Что такое оптическая стабилизация изображения

Что такое оптическая стабилизация изображения

Системы стабилизации изображения призваны компенсировать дрожание наших рук и, соответственно, помочь нам получить более резкую картинку. Существует два основных типа стабилизации: оптическая стабилизация внутри объектива и матричная стабилизация изображения. Давайте остановимся более подробно на первом типе и рассмотрим всю его подноготную.

Появление систем стабилизации внутри объективов уходит корнями в позднюю плёночную эпоху – 90-е годы прошлого века. В те лихие для нашего люда времена и появились первые объективы со стабилизатором на своём борту. Первопроходцем в этой стезе стала компания Canon, которая выпустила свой первый стабилизированный объектив с маркировкой IS в 1995 г. (официальный анонс стабилизатора IS произошёл годом ранее). Nikon подтянулся лишь спустя 5 лет и анонсировал фирменную систему подавления вибраций VR лишь в 2000 г.

Почему стабилизатор решили разместить именно в корпусе объектива? Этому есть несколько логичных объяснений. Первое и самое важное – в 90-е годы все ещё снимали на плёночную технику и технологически намного легче было внедрить технологию, которая бы стабилизировала световой поток ещё в объективе, т.е. до того он попадал непосредственно на матрицу фотоаппарата. Согласитесь, ведь проще чтобы система проделала свою работы внутри линзы, а не пыталась переместиться рулон с 35-миллиметровой плёнкой.

Вторым аргументом в пользу стабилизатора внутри объектива была дороговизна цифровых фотокамер и их малая популярность. Да, спустя некоторое время, доживающая свои последние года, компания Konica-Minolta таки представила первую в своём роде систему матричной стабилизации изображения. Но она стала популярной только сейчас – во времена тотальной экспансии беззеркалок. Впрочем, об этом мы поговорим во второй главе.

Различные производители по-разному маркируют свои линзы, имеющие на борту стабилизатор изображения. Но по принципу действия они все схожи друг с другом:

  • Nikon — VR (Vibration Reduction)
  • Canon — IS (Image Stabilization)
  • Sony — OSS (Optical Steady Shot)
  • Panasonic — MEGA O.I.S. или Power O.I.S. (Optical Image Stabilizer)
  • Fujifilm – OIS (Optical Image Stabilizer)
  • Sigma — OS (Optical Stabilization)
  • Tamron — VC (Vibration Compensation)
  • Tokina – VCM (Vibration Compensation Module)

Давайте рассмотрим, как работает стабилизатор на борту фотокамеры, на примере системы IS от Canon. Для начала посмотрите эту анимацию:

Как видно, основную роль в процессе стабилизации изображения играет двояковогнутая линза, которая смещается при помощи электромагнитов в противоположную сторону относительно траектории движения объектива. Уровень смещения определяется датчиками угловой скорости, оснащёнными гироскопами, и управляется скоростным микроконтроллером (до 1000 считываний данных за секунду). Почему датчика именно 2, а не 5 или 10? Всё просто – первый отвечает за смещение по горизонтали, второй – по вертикали.

Так этот процесс выглядит на видео:

В результате проекция изображения остаётся неподвижной относительно матрицы фотоаппарата и на выходе мы получим качественную картинку без смаза.

Наиболее эффективно оптический стабилизатор будет работать на выдержках, близких к 1 / фокусное расстояние. Вы же помните правило, согласно которому выдержка напрямую зависит от фокусного расстояния? Например, вести комфортную съёмку с рук на 100 мм можно и нужно на выдержках 1/100 с и короче. Это без стабилизатора. При его непосредственном участии можно выиграть до 4-5 стопов и снимать уже не на 1/100 с, а на 1/20-1/25 с.

На коротких (менее 1/500 с) и на длинных (более 1/4 с) выдержках стабилизатор лучше выключать – он может только помешать вам сделать нужный кадр. В первом случае это связано с тем, что датчик стабилизатора изображения будет работать на пределах своих возможностей. Та и получить смаз на таких коротких значениях выдержки практически нереально.

На длинных выдержках стабилизатор тоже является бесполезным. Лучше воспользоваться штативом или установить фотоаппарат на какой-нибудь неподвижный объект. Когда камера установлена на штатив, включенный стабилизатор вполне может оказаться источником шевеленки. Это связанно с тем, что он может пытаться определить фантомные смещения и сам сгенерировать небольшую вибрацию. Конечно, маловероятно что такое может случиться, особенно с современными системами стабилизации, но бывает всякое.

