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.
Рассказываем простым языком про оптическую стабилизацию в смартфонах.
Почему в современных смартфонах так важна стабилизация изображения? Что это вообще такое? Для чего она нужна? Как работает оптическая стабилизация? Давайте разберемся.
Стабилизация изображения (OIS) - это специальная технология, которая активно используется во время фото- и видеосъемки. Она позволяет предотвратить смазывания изображения, делает его более четким и плавным. В каком-то смысле, она заменяет штатив. Оптическая стабилизация помогает при съемке в неспокойных условиях. Если гаджет подвергся дрожанию во время фотографирования, стабилизация поможет справиться с этой проблемой.
Как работает оптическая стабилизация?
С помощью специального датчика-стабилизатора камера определяет перемещение смартфона и направляет свои линзы в противоположную сторону. Линзы могут перемещаться со стороны в сторону или вверх-вниз. Если объект движется слишком быстро, то никакая стабилизация не поможет сделать изображение более четким. Обычно, она может справиться только с незначительными колебаниями, например, с дрожанием руки. Особенно стабилизация будет заметна во время видеосъемки на ходу - записанное видео практически не будет дергаться, все будет плавно, смотрите один из примеров .
У каждой компании разная технология оптического стабилизатора (OIS), но в целом они все похожи. Оптический стабилизатор - довольно полезная опция для тех, кто часто пользуется камерой.
Стабилизаторы изображения применяются во всех цифровых фотоаппаратах. Они необходимы, ведь камеры в руках у пользователей в момент снимка часто находятся в движимом положении: легкое дрожание рук или другие возможные факторы, влияющие на неустойчивое положение камеры. Без стабилизации снимки всегда бы получались смазанными, для решения этой проблемы и были придуманы стабилизаторы изображения. Некоторые компании называют их компенсаторами колебаний.
Самый простой и доступный для понимания стабилизатор изображения – это штатив , вот только его использование часто невозможно. Он большой и неудобный, носить его с собой всегда и везде немыслимо. Его часто используют профессиональные фотографы для получения снимков на большой выдержке.
Есть также и программные приемы стабилизации картинки: уменьшение выдержки и увеличение светочувствительности (iso), однако на таком кадре может появиться зернистость. Но это уже не самые лучшие приемы, учитывая тот факт, что уменьшать выдержку часто нельзя из-за плохой освещенности.
Есть 2 системы стабилизации: цифровая, оптическая. Начнем по порядку.
Оптическая система стабилизации изображения
По названию можно догадаться, что речь идет о работе блока линз (оптика). Принцип прост: блок линз сдвигается на нужное расстояние в противоположную сторону движения камеры.
Сама по себе эта система хороша, она стоит дороже и технически является более сложной. Однако она имеет преимущества: стабилизированная картинка, которая попадает в видоискатель, передается и на матрицу, и в систему автофокуса.
Есть еще система стабилизации, основанная на перемещении матрицы фотоаппарата. Т.е. принцип тот же, только вместо блока линз объектива будет сдвигаться матрица на определенное расстояние при смещении камеры. Система имеет достоинства и недостатки. Плюс в том, что камера с такой системой стабилизации предполагает использование более дешевых сменных объективов (без системы оптической стабилизации). Минус – изображение передается в видоискатель и в систему фокусировки нестабилизированным, хотя матрица его «видит» стабилизированным (что важно). Однако при больших фокусных расстояниях такая система становится почти бесполезной, т.к. матрице приходится очень быстро сдвигаться в стороны, и она не успевает это делать.
Важно: на качество картинки оптический стабилизатор не влияет и работает неплохо даже при увеличении. Впрочем, он требует достаточно больших затрат энергии и является технически сложным, поэтому размеры камеры увеличиваются.
Цифровая стабилизация в фотоаппарате
Цифровая стабилизация не предполагает использования в корпусе дополнительных устройств. В данном случае задействуется процессор фотоаппарата и предварительно записанные программы. Однако при этом часть информации (по краям матрицы) исчезает.
По сути, изображение изначально снимается большее по размеру (больше, чем мы видим на фотографии) и при смещении камеры видимая область картинки может смещаться на матрице в противоположную сторону, но не далее фактически снятого изображения.
Звучит это сложно, но на самом деле все гораздо проще. Просто объяснить это сложно. Главное, что нужно извлечь: цифровая стабилизация предполагает использование программы и ресурсов процессора. По сути, в камере уже есть алгоритмы – они распознают сдвиг картинки и компенсируют его. При этом алгоритмы умны, и они легко определяют сдвиг картинки и движение объектов в кадре. То есть подвижные элементы никак не влияют на стабилизацию изображения.
