Что такое стабилизация изображения. Два метода оптической стабилизации изображения. Когда стабилизация наиболее эффективна

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.

Пожалуйста, оцените статью:

Оптическая стабилизация изображения в объективах - это технология, позволяющая механически компенсировать угловые движения и дрожание фотокамеры для предотвращения смазывания изображения при больших выдержках (на жаргоне "шевелёнки").

Система оптической стабилизации применяется в случаях когда вести съемку со штатива не представляется возможным и по сути дела, служит заменой штативу в некотором диапазоне значений выдержки.

Впервые технология оптической стабилизации изображения была представлена в 1994 году фирмой Canon получившая название OIS (англ. Optical Image Stabilizer - оптический стабилизатор изображения). Сама технология настолько хорошо зарекомендовала себя, что была подхвачена другими производителями объективов.

Кардинальных отличий принципов работы стабилизаторов нет, тем не менее разные производители называют свою реализацию оптической стабилизации по-разному:

• Canon - Image Stabilization (IS)
• Nikon - Vibration Reduction (VR)
• Panasonic - MEGA O.I.S.(Optical Image Stabilizer)
• Sony - Optical Steady Shot
• Sigma - Optical Stabilization (OS)
• Tamron - Vibration Compensation (VC)

Принцип работы оптического стабилизатора изображения объектива

Поскольку идея IS принадлежит Canon inc рассмотрим принцип работы стабилизатора на примере ее продукции.

В первой части материала рассмотрим наглядно работу IS не вдаваясь в теорию и технические термины, а в качестве пособия воспользуемся великолепными роликами компании.

Сердцем объективов IS от Canon является компактный и легкий стабилизатор изображения, который работает вместе с дополнительной группой линз, высокоскоростным микроконтролером и двумя вибро-гироскопическими датчиками, что позволяет безотказно и точно корректировать сотрясение и дрожание фотокамеры.

Как работает встроенный стабилизатор изображения

Дрожание (шевеленка) фотокамеры вызывает движение объектива, изменяя угол потока входящего света относительно оптической оси, и как следствие с проецированное изображение "плавает" по поверхности матрицы, в результате получаются размытые фотоснимки.

Объективы Canon оснащенные системой IS корректируют смещение потока света, перемещая подвижную двояковогнутой линзу оптического стабилизатора в противоположную сторону по направлению движения объектива. Это стабилизирует положение с проецированного изображения на матрице во время съемки и снижает степень "размазывания" снимка.

Демонстрация работы оптического стабилизатора изображения объектива

Объектив Canon EF 400mm f/4 DO IS USM - смоделированный для иллюстрации поперечный срез.

Новая технология Hybrid IS разработанная специально для макросъемки

Технология Canon Hybrid IS - принцип работы

При макро съемке вибрация и дрожание фотокамеры влияет как на спроецированное изображение на матрице, так и на изображение сформированное в видоискателе что в свою очередь мешает сосредоточиться и зафиксировать четкое изображение.

В оптических стабилизаторах Hybrid IS задействованы: датчик угловой скорости для определения степени отклонения угла из-за эффекта дрожания рук, который использовался в обычных механизмах стабилизации изображения (в народе антитряс), а также новый датчик ускорения, определяющий степень смещения объектива в линейной плоскости. Микроконтролер анализирует сигналы с датчиков и по специальному алгоритму формирует управляющие сигналы для смещения линзы стабилизатора при помощи электромагнитного привода.

Таким образом оптические стабилизаторы Hybrid IS позволяют уменьшить влияние обеих типов "шевеленки".

Учитывая что при макро съемке зачастую не возможно воспользоваться штативом, технология Canon hybrid is просто незаменима.

Кнопки:
IS Off - демонстрация изображения в видоискателе снимаемого объекта с выключенным стабилизатором изображения
IS - демонстрация изображения в видоискателе снимаемого объекта с включенным стабилизатором изображения
Hybrid IS - демонстрация изображения в видоискателе снимаемого объекта при работе стабилизатора изображения Hybrid IS
Shooting - аналогична кнопки затвора (спуск затвора) в фотоаппарате, если кликнуть "мышкой" по кнопке, ролик продемонстрирует какой может получится снимок.

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 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.

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.

