Оптическая стабилизация изображения – это технология, используемая для механической компенсации собственных угловых движений камеры с целью предотвращения смазывания картинки при съемке на больших выдержках. Встроенная в объектив система оптической стабилизации служит своеобразной заменой объективу в некотором диапазоне значений выдержки. Выигрыш от использования оптической стабилизации обычно составляет примерно 3 – 4 ступени экспозиции. Благодаря механизму оптической стабилизации в некоторых съемочных ситуациях фотограф может увеличить выдержку и спокойно снимать с рук.

Технология оптической стабилизации изображения появилась в 1994 году, когда компания Canon представила для массового рынка новую систему, получившую название OIS (Optical Image Stabilizer - оптический стабилизатор изображения). Схема этого оптического стабилизатора состояла из специальных линз, которые корректировали направление светового потока внутри объектива и электромагнитных приводов, отвечающих за отклонения этих самых линз.

Стабилизирующий элемент, встроенный в объектив, отличался подвижностью по вертикальной и горизонтальной осям. По команде с сенсора он отклонялся электрическим приводом таким образом, чтобы проекция изображения на светочувствительной пленке (или матрице) полностью компенсировала колебания фотоаппарата за время экспозиции. Благодаря такому решению при малых амплитудах колебаний камеры проекция всегда остается неподвижной относительно матрицы, что и обеспечивает изображению необходимую четкость.

Главной трудностью при создании такой оптической стабилизации являлось точная синхронизация дрожания рук фотографа и величины отклонения корректирующих линз. Однако в компании Canon успешно справились с решением этой проблемы. Правда, не обошлось и без некоторых недостатков. В частности, присутствие дополнительного оптического элемента в конструкции объектива снижает его светосилу.

Принципы работы системы оптической стабилизации, заложенные в начале 90-х годов, по большому счету остались неизменными вплоть до наших дней. За японской компанией потянулись и другие ведущие производители фототехники, которые представили свои системы оптической стабилизации изображения, получившие фирменные наименования:

Canon - Image Stabilization (IS)

Nikon - Vibration Reduction (VR)

Panasonic - MEGA O.I.S. (Optical Image Stabilizer)

Sony - Super Steady Shot

Sony Cyber-Shot — Optical SteadyShot

Sigma — Optical Stabilization (OS)

Tamron — Vibration Compensation (VC)

Pentax — Shake Reduction (SR)

Несмотря на разные названия и описания к этим системам, они основываются на одном подходе, но могут отличаться между собой степенью эффективности компенсации дрожания камеры. Кратко пройдемся по различным вариантам оптической стабилизации от известных компаний-производителей фотооборудования.

Canon

Компания Canon, являющаяся в некотором роде первопроходцем в области оптической стабилизации изображения, традиционно уделяет большое внимание реализации этой системы в своих объективах, предназначенных для зеркальных и компактных камер. Фирменные объективы с встроенной системой оптической стабилизации имеют пометку IS (Image Stabilizer). Система IS предусматривает наличие дополнительной группы линз, размещенных в средней части конструкции объектива. Электромагнитный привод позволяет мгновенно смещать одну из линз этой группы относительно оптической оси. Вибрация камеры фиксируется посредством двух пьезоэлектрических сенсоров, которые часто называют гироскопическими. Один из сенсоров обнаруживает горизонтальное смещение камеры, другой же, соответственно, отвечает за вертикальную плоскость.

Сигналы от гироскопических сенсоров обрабатываются микропроцессором, который определяет величину и направление смещения изображения относительно оптической оси объектива. Далее микропроцессор приводит в действие электромагнитный привод блока стабилизации, чтобы скорректировать положение изображения за счет смещения подвижной линзы по двум осям в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива. В результате, изображение может быть стабилизировано, снижается степень «размазывания» снимка. Тесты показывают, что система IS может быть эффективной при удлинении выдержек до 2 – 3 ступеней. При необходимости ее можно принудительно отключить.