Читайте также:  Что является квадратом натурального числа

Плюсы стабилизации внутри объектива:

  1. Оптическая стабилизация внутри объектива считается более эффективной, особенно при использовании телеобъективов. Это связано с тем, что стабилизировать изображение на длинном фокусном расстоянии гораздо сложнее – датчик изображений должен совершать больше движений, чем ему позволяет конструкция и месторасположение.
  2. Возможность выиграть от 1 до 5 стопов (в зависимости от поколения) при съёмке в условиях недостаточной освещённости.
  3. При использовании оптической стабилизации внутри объектива изображение передаётся в видоискатель и на датчики автофокуса уже в стабилизированном виде, что позволяет лучше контролировать объект съёмки и более эффективно срабатывать автофокусу.

Минусы стабилизации внутри объектива:

  1. Стабилизированные объективы стоят дороже и имеют бóльшие габариты.
  2. В некоторых случаях стабилизатор может генерировать при работе посторонние звуки, что критично при съёмке видео.
  3. Использование стаба может ухудшить боке.
  4. В случае выхода следующего поколения стабилизатора, придётся покупать новый объектив – модуль системы стабилизации изображения не сменный.

На сегодняшний существует много разновидностей систем стабилизации внутри объективов. Это и Canon Hybrid IS, предназначаемый для макросъёмки, и Nikon VR Sport, который можно обнаружить на профессиональных телееобъективах, и другие узконаправленные вариации. Все эти системы предназначены для того, чтобы мы могли снимать на более длинных выдержках в условиях недостаточной освещённости и получать при этом резкую и не размытую картинку.

С того момента как в телефонах появились первые фотокамеры, между производителями мобильных устройств началась гонка фото-возможностей. Сперва она выражалась только в наращивании количества пикселей, но со временем производители начали улучшать камеру и другими способами. Одним из последних нововведений стало появление в смартфонах оптической стабилизации изображения, которая раньше встречалась только фотоаппаратах. В данной статье мы расскажем о том, что такое оптическая стабилизация, как она работает и для чего она нужна в смартфоне.

Для того чтобы разобраться с тем, что такое оптическая стабилизация в смартфоне необходимо объяснить значение нескольких смежных терминов. Начнем со стабилизации изображения.

Стабилизация изображения – это технология, которая пришла в смартфоны из фотоаппаратов и видеокамер. Она заключается в использовании различных способов для компенсации естественных движений камеры в руках оператора. Это позволяет получить более четкие кадры без использования штатива. Кроме этого, наличие стабилизации изображения позволяет использовать более длинную выдержку, что в свою очередь позволяет получать более яркую картинку в условиях плохой освещенности, например, при съемке ночью. Стабилизация изображения может работать на основе оптической или цифровой стабилизации.

Устройство камеры и 4-осевой оптической стабилизации в смартфоне Xiaomi Mi 5.

Оптическая стабилизация работает механически, она изменяет положение матрицы или отдельных элементов объектива таким образом, чтобы компенсировать движение камеры. Впервые оптическая стабилизация появилась в 1994 году, когда компания Cannon представила свою технологию OIS или Optical Image Stabilizer. Данная технология работала на основе специального стабилизирующего элемента объектива, позиция которого изменялась по двум осям согласно командам, которые приходили от сенсоров.

Оптическая стабилизация OIS быстро зарекомендовала себя как эффективное решение и другие производители фотоаппаратов начали создавать собственные варианты данной технологии. Так появились такие системы оптической стабилизации как:

  • Vibration Reduction (VR) от Nikon;
  • Optical Steady Shot (OSS) от Sony;
  • Optical Stabilization (OS) от Sigma;
  • Vibration Compensation (VC) от Tamron;
  • Dual IS от Panasonic;

С приходом цифровых фотоаппаратов стало возможно стабилизировать изображение не только за счет работы отдельных элементов объектива, но и за счет движения матрицы. В результате начали появляться системы оптической стабилизации с подвижной матрицей. Первой такой системой стала Anti-Shake (AS) от Konica Minolta. Позже аналогичные системы стабилизации представили и другие производители фотоапаратов, например:

  • Super Steady Shot (SSS) от Sony;
  • Image Stabilizer (IS) от Olympus;
  • Shake Reduction (SR) от Pentax;

Цифровая стабилизация или EIS (Electronic (Digital) Image Stabilizer) – это второй способ стабилизации изображения. Она не требует механического движения и может работать по разным принципам, например, сдвиг матрицы может симулироваться за счет резервных пикселей. Для этого под стабилизацию изображения отводится около половины всех пикселей на матрице. Эти пиксели обычно не участвуют в создании изображения, информация с них используется только тогда, когда нужно стабилизировать картинку. В этом случае цифровая стабилизация работает за счет того, что картинка плавает по поверхности матрицы и камера корректирует это движение с помощью резервных пикселей. Данная технология используется в основном в цифровых видеокамерах.