Для того, чтобы получить резкий не размытый снимок сделанный с рук (или в движении), нужно учитывать выдержку при съемке — потому, что чем длиннее , тем больше можно намазать на снимке.

Почти всегда, если диафрагма объектива открывается на величину большую F2.8, пишут, что объектив идеален для съемок в вечернее и даже в ночное время. В чем-то они правы, но работая и снимая с рук, я пришел к выводу, что больше подходит стабилизатор VR в объективе, нежели большая .

и пользуясь золотым правилом, что число, отвечающее за выдержку, должно быть больше чем эффективное фокусное расстояние. Например, если вы снимаете на фокусном расстоянии в 35мм, должна быть не больше 1/35 секунды, обычно это 1/60 и более короткие . Но когда используешь объектив с подавлением вибраций, это правило сильно меняется.

Для популярных и всеми известных производителей камер и объективов существует свое обозначение функции уменьшения вибраций. Ниже приведен список самых популярных обозначений.

Стабилизаторы, встроенные в объектив:

Canon: IS — Image Stabilization (стабилизатор изображения)

Nikon: VR — Vibration Reduction (подавитель вибраций)

Panasonic: O.I.S. — Optical Image Stabilizer (оптический стабилизатор изображения)

Sony: Optical Steady Shot (оптический стабилизатор съемки)

Tamron: VC — Vibration Compensation (Компенсация при вибрациях)

Sigma: OS — Optical Stabilization (Оптический стабилизатор)

Стабилизация, встроенная в камеру:

Pentax: SR — Shake Reduction (Подавление дрожания)

Olympus: IS — Image Stabilizer (Стабилизатор изображения)

Sony: SSS — Super Steady Shot (Супер стабилизатор съемки)

Konica Minolta: AS — Anti-Shake (Анти-дрожание)

Я объясню достоинства подавления вибраций на примере объектива с функцией подавления вибраций (рассчеты можно производить и для других объективов). Если для того, чтобы получить приемлемый снимок на фокусном расстоянии 105мм (что является уже средним телевиком) нужно использовать параметры камеры, при которых должна быть меньше чем 1/105 или даже 1/150 (учитывая кроп) по правилу, описанному выше. Обычно число , которое можно выставить на камере соответствует 1/125 секунды. Учитывая, что данный объектив, как и большинство зумов является не светосильным (темным) при диафрагме F5.6, нужно использовать высокие значения ISO, которые дадут много шумов.

Если же на объективе включить функцию VR , то можно с тем же успехом снимать на выдержках порядка 1/20 секунды, уменьшив таким образом ISO.

Почему так происходит? Производитель в технических характеристиках указывает, что объектив или камера с подавлением вибраций может работать с выдержками на несколько ступеней короче (длиннее) чем без него. В данном случае это 3 ступени.

Одна ступень в фотографии означает разницу в 2 раза. Три ступени дадут разницу в восемь раз. 2^3=8 (два в третьей степени). Вот и получаем 1/125 поделить на 8 приблизительно равно 1/15 секунды.

Данные расчеты действительно близки к истине, но из-за того, что производители накручивают показатели, более менее правдивое значение узнается только в практике.

Для данного объектива при 105мм фокусного расстояния (что в пересчете на ЭФР дает 157 мм) минимальная при съемке с рук допустима в районе 1/15-1/30.

Пример фото сделанного с рук, параметры съемки в подписи картинке.

1 / 25 sec ISO 1600 F5.6 105 mm + Nikkor 18-105 VR 3.5-5.6 съемка с рук

Все эти вычисления имеют силу для любых объективов или систем подавления.

Как видим на фото выше, при в 1\2 секунды (что в обычных условиях является очень длинной выдержкой), получаем абсолютно приемлемое качество картинки с рук при низких ISO.

Раньше, всего пару лет назад, фотографы, при длительных выдержках, должны были пользоваться штативом, или светосильными объективами .

При работе со светосильными объективами, например 50mm F1.4 50mm F1.8 и съемке в тяжелых условиях, объективы с подавлением вибраций составляют ощутимую конкуренцию, а иногда выигрывают у них.

F5.6 и F1.8 разнятся примерно на 3 с хвостиком ступени, если быть точным, то разница по величине светового потока разница в 9 раз. (потому, что изменение числа F двое дает изменение площади в 4 раза, от сюда 5,6/1,8=3.11, а разница в площади в 3.11^2= приблизительно 9).