Для осуществления качественной макросъемки компания Canon предлагает объективы с встроенной системой оптической стабилизации Hybrid IS. Вибрация и дрожание камеры существенно влияют на качество и четкость картинки при фотографировании небольших по размеру объектов. И стандартная система оптической стабилизации здесь не так эффективна. Новая технология оптической стабилизации Hybrid IS предусматривает добавление еще одного датчика угловой скорости для определения степени отклонения угла из-за эффекта дрожания рук, а также нового датчика ускорения, определяющего степень смещения объектива в линейной плоскости.

Нужно отметить, что смещение фотоаппарата в линейной плоскости очень сильно сказывается именно на качестве макросъемки. Теперь блок IS включает в себя уже четыре датчика, а не два, чтобы более эффективно компенсировать малейшие колебания цифрового фотоаппарата. Микропроцессор анализирует сигналы, поступающие с датчиков, и по специальному алгоритму формирует управляющие сигналы для смещения линзы стабилизатора посредством электромагнитного привода. Система Hybrid IS позволяет уменьшить влияние обеих типов «шевеленки», то есть как резкое изменение угла направления объектива в круговой плоскости, так и смещение фотокамеры в линейной плоскости.

Также японская компания применяет технологию оптической стабилизации Dynamic IS, перекочевавшую в фотокамеры из видеосъемки. Она используется в телевиках и широкоугольных объективах при съемке видеороликов. Динамический оптический стабилизатор изображения призван обеспечить получение более стабильной картинки при съемке видео за счет компенсации низкочастотных вибраций, таких как дрожание фотоаппарата или съемка с рук.

Nikon

Другие производители внедряют похожие технологические решения. В частности, компания Nikon в своих объективах использует систему оптической стабилизации Vibration Reduction (VR). Тут также применяется дополнительная группа линз с подвижным элементом, а величина и направление смещения камеры в процессе экспонирования снимка вычисляются микропроцессором. Он обрабатывает данные, поступающие с двух гироскопических сенсоров с частотой примерно 1000 значений в секунду. В случае необходимости микропроцессор посредством двух электроприводов управляет смещением подвижной линзы относительно ее центрального положения.

Система VR активируется автоматически при нажатии фотографом кнопки спуска наполовину. Когда кнопка спуска нажата наполовину, стабилизатор изображения работает менее эффективно и подавляет лишь небольшие вибрации для комфортной компоновки кадра в видоискателе или на ЖК-дисплее. В момент же полного нажатия на кнопку спуска подвижная линза мгновенно устанавливается в центральное положение, что позволяет уже максимально эффективно компенсировать вибрации камеры.

Таким образом, в процессе экспонирования снимка включается режим максимально точной компенсации вибраций, обеспечивающий получение более четкой картинки. Использование системы VR позволяет в несколько раз увеличить длительность выдержки. Различные модификации этого механизма оптической стабилизации (VR и VR II) применяются в широком спектре объективов, выпускаемых для зеркальных фотоаппаратов Nikon.

Panasonic

Panasonic применяет систему оптической стабилизации под названием MEGA O.I.S, которая изначально разрабатывалась специалистами компании для фирменных видеокамер, но затем была адаптирована под фототехнику. В частности, для использования в цифровых фотоаппаратах линейки Lumix со сменной оптикой. Для компенсации смещения проецируемого через объектив изображения относительно светочувствительной матрицы оптическая система дополняется группой линз с подвижным элементом. Зафиксировав вибрацию фотоаппарата, встроенный гироскопический датчик подает сигнал к микропроцессору для расчета коррекции. Затем на основе полученных данных микропроцессор смещает линзу стабилизатора таким образом, чтобы свет направлялся точно к матрице. Весь этот процесс занимает считанные доли секунды.