Читайте также:  Не работают права администратора windows 10

В смартфонах оптическая стабилизация впервые появилась в 2012 году. Первопроходцем стал смартфон Nokia Lumia 920, который впервые получил объектив с оптической стабилизацией изображения (OIS). С тех пор оптическая стабилизация начала регулярно появляться во флагманских смартфонах. Сейчас же оптическая стабилизация встречается даже в смартфонах среднего ценового диапазона, например, она есть в таких моделях как:

  • Sony Xperia XA Ultra (14 тыс. руб.);
  • Samsung Galaxy A5 (2016) SM-A510F (14 тыс. руб.);
  • Sony Xperia XA2 Dual (16 тыс. руб.);
  • Samsung Galaxy A7 (2016) SM-A710F (20 тыс. руб.);
  • LG G6 32GB (24 тыс. руб.);

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) [1] [2] [3] .

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.

Содержание

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» [ править | править код ]

Работа системы стабилизации [ править | править код ]

Стабилизаторы изображения бывают оптическими, с подвижной матрицей и электронными (цифровыми).

Датчик стабилизатора изображения [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

В 1994 году фирмой Canon была представлена технология, получившая название OIS (англ. Optical Image Stabilizer — оптический стабилизатор изображения). Стабилизирующий элемент объектива, подвижный по вертикальной и горизонтальной осям, по командам от гироскопических датчиков отклоняется электрическим приводом системы стабилизации так, чтобы проекция изображения на плёнке (или матрице) полностью компенсировала колебания фотоаппарата за время экспозиции [4] . В результате при малых амплитудах колебаний фотоаппарата проекция всегда остаётся неподвижной относительно матрицы, что и обеспечивает картинке необходимую чёткость. Однако наличие дополнительного оптического элемента немного снижает светосилу объектива.

Читайте также:  Перевести деньги с билайна на теле 2

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., Power O.I.S. (Optical Image Stabilizer); система двойной стабилизации камера+объектив — Dual IS
  • Sony — Optical Steady Shot (OSS)
  • Tamron — Vibration Compensation (VC)
  • Sigma — Optical Stabilization (OS)

Для плёночных фотоаппаратов оптическая стабилизация — единственная технология борьбы с «шевелёнкой», поскольку саму плёнку двигать, как матрицу цифрового фотоаппарата, не получится.

Стабилизатор изображения с подвижной матрицей [ править | править код ]

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 [ править | править код ]

Существует и EIS (англ. Electronic (Digital) Image Stabilizer — 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 видеокамеры картинка «плавает» по матрице, а процессор фиксирует эти колебания и вносит коррекцию, используя резервные пиксели для компенсации дрожания картинки. Эта система стабилизации широко применяется в цифровых видеокамерах, где матрицы маленькие (0,8 Мп, 1,3 Мп и др.). Имеет более низкое качество, чем прочие типы стабилизации, зато принципиально дешевле, так как не содержит дополнительных механических элементов.

Режимы работы системы стабилизации изображения [ править | править код ]

Существует три типичных режима работы системы стабилизации изображения: однократный или кадровый (англ. Shoot only — только при съёмке), непрерывный (англ. Continuous — непрерывно) и режим панорамирования (англ. Panning — панорамирование).

В однократном режиме система стабилизации активируется только на время экспозиции, что, теоретически, наиболее эффективно, так как требует наименьших корректирующих перемещений.

В непрерывном режиме 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. Кроме того, в непрерывном режиме система потребляет больше электроэнергии, что приводит к более быстрому разряду аккумулятора.

В режиме панорамирования система стабилизации компенсирует только вертикальные колебания.

Интересные факты [ править | править код ]

В сентябре 2012 года первым в мире мобильным телефоном с оптической стабилизацией изображения (OIS) стал смартфон Nokia Lumia 920.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector