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

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

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

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

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

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

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

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

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

Объективы без стабилизатора:

EF16-35mm f/2.8L

EF24-70mm f/2.8L

EF70-200mm f/2.8L

Объективы со стабилизатором той же серии L

EF300mm f/2.8 L IS

EF300mm f/4 L IS

EF400mm f/2.8 L IS

EF500mm f/4.5 L IS

EF600mm f/4 L IS

EF800mm f/5.6 L IS

EF24-105mm f/4 L IS

EF28-300mm f/3.5-5.6 L IS

EF70-200mm f/2.8 L IS

EF70-200mm f/4 L IS

EF70-300mm f/4-5.6 L IS

EF100-400mm f/4.5-5.6 L IS

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

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

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

Дата публикации: 25.04.2019

У каждого фотографа иногда получаются нерезкие снимки… В чём причина? Конечно, смазанное изображение почти всегда связано не с техническим несовершенством техники, а с недочётами при настройке важнейших параметров съёмки - выдержки, диафрагмы, а также с ошибками фокусировки. Во многих ситуациях избавиться от смаза на фото помогает стабилизация изображения. Это и отличная подстраховка на случай сложных условий съёмки, и новая творческая возможность в современной фотографии.

Какие виды стабилизации изображения существуют сегодня? Как ими пользоваться? Обсудим в этой статье!

Потолок в Испанской синагоге, Прага. Чтобы снимать при слабом освещении без штатива и при этом не завышать ISO, приходится делать кадры на сравнительно длинной выдержке - около 1/15 с. В таких условиях стабилизация изображения окажется как нельзя кстати.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 1000, F4.5, 1/640 с, 18.0 мм экв.

Зачем нужна стабилизация изображения?

Из-за чего изображение смазывается? Если дело не касается ошибок фокусировки, то причина одна - слишком длинная выдержка. Когда мы держим камеру, она всегда немного дрожит, такова физиология человека. Если выдержка достаточно короткая, это дрожание никак на снимке не сказывается; если длинная - получим «шевелёнку», смаз на изображении.

Кроме того, при съёмке движущегося объекта смаз может произойти из-за того, что выдержка не позволила «заморозить» движение полностью. Чем быстрее движется наш герой, тем короче нужна выдержка. Если идущего человека получится снять и на 1/250 с, то для играющего котёнка такая выдержка может оказаться длинной.

С увеличением разрешения современных фотоаппаратов смаз на изображениях всё более различим. В этом же кроется ответ на популярное «раньше же как-то снимали на фотоплёнку без стабилизатора и горя не знали». Просто сейчас качество и снимков, и дисплеев заметно выросло, и виден любой технический огрех. Нерезкость из-за смаза не позволит раскрыть преимущества камер с большим разрешением: например, Nikon D810 с 36 Мп, Nikon D850 и Nikon Z7 с 45 Мп. Ведь чем больше детализация изображения, тем заметнее смаз. Если раньше при съёмке на «полтинник» я смело ставил 1/60 с и был уверен в резкости получаемого изображения, то теперь на фотографиях высокого разрешения при съёмке на такой выдержке заметен смаз. Смаза можно избежать тремя способами.

Снимать на более короткой выдержке - самый действенный способ застраховать себя от смаза. При съёмке динамики нужно отталкиваться от скорости движения объекта, и тут поможет тестовая съёмка. Но выдержка всё равно не может быть длиннее максимальной выдержки для съёмки неподвижных объектов с рук. Как определить безопасную выдержку для съёмки неподвижных объектов с рук? До какого предела можно удлинять выдержку, не боясь последствий? Существует формула, выведенная фотографами опытным путём:

максимальная выдержка при съёмке с рук должна быть
не более 1/(фокусное расстояние × 2)

Формула в таком виде будет хорошо работать для камер с разрешением около 24 Мп. Для «кропов» лучше брать не физическое, а эквивалентное фокусное расстояние объектива.

А вот для камер с большим разрешением (36, 45 Мп и выше) правильнее использовать в знаменателе дроби не двойку, а тройку, дополнительно сокращая выдержку. Получается, что при съёмке на объектив с фокусным 50 мм я должен ставить выдержку 1/150 с (50×3). А с объективом 200 мм уже 1/600 с!

NIKON D850 / 70.0-300.0 mm f/4.5-5.6 УСТАНОВКИ: ISO 1100, F5.6, 1/200 с, 300.0 мм экв.

Есть одно но: если света недостаточно, при съёмке на более коротких выдержках придётся повышать ISO, что чревато появлением цифрового шума на фото. Поэтому не всегда получается снимать на коротких выдержках без потерь…

Использовать штатив - отличный способ избавиться от смазанных кадров! Но только если вы снимаете неподвижные объекты или, наоборот, хотите сильно размыть движение в кадре. Штатив - незаменимый инструмент архитектурного, пейзажного, предметного фотографа. Он надёжно фиксирует камеру, и на любой выдержке неподвижные объекты остаются резкими. Его используют и в репортажных, динамичных сюжетах, если съёмка ведётся супертелеобъективами. По сути, штатив - это «физический» стабилизатор нашей камеры.

Но штатив не панацея от смаза. Пока дело касается неподвижных объектов, он полезен. Но для «заморозки» динамики в кадре требуется достаточно короткая для этого движения выдержка. Если для сидящего человека хватит 1/60 с, то для бегуна потребуется как минимум 1/500 с, иначе произойдёт смаз объекта съёмки. Таким образом, при съёмке быстрого движения без правильной настройки выдержки штатив никак не поможет.