Обладатели фотоаппаратов Lumix, оснащенных системой MEGAO.I.S., могут переключать режимы работы стабилизатора. Первый режим предусматривает постоянную работу оптического стабилизатора, а второй – предполагает, что система стабилизации включается только в момент нажатия на спусковую кнопку. Естественно, поддерживается возможность полного отключения системы стабилизации в тех случаях, когда это диктуется условиями съемки или желанием фотографа.

У компании Pentax имеется своя фирменная система стабилизации под названием Shake Reduction (SR). Впервые для коммерческого пользования она была представлена в 2006 году, когда компания запустила в продажу компактный 8-мегапиксельный цифровой фотоаппарат Optio A10. Позже Pentax начала использовать данную систему стабилизации не только в своих компактных, но и в зеркальных цифровых камерах.

Технология Shake Reduction основана на сдвиге матрицы фотоаппарата. В этом случае по вертикали и горизонтали сдвигается уже не подвижная линза стабилизатора, а светочувствительная матрица фотоаппарата.

Такая система стабилизации не влияет на светосилу объектива или стоимость оптики, стабилизатор один и находится в корпусе фотоаппарата, потребляет меньше энергии, чем системы фокусировки встроенные в объектив.

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.

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.

У каждого фотографа иногда получаются смазанные, нечёткие, как будто размытые кадры. Виной тому - дрожание фотоаппарата в момент съёмки, что чаще всего случается во время работы при слабом освещении. Ведь в таких условиях фотосъёмка, как правило, ведётся на длинных выдержках. А чем длиннее выдержка, тем больше вероятность получения смазанного кадра.

Система стабилизации изображения включена: кадр резкий.

Чтобы картинка не дрожала и кадры не смазывались, современные фотоаппараты, смартфоны, видеокамеры всё чаще оснащаются системой стабилизации изображения. Она помогает компенсировать дрожание фотоаппарата в руках и получать резкие кадры даже в сложных съёмочных ситуациях. Для современных многомегапиксельных фотоаппаратов это особенно важно, ведь на кадрах, полученных с них, будет заметен даже самый незначительный смаз. Микросмаз может возникнуть и от малейших вибраций механизмов самой камеры. Так что стабилизация сегодня - не просто дополнительная «фишка», а необходимость.

Как понять, какой из стабилизаторов работает лучше, а какой - хуже? Эффективность стабилизации принято оценивать в ступенях экспозиции. Предположим, без стабилизации резкое изображение получается сделать на выдержке в 1/30 с. Если использовать стабилизатор эффективностью в 4 ступени экспозиции, то можно рассчитывать на резкие кадры на выдержках вплоть до 1/2 с. А если заявлена эффективность всего в две ступени, чёткую картинку стоит ожидать лишь на 1/8 с.

Виды стабилизации изображения

Цифровая (электронная) стабилизация

Самый простой вид стабилизации, не требующий никаких отдельных модулей и механических деталей, лишь программные алгоритмы. При включении цифровой стабилизации часть матрицы выделяется для её работы, а изображение снимается с кропом. Во время съёмки картинка перемещается по матрице, гася тем самым колебания.

Чем «агрессивнее» работает такая стабилизация, тем сильнее обрезается и теряет в качестве итоговое изображение.

Электронная стабилизация в Canon EOS 77D:

В основном такой вид стабилизации используется при видеозаписи. Интересно, что цифровую стабилизацию могут производить и продвинутые редакторы видео, такие, как Adobe After Effects.

Этот тип стабилизации чаще можно встретить в бюджетной технике - смартфонах, некоторых экшн-камерах, любительских видеокамерах, компактных фотоаппаратах. В системных фотокамерах он присутствует, разве что, в качестве дополнительной возможности для видеосъёмки.

Гораздо большую эффективность демонстрируют технологии не цифровой, а оптической стабилизации.

