A1 (сама технология называлась - Anti-Shake ).

При таком решении, колебания камеры компенсирует не оптический элемент внутри объектива, а сама матрица, установленная на подвижной стабилизирующей платформе. Принцип стабилизации здесь иной - сама матрица "подстраивается" под проекцию изображения, а не проекция изменяется по пути к матрице. Из плюсов такого решения - в отличие от оптической стабилизации, матричная не вносит искажений в картинку и не влияет на светосилу объектива. Кроме этого, наиочевиднейший плюс в том, что можно использовать любые, даже самые дешевые объективы и получать "стабилизированное" изображение.

Но есть и минусы. Считается, что стабилизация сдвигом матрицы менее эффективна, нежели оптическая стабилизация. С увеличением фокусного расстояния объектива эффективность ее снижается: на длинных фокусах матрице приходится совершать слишком быстрые перемещения со слишком большой амплитудой, и она просто перестаёт успевать за «ускользающей» проекцией. Кроме того, для высокой точности работы, система должна знать точное значение фокусного расстояния объектива, что ограничивает применение старых зум-объективов, а также - расстояние фокусировки при малой дистанции. А самое неприятное - матричная стабилизация может не корректно работать при макросъёмке. Конечно же, прогресс и здесь не стоит на месте, и производители значительно совершенствуют свои разработки. Новейшие камеры предлагают уже 5-осевые системы стабилизации (Konica Minolta Anti-Shake была 2-осевой) и возможность компенсации выдержки до 5 ступеней.

Ниже приведены обозначения, применяемые производителями для идентификации встроенной в камеры стабилизации изображения:

Konica Minolta Anti-Shake - AS (уже не выпускается, здесь упомянута как "дань истории")

Pentax Shake Reduction - SR

Olympus In Body Image Stabilizer - IBIS

Sony SteadyShot - SS , (Есть разновидности - Super SteadyShot - SSS и SteadyShot INSIDE - SSI )

ЭЛЕКТРОННАЯ (ЦИФРОВАЯ) СТАБИЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

При этом виде стабилизации, примерно 40 % пикселей на матрице отводится на стабилизацию изображения и не участвует в формировании картинки. При дрожании камеры, картинка «плавает» по матрице, а процессор фиксирует эти колебания и вносит коррекцию, используя резервные пиксели для компенсации дрожания. Эта система стабилизации широко применяется в недорогих цифровых видеокамерах, где матрицы маленького размера. Она имеет значительно более низкое качество, чем прочие типы стабилизации, зато принципиально дешевле, так как не содержит дополнительных механических элементов.

Обратите внимание, что производители могут давать возможность выбора использования определенных режимов работы систем стабилизации , например:

однокадровый режим , при котором система стабилизации активируется только на время экспозиции для одного кадра (Если нет выбора режимов стабилизации, а только переключатель включения/выключения, значит, скорее всего, это единственный возможный режим её работы. Хотя - возможно, что определение режима работы стабилизации выставляется в меню фотокамеры)

непрерывный режим , при котором система стабилизации работает постоянно, что облегчает фокусировку в сложных условиях. Однако эффективность работы системы стабилизации при этом может оказаться несколько ниже, поскольку в момент экспозиции корректирующий элемент может оказаться уже смещённым, что снижает его диапазон корректировки. Да, и в непрерывном режиме система потребляет больше электроэнергии, что приводит к более быстрому разряду аккумулятора.

режим панорамирования , при котором система стабилизации компенсирует только вертикальные колебания.

Еще раз заострим внимание, что режимы работы системы стабилизации могут регулироваться как на корпусе объектива, так и в меню камеры.

У всех производителей есть свои специфические наработки и технологии, так что стоит ознакомиться с руководством пользователя конкретного объектива, чтобы в полной мере использовать все его возможности.

Также, важно учитывать, что практически для всех объективов и камер, оснащенных встроенной стабилизацией изображения, производители рекомендуют отключать ее, при установке камеры на штатив.

Кроме того, некоторые производители внедряют в свою технику как оптическую так и матричную стабилизацию:

Sony , поглотив в свое время компанию Minolta , получили “в наследство” технологию двуосного сдвига матрицы - Konica Minolta AS (Anti-Shake) , доработали ее и сейчас внедряют в некоторые свои фотоаппараты. Причем, новая полнокадровая беззеркальная камера Sony α7 II уже снабжена 5-осевым стабилизатором.
Компания Panasonic встраивает стабилизацию изображения в объективы, но у них есть уже четыре (пока что - четыре) модели фотоаппаратов со встроенной матричной системой стабилизации - это DMC-GX7 , DMC-GX8, DMC-GX80, DMC-G80 . Какого-то специального названия технология не имеет, просто в спецификациях указано, что в камере используется система стабилизации изображения (Image Sensor Shift Type ).
Компания Olympus тоже начала производить объективы со встроенной оптической стабилизацией изображения, которая дополняет встроенную матричную. Таких объективов пока всего два - M.ZUIKO DIGITAL 300mm F4.0 IS PRO и M.ZUIKO DIGITAL ED 12-100mm F4 IS Pro.