Получаем, что выигрыш со светосильным объективом дает уменьшение выдержки в 9 раз, а при использовании VR в 8 раз. На практике работают оба метода при съемке в мало освещенных территориях.

Лично для меня удобно использовать и подавление вибраций и светосильные фиксы. У каждого свои достоинства.

Вывод: оптические стабилизаторы отлично подходят для длиннофокусных объективов и для съемок при малом освещении, давая выигрыш в уменьшении выдержки без боязни получить смазанный кадр.

Не забывайте про промощь проекту. Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.

02.08.2015 5861 Изучаем фотокамеру 0

Независимо от того, фототехнику какого бренда вы используете, наверняка вам встречалась характеристика в описании объективов под названием «оптическая стабилизация изображения». Сегодня мы рассмотрим подробнее предназначение и работу этой системы.

Что же это такое - оптическая стабилизация изображения в объективах? Это технология, позволяющая механически компенсировать угловые перемещения и смещения фотокамеры для предотвращения смазывания изображения при относительно больших выдержках (на этот эффект называют "шевелёнкой"). Система оптической стабилизации эффективна в некотором диапазоне значений выдержки, и по сути дела, служит заменой штативу в этом диапазоне. Возможности систем стабилизации изображения ограничены. По самым оптимистическим данным, выигрыш в величине допустимой выдержки составляет 3—4 ступени экспозиции.

Впервые технология оптической стабилизации изображения была представлена в 1994 году фирмой Canon, которая получила название OIS (англ. Optical Image Stabilizer — оптический стабилизатор изображения). Сама технология настолько хорошо зарекомендовала себя, что была подхвачена другими производителями оптики.

Принципиальных различий принципов работы стабилизаторов нет, но тем не менее разные производители называют свою реализацию оптической стабилизации по-разному:

Canon — Image Stabilization (IS)

Nikon — Vibration Reduction (VR)

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

Sony — Optical Steady Shot

Sigma — Optical Stabilization (OS)

Tamron — Vibration Compensation (VC)

Разные названия, но итоговый эффект их применения идентичен. Его воздействие на получаемый снимок может быть настолько эффективным, что если вы собираетесь покупать очередной объектив, то обязательно рассмотрите сначала варианты со стабилизацией.

Предназначение

Главную пользу от функции стабилизации изображения вы ощутите при съемке с рук. Момент, когда руки предательски дрожат, сотрясая камеру, раздражает любого фотографа. Возрастает риск получения смазанного изображения. С другой стороны, есть штатив, и он поможет вам при съемке пейзажа или в студии. Но для огромного количества других жанров фотографии этот аксессуар может оказаться бесполезным.

Однако, не стоит ошибочно полагать, что с данной функцией вы сможете «заморозить» любое движение в кадре. Так вы лишь частично нивелируете влияние шевеления камеры на снимок.

Техническое описание

Сердцем объективов с системой стабилизации является компактный и легкий стабилизатор изображения, который работает вместе с дополнительной группой линз, высокоскоростным микроконтроллером и двумя гироскопическими датчиками, что позволяет точно корректировать сотрясение и дрожание фотокамеры.

После активации стабилизатора с помощью специального переключателя на объективе, встроенные датчики движения начинают фиксировать направление и скорость при каждом нажатии на кнопку спуска затвора. На основе этих данных происходит сдвиг элементов внутри вашей фототехники, который в итоге и позволяет получить более четкую картинку.

Демонстрация работы оптического стабилизатора изображения объектива

Для макросъемки разработаны новые технологии, например, у Canon система получила название Hybrid IS. При макросъемке вибрация и дрожание фотокамеры влияет как на изображение на матрице, так и на картинку в видоискателе, что в свою очередь мешает сосредоточиться и зафиксировать четкое изображение. В Hybrid IS задействованы датчик угловой скорости для определения степени отклонения угла из-за эффекта дрожания рук (который использовался в обычных механизмах стабилизации изображения), а также новый датчик ускорения, определяющий степень смещения объектива в линейной плоскости. Микроконтроллер анализирует сигналы с датчиков и по специальному алгоритму формирует управляющие сигналы для смещения линзы стабилизатора при помощи электромагнитного привода.