Оптическая стабилизация в объективе

В фототехнике оптическая стабилизация чаще встречается не в самой камере, а в её объективе. Этот же тип стабилизации является самым старым - его начали использовать ещё в конце прошлого столетия. Первой такую технологию представила в 1995 году компания Canon, назвав её Image Stabilization (IS). Сегодня каждый уважающий себя производитель фотообъективов имеет свою собственную технологию оптический стабилизации. Но поскольку название Image Stabilization осталось за Canon, остальные компании назвали свои разработки иначе. Ниже мы приводим список названий технологии оптической стабилизации в объективах различных производителей.

Canon - IS (Image Stabilization)
Nikon - VR (Vibration Reduction)
Sony - OSS (Optical SteadyShot)
Panasonic - MEGA O.I.S.
Fujifilm – OIS (Optical Image Stabilizer)
Sigma - OS (Optical Stabilization)
Tamron - VC (Vibration Compensation)
Tokina – VCM (Vibration Compensation Module)

Как правило, если объектив оснащён системой оптической стабилизации, это отражено в его названии, где указана соответствующая аббревиатура. Например, CANON EF-S 18-55MM F/4-5.6 IS STM, AF-P DX NIKKOR 18–55mm f/3.5–5.6G VR .

Как работает оптическая стабилизация в объективе? В его схеме есть особый модуль с подвижным оптическим элементом. В процессе фотосъёмки модуль определяет колебания фотоаппарата и, чтобы их компенсировать, соответственно двигает оптический элемент. В итоге изображение остаётся резким.

Плюсы:

Зеркальные и беззеркальные фотоаппараты имеют сменные объективы. И если у вас часто получаются смазанные кадры, можно с лёгкостью «прокачать» свой старый фотоаппарат, дополнив его объективом с оптической стабилизацией. Это увеличит количество чётких снимков.
Системы оптической стабилизации в современных объективах, как правило, могут сэкономить 3–5 ступеней экспозиции.
В зеркальных фотоаппаратах стабилизатор в объективе поможет сразу в видоискателе увидеть стабилизированную картинку - без дрожания изображения гораздо удобнее компоновать кадры.

Минусы:

Объективы со стабилизацией стоят дороже, они тяжелее по весу и крупнее по габаритам, нежели аналоги, лишённые стабилизатора.
Дополнительный оптический элемент в оптической схеме может негативно сказаться на качестве изображения, светопропускании, светосиле, боке объектива.
Стабилизаторы в разных объективах демонстрируют разную эффективность, имеют свои тонкости работы. Приходится учитывать при съёмке, что один объектив имеет эффективный стабилизатор, другой не так хорош в стабилизации, а третий и вовсе её не имеет.
Во многих объективах стабилизатор издаёт жужжащие звуки, что может быть критично при видеозаписи.

Оптическая стабилизация в фотокамере

Зачем добавлять дополнительный модуль в оптику, если можно стабилизировать сам сенсор в фотоаппарате? С развитием технологий стало возможным разместить матрицу на специальном подвижном механизме, который вслед за колебаниями камеры двигает сам сенсор. Стабилизация на матрице позволяет гасить движения и наклоны вверх-вниз, повороты по часовой стрелке и против. Последнего, кстати, не может стабилизатор в объективе. Не все производители оснащают свои фотоаппараты этой технологией. Пока стабилизация на матрице есть только у следующих компаний:

Sony - Super Steady Shot (SSS), SteadyShot Inside (SSI);
Pentax - Shake Reduction (SR);
Olympus и Panasonic - In Body Image Stabilizer (IBIS).

Система стабилизации камеры Sony α7 II:

А что, если на аппарат с внутренней стабилизацией поставить объектив, имеющий свой модуль стабилизации? Sony, Olympus и Panasonic позволяют использовать одновременно оба стабилизатора, тем самым достигая большей эффективности в резкости изображения.