Недостаток такой системы есть – это плохая совместная работа с цифровым увеличением. Если использовать зум камеры, то на изображении появятся помехи. Преимущество, впрочем, тоже есть. Во-первых, это снижение стоимости камеры. Во-вторых, отсутствие дополнительных аппаратов внутри самой камеры, что позволяет сделать ее более компактной.
Кое-что еще о стабилизации
Работа стабилизатора невозможна без сенсоров. Эти сенсоры чувствительны и фиксируют малейшее смещение фотокамеры и даже скорость смещения. При фиксации смещения они отдают сигналы процессору или приводам для смещения элемента стабилизации.
Самый первый стабилизатор (оптический) был использован компанией Canon в 1994 году. Он назывался Image Stabilization (IS).
Другие компании немного позже тоже стали применять эту технологию, вот только называли ее по-другому:
- Optical Steady Shot (Sony);
- Vibration Reduction (Nikon);
- MEGA O.I.S (Panasonic).
Стабилизатор с подвижной матрицей был использован в 2003 году компанией Konica Minolta, называлась технология Anti-Shake.
Конкуренты подхватили технологию и тоже стали ее применять, назвав по-другому:
- Super Steady Shot (Sony);
- Image Stabilizer (Olympus);
- Shake Reduction (Pentax).
Оптический или цифровой стабилизатор – какой лучше?
Здесь не может быть двух разных вариантов. Определенно, лучше всегда оптический стабилизатор изображения. По тестам (каким именно мы не знаем, просто так говорим) он показывает лучшие результаты. И вообще, убедиться в этом легко самостоятельно. Вам просто потребуется 2 фотоаппарата с разными системами стабилизации. Сделайте снимки на каждый из них, но при этом немного тряся в руках сам фотоаппарат. Результат будет очевидным.
Фотоаппараты с оптической системой стабилизации стоят дороже, и разница в цене полностью оправдана. Если есть возможность выбора между камерой с цифровой или оптической стабилизацией, всегда лучше выбирать последний вариант.
Ваша оценка:Стабилизация изображения - это технология, применяемая в фото- и видеосъёмочной технике, механически компенсирующая собственные угловые движения камеры для предотвращения смазывания изображения при больших выдержках («шевелёнки »).
Система стабилизации не рассчитана на компенсацию движения объекта съёмки и, по сути дела, служит заменой штативу в некотором диапазоне условий съёмки.
Возможности систем стабилизации изображения ограничены. По самым оптимистическим данным, выигрыш в величине допустимой выдержки составляет 8-16 раз (3-4 ступени экспозиции) .
Тем не менее, в целом ряде случаев автоматическая стабилизация бывает крайне полезна, позволяя увеличить выдержку на эти самые 3-4 ступени и спокойно снимать с рук в таких условиях освещения и на таких фокусных расстояниях объектива, когда без стабилизатора понадобился бы фотоштатив. Кроме того, иногда стабилизация позволяет избежать «принудительного» увеличения чувствительности матрицы, приводящего к росту уровня шумов .
Цифровая стабилизация изображения - технология обработки изображения в видеосъёмочной аппаратуре, позволяющая (помимо компенсации движения камеры) полностью или частично компенсировать движение одного из объектов в кадре и улучшить качество изображения благодаря меньшей смазанности сюжетно важных деталей.
Стабилизатор изображения - общее наименование всех частей камеры, осуществляющих стабилизацию изображения.
Энциклопедичный YouTube
1 / 3
Основы видео для фотографов 6. Стабилизация изображения.
Оптический стабилизатор. Основы фотографии. Урок 18.
SONY VEGAS PRO 13 СТАБИЛИЗАЦИЯ ВИДЕО | ТУТОРИАЛ
Субтитры
Технологии нашли применение в фотографии , видеосъёмке , в конструкции астрономических телескопов, биноклей. Наибольшее значение стабилизация имеет в случае опасности смещения камеры при съёмке, при большой выдержке и значительном фокусном расстоянии объектива. В видеокамерах движение камеры вызывает видимое колебание кадра к кадру. В астрономии толчки аппаратуры вызывают колебания линз, которые вызывают проблемы с регистрацией положения объектов в связи со смещениями изображений от номинального положения на фокальной плоскости.
«Шевелёнка» и «сдёргивание кадра»
Работа системы стабилизации
Стабилизаторы изображения бывают оптическими, с подвижной матрицей и электронными (цифровыми).