Подводя итого, хочется сказать, что:

система встроенной стабилизации изображения - это действительно серьезный помощник, дающий возможность получить качественные кадры в сложных условиях съемки
даже светосильная оптика поможет уменьшить выдержку, но не поможет при съемке видео с рук, где важна компенсация серьезных колебаний
стабилизация вместе со светосильной оптикой - это наилучшее сочетание, к которому "стоит стремиться", и которое дает наилучший результат
если уж вы покупаете не самую светосильную оптику, то хотя бы не экономьте на стабилизации изображения - это нередко очень выручает
также не забывайте, что длиннофокусные объективы, требуют достаточно коротких выдержек (помним про правило) и в них особенно важна хорошая стабилизация изображения.

), в том числе и фокус.

Но все же, почему фотографии могут быть иногда смазанными? Что еще нужно учитывать в процессе фотографирования, чтобы этого не происходило?

Работа стабилизатора в фотокамере

Сегодня мы разберемся с понятием стабилизатор изображения в зеркальных фотоаппаратах. Итак, что это и зачем он нужен?

Дело в том, что объектив и сам корпус фотоаппарата содержат набор сложных внутренних механизмов. Среди них есть чувствительные датчики, отвечающие именно за восприятие движения камеры в разных направлениях и с разной скоростью. То есть, процессор фотоаппарата изначально учитывает возможность возникновения некой погрешности в получении изображения.

С помощью специального устройства, противодействующего данному движению, проецируемое изображение на экране мы видим отчетливо, без ощутимого смазывания.

Безусловно, в определенных моментах стабилизатор в камере нужен, без него фотография получится намного худшего качества, чем с ним. Это касается даже дешевеньких “мыльниц”. Но встроенная стабилизация имеет свои пределы. Давайте разберем все подробнее.

Когда стабилизация необходима:

Дрожание рук и неустойчивое положение фотографа.
Сильный ветер, съемка в движении или движущихся объектов.
Длиннофокусные объективы. Большое фокусное расстояние может дать значимую “шевеленку”, которая обязательно отразится и на фото.
Длинная выдержка, необходимая для особых визуальных эффектов на снимке или при низкой освещенности. Когда увеличивается время срабатывания затвора и в итоге создания кадра, соответственно, вероятность, что камера шевельнется, возрастает.

Следствием дестабилизации изображения неизменно является смазанная, нечеткая картинка. Данные проблемы в некоторых случаях решаемы. Так, проблему № 1 и частично № 2 можно решить, используя штатив при съемке, или же нужно занять более устойчивое положение с опорой на обе ноги.

Весьма полезно приучать себя не двигаться, замирать при фотографировании. Часто у новичков с этим сложности, а ведь фотоаппарату нужно время сделать кадр, и в этом плане лишние движения ни к чему.

Чтобы избежать дрожания камеры при работе с большими фокусными расстояниями, как вариант, можно подойди поближе, если позволяют условия съемки, тогда не придется выкручивать зум аппарата.

Если у вас кроп, но нужно умножить число на значение (1,6 для Canon и 1,5 для Nikon). Тем самым получим 1/80 и 1/75 соответственно. Тем самым, снимать ниже этих пределов не рекомендуется во избежание шевеленки. Старайтесь соблюдать правило, хотя и оно не может быть абсолютным гарантом получения резкого кадра.

При сильной внешней вибрации (съемка при беге или в движущейся машине, на открытом пространстве при очень ветреной погоде и т.д.) даже хороший стабилизатор вас вряд ли спасет — просто учитывайте это при съемке.

Стабилизация в камерах разных моделей

Где искать стабилизатор в камерах? Переключатель обычно находится на самом объективе сбоку, рядом с автофокусом. И с ним все просто – вкл. и выкл.

Иногда, правда, в некоторых камерах есть активный и нормальный режимы работы стабилизатора. Первый стоит включать при больших колебаниях техники, а второй в ходе обычной спокойной съемки. Их различия заключается в тех частотах и амплитудах движения камеры, которые они могут погасить.