Плюсы:

Современные системы стабилизации на матрице позволяют компенсировать дрожание камеры во всех возможных направлениях. В зависимости от производителя и модели фотоаппарата, эффективность стабилизации на матрице может достигать пяти ступеней экспозиции.
Универсальность. Если камера имеет встроенный стабилизатор, к ней в комплект можно подобрать более компактные объективы без стабилизации. На ней любой объектив станет «стабилизированным», даже старый «Гелиос» от «Зенита».
Системы стабилизации на матрице почти бесшумны. А значит, их в полной мере можно использовать при видеозаписи.
Стабилизированное изображение можно увидеть сразу через электронный видоискатель или экран фотоаппарата. А вот в зеркалках, в оптическом видоискателе, увидеть стабилизированную картинку не получится.
Возможность реализовать множество дополнительных функций. К примеру, функцию слежения за звёздным небом для фотографирования его на длинных выдержках.

Минусы:

Меньшая эффективность при работе с длиннофокусной оптикой. При работе с ней матрице приходится двигаться слишком быстро и на слишком большие расстояния. В случае телевиков стабилизация в объективе считается более эффективной.

В заключение хочется пожелать нашим читателям делать только резкие кадры и пусть вам в этом помогают системы стабилизации изображения.!

При выборе оборудования для видеосъемки будет ошибкой думать, что достаточно купить навороченную камеру с высоким разрешением и картинка будет выглядеть хорошо. На самом деле, если посмотреть видео, снятое профессионалами, мы уже по плавности перемещения камеры увидим, что камера закреплена на чем-то, позволяющем избежать резких поворотов и тряски. То есть на деле не менее важную роль играют различные системы, фиксирующие камеру, либо позволяющие плавно двигать её. В случае съемки с рук наиболее современным вариантом такой системы являются электронные стабилизаторы (стедикамы), компенсирующие поворот камеры за счет встроенных электромоторов.

Рассмотрим подробнее, что же они делают.

У любого электронного стабилизатора камера и ручка, за которую его удерживают, соединены двумя рамками, расположенными перпендикулярно друг другу. Между рамками присутствуют три шарнира, приводимых электромоторами. Каждый из этих электромоторов удерживает камеру от поворота по одной из трех осей. Эти три оси обычно называют по терминологии авиации:

Крен - наклон камеры влево-вправо
Тангаж - наклон вперед-назад
Рысканье - поворот вокруг вертикальной оси

Также в конструкцию стабилизатора входят гироскопы, которые, собственно, определяют стремление камеры вращаться вокруг этих осей.

Из этого всего понятно, что даже в простейшем виде электронный стабилизатор представляет собой высокотехнологичное устройство, возможности которого раньше можно было реализовать только за очень большие деньги.

В зависимости от задач и бюджета, для видеосъемки могут использоваться разные камеры. Соответственно, поскольку камеры имеют разный вес, стабилизаторы отличаются по максимальной нагрузке. Поэтому мы решили не мешать все в кучу, а рассматривать данные устройства в порядке возрастания максимальной нагрузки.

Электронные стабилизаторы для экшн-камер

Экшн-камеры имеют компактные размеры, поэтому и стабилизаторы для них оказываются легкими. Они могут использоваться с удлинителями-моноподами, которые превращают их в продвинутую “селфи-палку”.

Наиболее популярны и распространены стабилизаторы китайской фирмы Feiyu . Их популярность возникает за счет небольшой цены, которая, в свою очередь, обусловлена функциональной простотой.

Первая из моделей, с которой все и начиналось - , предназначенная для GoPro HERO 3 и - послужила отправной точкой для последующих устройств. Для управления здесь используется всего лишь две кнопки - одна для включения, другая - для переключения режимов. Камера лишь крепится к стабилизатору, управлять камерой со стабилизатора невозможно. Характерная особенность Feiyu FY-G4 - его нельзя включать без нагрузки, то есть камеры.