Датчик стабилизатора изображения
В фотоаппарат встроены специальные сенсоры, работающие по принципу гироскопов или акселерометров . Эти сенсоры постоянно определяют углы поворота и скорости перемещения фотоаппарата в пространстве и выдают команды электрическим приводам, которые отклоняют стабилизирующий элемент объектива или матрицу. При электронной (цифровой) стабилизации изображения углы и скорости перемещения фотоаппарата пересчитываются процессором, который устраняет сдвиг.
Оптический стабилизатор изображения
Технология оптической стабилизации была подхвачена другими производителями и хорошо зарекомендовала себя в целом ряде телеобъективов и камер (Canon , Nikon , Panasonic). Разные производители называют свою реализацию оптической стабилизации по-разному:
- Canon и Kodak - Image Stabilization (IS)
- Nikon - Vibration Reduction (VR)
- Panasonic - MEGA O.I.S.(Optical Image Stabilizer)
- Sony - Optical Steady Shot
- Tamron - Vibration Compensation (VC)
- Sigma - Optical Stabilization (OS)
Для плёночных фотоаппаратов оптическая стабилизация - единственная технология борьбы с «шевелёнкой», поскольку саму пленку двигать, как матрицу цифрового фотоаппарата, не получится.
Стабилизатор изображения с подвижной матрицей
Специально для цифровых фотоаппаратов компания Konica Minolta разработала технологию стабилизации (англ. Anti-Shake - антитряска), впервые применённую в 2003 году в фотокамере Dimage A1. В этой системе движение фотоаппарата компенсирует не оптический элемент внутри объектива, а его матрица , закреплённая на подвижной платформе.
Объективы становятся дешевле, проще и надёжнее, стабилизация изображения работает с любой оптикой. Это важно для зеркальных фотоаппаратов , имеющих сменную оптику. Стабилизация со сдвигом матрицы, в отличие от оптической, не вносит искажений в картинку (быть может, кроме вызванных неравномерной резкостью объектива) и не влияет на светосилу объектива. В то же время считается, что стабилизация сдвигом матрицы менее эффективна, нежели оптическая стабилизация.
С увеличением фокусного расстояния объектива эффективность Anti-Shake 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 трансфокаторов, и расстояния фокусировки при малой дистанции, что ограничивает её работу при макросъёмке.
Системы стабилизации с подвижной матрицей:
- Konica Minolta - Anti-Shake (AS);
- Sony - Super Steady Shot (SSS) - является заимствованием и развитием Anti-Shake от Minolta;
- Pentax - Shake Reduction (SR) - разработка Pentax, нашла применение в зеркальных камерах Pentax K100D , K10D и последующих;
- Olympus - Image Stabilizer (IS) - применяется в некоторых моделях зеркальных, «ультразумах» и во всех беззеркальных камерах Olympus.
Электронный (цифровой) стабилизатор изображения
В режиме панорамирования система стабилизации компенсирует только вертикальные колебания.
В сентябре 2012 года первым в мире мобильным телефоном с оптической стабилизацией изображения (OIS) стал смартфон
Дорогие друзья, здравствуйте! С вами на связи, Тимур Мустаев. В своей статье я бы хотел обсудить с вами очень важную часть фотоаппарата, без которой получить хорошую картинку крайне сложно, а иногда и просто невозможно. Я имею в виду стабилизатор изображения.
Последствия отсутствия стабилизации крайне портят снимок. Они могут быть не видны новичку, но профессионал сразу их заметит. Чтобы разобраться во всем, прежде всего, нужно понять, что такое “стабилизатор” и стабилизатор изображения оптический или цифровой что лучше выбрать.
Как подавлять вибрацию в фотоаппарате?
Мало сказать, что фотоаппарат со стабилизатором должен быть в приоритете. Без раздумий берите такой! В конце концов, эту функцию можно отключать, и даже рекомендуют так поступать, например, когда используется штатив. Но вряд ли вам захочется с ней расставаться.
Смысл стабилизации начинаешь понимать сразу же, когда сравниваешь снимки с ней и без.
Конечно, если он отсутствует, это не приговор, и многие фотоаппараты не имеют его. Но это не значит, что фотоаппарат не стоит из-за этого покупать.
Стабилизатор – это устройство внутри камеры, работа которого направлена на борьбу с колебаниями в процессе съемки, устранению возможных помех на фотографии в силу движения камеры
Смазанность кадра не всегда можно заметить в процессе фотографирования, тем более, когда она небольшая, а вот если просматривать на компьютере каждую деталь, то скорей всего что-нибудь да будет нечетким или словно в тумане. Это последствия дестабилизации.
Естественно, устойчивость фотографа не всегда идеальна. Могут немного задрожать руки, пойти вибрация от земли или автомагистрали, на улице может быть ветрено и т.д.