Независимо от камеры, у стабилизаторов принцип один – сделать резкое изображение, не допустить появление смазов и нечеткости. Единственное, названия его могут быть разными: так, в фотоаппаратах Canon кнопка стабилизации называется Image Stabilization, у Nikon – Vibration Reduction. Аббревиатура, которую вы найдете на своих фотокамерах, соответственно, IS и VR.

Это что касается стабилизатора в объективе, но есть и другие варианты, имеющие свои достоинства. Производители некоторых фотоаппаратов (например, Olympus, Sony, Nikon, Canon) сделали стабилизатор, встроенный в саму матрицу камеры.

Можно сказать, что стабилизация в объективе удобна, но с другой стороны… а если вам попадется оптика без стабилизатора и в самой матрице его не будет?

Скорей всего с такими параметрами фотоаппарата вы выиграйте в его более низкой цене, но в качестве проиграете. Таким образом, стабилизатор в матрице надежнее, он позволяет меньше задумываться, есть ли или нет данная функция у определенного объектива.

Например, такой стабилизатор в фотокамерах Nikon называется «подавление шума» и устанавливается в меню.

Внешний стабилизатор

Что может выступить дополнительным средством для стабилизации камеры? Конечно, это . Здесь мы имеем большое разнообразие в выборе, это может быть, как тринога, так и монопод. Пару слов о требованиях к штативу.

Тяжелый штатив из металла, а не пластика, выйдет дороже по цене и его сложнее носить с собой из-за веса, но он более устойчив. Это несомненный плюс для стабилизации.
Чем выше вы выдвигаете штатив, тем больше становится возможность дрожания камеры.
Ножки: они должны хорошо фиксироваться.

Любые утяжелители для камеры – это, фактически, стабилизаторы своими руками. Здесь умельцы предлагают много вариантов, но главное это – хорошая устойчивость на земле и неподвижность всей конструкции, достигаемая за счет ее веса.

Если вас заинтересовала информация и вы готовы пойти дальше в обучении фотоискусству. Если вы хотите научиться фотографировать и получать красивые фотографии, то сегодня это стало возможно. Предлагаю вам в качестве гида, видео курс «Моя первая ЗЕРКАЛКА ». Это ряд видео уроков, которые помогут вам понять основные и важные моменты получения качественных фотографий.

Моя первая ЗЕРКАЛКА — для обожателей зеркальной камеры CANON.

Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для обожателей зеркальной камеры NIKON.

На сегодня все. Жду вас на моем блоге снова, до свидания и до новых встреч!

P.S. Не забывайте подписываться на новости и приглашать своих знакомых и друзей и делиться в социальных сетях, еще не кто не отменял.

Всех вам благ, Тимур Мустаев.

Карпухин И. В.

В статье исследуются способы стабилизации изображения. Рассмотрены основные технические характеристики, а также достоинства и недостатки разных способов.

Ключевые слова: стабилизация изображения, оптический стабилизатор, цифровой стабилизатор.

Введение

Современные требования, предъявляемые к оптическим приборам, сводятся в основном к сочетанию двух противоречащих друг другу характеристик: высокого углового разрешения и минимальной массы и габаритных размеров прибора. Эти требования сохраняются также для аппаратуры, работающей в условиях подвижного или недостаточно устойчивого основания. Для сохранения потенциальных возможностей оптических приборов в области разрешающей способности чаще сего используют различные дополнительные механические устройства, снижающие влияние движения основания на качество изображения. Такие устройства называют системами стабилизации изображения.

1 Способы стабилизации изображения

Существует два основных способа стабилизации изображения: оптический и цифровой (электронный). Электронная стабилизация изображения использует комплексный программный алгоритм улучшения качества изображения. Оптическая же является аппаратным решением.

1.1 Оптическая стабилизация изображения

Оптический стабилизатор состоит из двух элементов: детектора движения – системы гироскопов, которые фиксируют перемещение прибора в пространстве, и компенсирующей линзы. Принцип действия таков: компенсирующая линза в объективе смещается в противоположном направлении от зарегистрированного датчиком смещения. В результате лучи света на всех кадрах попадают в одну и ту же область на светочувствительной матрице. Снятие показаний с детектора происходит чаще, чем считывание данных с матрицы, и линза успевает скорректировать свое положение еще до снятия изображения с матрицы. Благодаря этому не возникает ни сдвигов изображения между кадрами, ни размытости в рамках одного кадра.

Одним из минусов оптического стабилизатора является использование при его производстве дорогостоящих и сложных механических элементов. Кроме того, наличие оптической группы из нескольких элементов может сказаться на светосиле объектива, то есть на способности обеспечивать тот или иной уровень освещенности изображения при данной яркости объекта.

В общем случае оптические стабилизаторы делятся на два вида: первые перемещают весь прибор на подвижном основании, вторые перемещают оптические элементы внутри прибора. В последних для стабилизации оптического изображения обычно применяются следующие элементы.

Зеркала. Для изменения направления визирного луча может быть использовано плоскопараллельное зеркало с внутренним или наружным отражающим покрытием. Чтобы повернуть линию визирования на заданный угол, зеркало поворачивают на половинный угол.

Клинья. Для малого отклонения визирного луча при значительном механическом перемещении применяются преломляющие оптические клинья. Два одинаковых клина, поворачивающихся в разные стороны на одинаковые угла, образуют клин с переменным углом отклонения луча.

Куб-призма. Состоит из двух прямоугольных призм, склеенных гипотенузными гранями, на которых имеются отражающие покрытия. Куб-призма дает возможность изменения направления визирного луча больше, чем на 180˚.

Призма Дове , или призма прямого зрения. Эта призма оборачивает оптическое изображение сверху вниз. Призмой Дове пользуются для того, чтобы вращать изображение вокруг оси визирования.

Призма Пехана. Поскольку призма Дове имеет значительную длину, то в компактных устройствах для вращения изображения используют призму Пехана, представляющую собой склейку призмы Шмидта и полупентапризмы. Призма Пехана может работать и в сходящихся пучках, но потери света здесь больше, поэтому применяется она реже.

Жидкостный клин . Кювета с эластичными стенками, прозрачными окнами, заполненная прозрачной легкотекучей жидкостью, используется в системах стабилизации оптического изображения как регулируемый оптический клин. В зависимости от наклона стеклянного окна визирный луч, проходящий через кювету, отклоняется в ту или иную сторону.

Количество оптических элементов, используемых для стабилизации оптического изображения, непрерывно увеличивается. Здесь приведены только основные, применение которых в оптическом приборостроении стало традиционным.

1.2 Цифровая стабилизация изображения

Действие цифрового стабилизатора основано на анализе смещения изображения на матрице. Изображение считывается только с части матрицы, таким образом по краям остается запас свободных пикселей. Эти пиксели и используются для компенсации смещения прибора. Т.е. при дрожании кадра картинка перемещается по матрице, а процессор фиксирует колебания и корректирует изображение, смещая его в противоположном направлении.

В цифровых стабилизаторах отсутствуют подвижные части (в частности, оптические группы из нескольких линз). Это положительно сказывается на надежности, так как меньше элементов подвержены поломке. Кроме того, использование цифровых стабилизаторов изображения позволяет увеличить чувствительность светопоглощающих элементов (матрицы). Также скорость реакции цифрового стабилизатора может быть выше, чем оптического.

У цифровых стабилизаторов есть ряд недостатков по сравнению с оптическими, в частности, при плохой освещенности получается изображение низкого качества. С увеличением фокусного расстояния объектива эффективность снижается: на длинных фокусах матрице приходится совершать слишком быстрые перемещения со слишком большой амплитудой, и она просто перестаёт успевать за «ускользающей» проекцией.

Таким образом, считается, что стабилизация сдвигом матрицы менее эффективна, нежели оптическая стабилизация.

2 Основные технические характеристики

Одним из основных параметров, характеризующих качество функционирования систем стабилизации оптического изображения, является динамическая точность, которая определяется ошибками стабилизации оптического изображения и ошибками слежения линии визирования за исследуемым объектом.

Задача определения точности стабилизации оптического изображения сводится к измерению угловых отклонений линии визирования при угловых и возвратно-поступательных переносных движениях основания, обусловленных качкой подвижного объекта. При этом необходимо учитывать ряд специфических особенностей функционирования системы в системах рассматриваемого класса. Это, прежде всего, малые величины ошибок стабилизации и слежения; необходимость измерения точности стабилизации оптического изображения непосредственно на оптическом элементе, который соединен с системой неединичной кинематической связью и совершает колебания в инерциальном пространстве, необходимость измерения ошибок стабилизации и слежения при различных положениях системы и оптического элемента.

Список используемых источников

Система стабилизации и наведения линии визирования с увеличенными углами обзора / В.А, Смирнов, В.С. Захариков, В.В. Савельев // Гироскопия и навигация, № 4. Санкт-Петербург, 2011. С.4-11.

Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д. Н. Еськов, Ю. П., Ларионов, В. А. Новиков [и др.]. Л.: Машиностроение,1988. 240 с.

Стабилизация оптических приборов / А.А. Бабаев -Л.: Машиностроение, 1975. 190 с.