Имел три режима, в зависимости от того, какие оси остаются зафиксированными с помощью стабилизатора, а какие нет. Позже вышла модель , крепление которой стало универсальным и подходило для камер других производителей.

Основным улучшением еще одной обновленной модели - стала возможность поворота камеры на 360 градусов по горизонтали, а также подключения GoPro к разъему на стабилизаторе для удобства работы, все это вкупе с новым, более удобным креплением самой камеры. На стабилизаторе, наконец, появился джойстик для управления поворотом.

Другой форм-фактор электронных стабилизаторов для экшн-камер представлен моделью . Уже название говорит о том, что он более компактен.

Имеет небольшой корпус без ручки, так как предназначен для установки на различные крепления для экшн-камер.То есть, вы можете поставить его на велосипед, шлем, любую подвижную платформу, а он будет стабилизировать закрепленную экшн-камеру. Впрочем, никто не мешает закрепить и его на монопод и использовать для селфи-видео, как FY-G4 .

Стабилизаторы для смартфонов

Профессионал вряд ли будет целенаправленно снимать на смартфон, а вот для любителя таковой может оказаться основным устройством видеозаписи, благо современные модели “умных телефонов” это позволяют.

Feiyu в этом сегменте выпускает модель FY-G4 Pro и FY-SPG Live .

Основной “фишкой” второго является возможность поворота в вертикальное положение съемки, подключение к смартфону по Bluetooth. При этом, на смартфон ставится специальная программа, с помощью которой можно калибровать стабилизатор.

Но лучшим стабилизатором для такого стиля съемки, пожалуй, является .

Основные преимущества этого устройства:

Стабилизатор подключается к смартфону по Bluetooth, и может управлять съемкой фото и видео с помощью выделенных кнопок.
Программное обеспечение поддерживает функцию определения лиц, благодаря чему Osmo Mobile может автоматически снимать какого-либо человека, следя за его перемещениями поворотом в его сторону.
Стабилизатор поддерживает функцию motion timelapse. Камера смартфона делает серию снимков со смещением на небольшой угол после каждого из них, а затем эти снимки объединяются в видеоролик.
Возможность апгрейда качества изображения с появлением новых моделей смартфонов.
Возможность использования стабилизатора с GoPro HERO с помощью креплений сторонних производителей.

Стабилизаторы для фотоаппаратов и видеокамер

От компактных стабилизаторов происходят самые простые модели - с одной ручкой. Здесь мы возвращаемся к моделям Feiyu. Дело в том, что они разработали аналогичную FY-G4 модель стабилизатора, только предназначенную для камер большего размера. Называются эта модель FY-MG .

Она поддерживают камеры с весом до 1 килограмма, что, конечно, является не только количественным, но и качественным скачком.

В случае использования подобного стабилизатора необходима не только настройка под вес камеры, но и регулировка под центр тяжести. Поэтому на FY-MG предусмотрена возможность регулировки баланса камеры по всем плоскостям.

У данного устройства существует две версии: FY-MG Lite и FY-MG V2 . Вторая отличается от первой пластиковым кейсом для переноски и, самое важное, наличием в комплекте держателя, позволяющего удерживать стабилизатор двумя руками. Таким образом, стабилизатор имеет несколько используемых конфигураций, представленных на фото ниже.

Устройства серии DJI Ronin , несмотря на такой же принцип работы, как у других производителей, имеют ряд качественных отличий, позволяющих рассматривать их как отдельный класс. Перечислим эти особенности:

Выводы

Выбор электронного стабилизатора определяется, в первую очередь тем, какую камеру вы хотите использовать и какой у вас бюджет. Это не тот случай, когда вам придется выбирать из множества аналогичных моделей, так как на нашем рынке количество производителей весьма ограничено. Так или иначе, любой электронный стабилизатор значительно улучшает продуктивность работы. В некоторых случаях, его может заменить классический механический стедикам, который, как ни странно, дает более натуральный эффект стабилизации, но это совсем другая история.