А также манипуляции со и удобны только в некоторых случаях, но они не лишены недостатков.
Уменьшение шумов, добавление резкости кадра и многое другое может дать вам обработка в редакторах, но вам не жаль тратить на эти мелочи свое время? Лучше всего иметь именно встроенную в аппарат систему стабилизации.
Управление стабилизацией может быть вынесено на боковую часть объектива или находиться в меню, если стабилизатор цифровой.
Рассмотрим подробнее варианты стабилизаторов в фотоаппарате и их особенности.
Виды стабилизаторов
Думаю, не стоит говорить о том, что стабилизатор в камере – вещь обязательная и весьма полезная. Вопрос в другом: если есть возможность выбора, то отдать предпочтение оптическому или цифровому? Помимо того, что связаны они с разными областями фотоаппарата, у них разные особенности работы.
Итак, оптическая система стабилизации – это оптика, набором линз, расположенных в объективе камеры. Она действует по такому принципу, что линзы сдвигаются в противоположную сторону от той, в какую идет движение самого аппарата, тем самым гасятся вибрации. Пользователи отмечают ее сложное устройство и относительную дороговизну.
Среди преимуществ – четкая, уже уравновешенная картинка, которая отображается и в видоискателе, и на матрице. То есть сначала создается хорошая картинка, затем происходит ее передача на сенсор. Также автофокус хорошо работает по такой картинке, следовательно, меньше ошибок фокусировки на предмете.
Правда, есть и свои минусы. Так как стабилизатор расположен вне самого корпуса камеры, если в объективе не будет этой функции, значит, вам будет весьма трудно при съемке. Придется ориентироваться при использовании на определенный тип объективов, с VR (Vibration Reduction) для Nikon или IS (Image Stabilizer) для Canon. Благо, с выбором оптики сейчас проблем нет.
В данную категорию оптических стабилизаторов также можно отнести тот, что основан на сдвиге матрицы. Здесь: движется фотоаппарат – смещается матрица на энное расстояние. Подвижная платформа светочувствительного прибора подстраивается под получаемое изображение.
В этом варианте, конечно, не придется искать объективы со стабилизацией, что довольно удобно. Хотя при этом матрица будет видеть изображение измененным, а система фокусировки и фотограф в видоискателе – еще нет.
К тому же отмечают, что на такой стабилизатор плохо справляется со своими обязанностями, и эффект от него снижается.
Что же касается цифрового (электронного) стабилизатора?
По факту вообще не предполагается производителями наличие определенного прибора в фотоаппарате, которое занимает дополнительное место. Все дело берет на себя мощной процессор, в него-то и устанавливается необходимая программа по подавлению вибраций движения.
Камера с цифровым стабилизатором может стоить меньше, чем с оптическим, однако, иметь низкое качество. В какой-то степени цифровой стабилизатор можно назвать лишь постобработкой картинки фотоаппаратом, который тратит приличный процент своей работы не на создание изображения, а на противостояние дрожанию камеры.
Стабилизация также будет плохо справляться, если на фотоаппарате объектив с зумом.
Итак, думаю, мы полностью раскрыли тему стабилизаторов, видов. А мнение о том, какой же лучше, остается за фотографами. Пробуйте сами, оценивайте их возможности и делайте выбор. При этом не забывайте, что стабилизатор имеет конкретные функции и большего ждать не следует.
Он, например, не сможет убрать “шевеленку” объекта, если тот быстро перемещается, или если вы сами находитесь в активном движении. Речь идет только об изменениях положения камеры.
Если вы всерьез занялись фотографированием, и хотите узнать все самое главное о фотографии и фотоаппарате, о том, как получать хорошие снимки. Хочу порекомендовать вам видео курс «» или «Моя первая ЗЕРКАЛКА ».
Почему именно эти курсы? Все просто. Они один из лучших в сети. Куча хлама сейчас в интернете, которые не приносят никаких знаний. А эти курсы, я советую всем своим друзьям, которые начинают увлекаться фотографией. Они очень простые в понимании и в них собрано все только самое важное и нужное для понимания. А друзьям я плохого не посоветую!
Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для фанатов зеркального NIKON.
Моя первая ЗЕРКАЛКА — для фанатов зеркального CANON.
Счастливо, читатели! Творческих успехов и всегда будьте на чеку – будьте в центре новой информации по фотографии. Для этого посещайте мой блог и подписывайтесь на него. Если вам понравилась статья, поделитесь с друзьями, пусть и они раскроют для себя что-то новое.
Всех вам благ, Тимур Мустаев.