Для стабилизации изображения при видеосъёмке, помимо классических штативов-треног, используются особые гироскопические стабилизаторы, которые компенсируют все вибрации, поступающие на камеру от рук оператора. Один из таких стабилизаторов - Moza Air 2 - поставляется в специальном наборе Nikon Z6 Filmmaker’s kit.

Все вышеперечисленные варианты не универсальны. Достаточно короткую выдержку не всегда позволяют взять условия освещения, а штатив применяют в основном для съёмки статичных сюжетов.

И тут на помощь приходят функции стабилизации изображения, встроенные в фотокамеру или объектив.

Типы стабилизации изображения

Как измеряется эффективность стабилизации?

Эффективность стабилизации принято измерять в ступенях экспозиции (EV - Exposure Value). Как это понимают практикующие фотографы?

Например, если без стабилизатора мы систематически получаем резкие кадры на выдержке вплоть до 1/60 с (на более длинных выдержках всё смазывается), а с ним большинство кадров оказывается резкими до выдержки в ¼ с, то этот стабилизатор имеет эффективность в 4 ступени.

Мы можем сосчитать, насколько длинные выдержки позволит использовать стабилизатор. Почему бы сразу не указывать максимальную выдержку, доступную при работе стабилизатора? Зачем эти сложные ступени экспозиции? Дело в том, что многое зависит и от фокусного расстояния, при котором ведётся съёмка. Если на фокусном расстоянии в 15 мм можно и без стабилизатора снимать на 1/30 с (см. формулу расчёта максимальной выдержки) и получать чёткие кадры, то при съёмке на фокусном расстоянии в 400 мм только очень эффективный стабилизатор, способный сэкономить 5 ступеней экспозиции, позволит приблизиться к выдержке в 1/30 с. Ведь чем больше фокусное расстояние объектива, тем сильнее ощущается дрожание картинки. И чтобы не делать постоянных оговорок касательно фокусного расстояния, эффективность стабилизатора измеряют в ступенях экспозиции EV. Этот показатель даёт ясное представление о том, чего ждать от той или иной системы стабилизации. Такой метод измерения используют и в журнале Prophotos при тестировании камер и объективов.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 400, F4.5, 1/400 с, 18.0 мм экв.

Но есть строгая методика измерения CIPA, на которую равняются производители фототехники. Она работает несколько иначе. «Безопасная» выдержка для съёмки без стабилизатора вычисляется не на практике, а просто по формуле «1/фокусное расстояние», как в плёночные времена. Обратите внимание, что здесь не используется множитель ×2, как в приведённой выше формуле. На современных камерах с высокой детализацией нужно сильно постараться, чтобы, например, получить на 1/200 с резкий кадр при съёмке на объектив с фокусным 200 мм. Следовательно, раз за точку отсчёта исследователи берут заведомо слишком длинную выдержку, не гарантирующую резких кадров, они дают тестируемому стабилизатору некоторую фору, и результаты подчас выглядят более оптимистичными, чем выходит на практике.

Электронная стабилизация . Для работы электронной стабилизации не нужны никакие сложные технические приспособления. Достаточно чтобы эта функция поддерживалась программным обеспечением фотоаппарата. Как правило, она применяется при видеосъёмке и помогает получить более плавную, не дрожащую картинку. В камерах Nikon этот вид стабилизации можно активировать для съёмки видео в меню.

При электронной стабилизации часть картинки обрезается, угол обзора сужается. За счёт обрезанного поля изображения камера и компенсирует дрожание камеры, двигая картинку в зависимости от перемещения камеры в пространстве.

Часто можно выбрать несколько степеней электронной стабилизации. Чем выше уровень стабилизации, тем сильнее обрезается картинка.

Видео с отключённой электронной стабилизацией:

Видео со включённой электронной стабилизацией. Угол обзора уже, но картинка дрожит меньше:

У такого типа стабилизации есть недостаток: картинка обрезается по краям, а значит теряется качество изображения и уменьшается угол обзора. Зато он самый недорогой - для его реализации нужно лишь программное обеспечение. Кстати, такой тип стабилизации можно реализовать не только при съёмке видео, но и при обработке его на ПК. Некоторые программы для видеомонтажа тоже имеют функции электронной стабилизации.

Оптическая стабилизация в объективе

Если на вашем объективе Nikkor красуются буквы VR (Vibration Reduction), значит он оснащён системой оптической стабилизации. Другие производители объективов тоже имеют свои системы стабилизации: они сходны по принципу действия, а вот названия технологий отличаются.

В объективе, оснащённом системой оптической стабилизации, есть специальный подвижный блок линз и установлены гироскопические датчики. Датчики распознают вибрации, а блок линз за счёт движения в противофазе гасит их. В камеру попадает уже картинка без дрожания.

Пример блока оптической стабилизации

Эта система стабилизации существует на рынке довольно давно, и фотографы успели к ней привыкнуть, распробовать её плюсы. Сегодня многие объективы оснащаются такой системой стабилизации. Даже простые «китовые» зумы имеют VR.

Современный стабилизатор в объективе умеет гасить вибрации по 2–4 осям: наклоны вверх-вниз и наклоны вправо-влево, линейные смещения вверх-вниз и вправо-влево. Неподвластным ему остаётся лишь вращение камеры вокруг оптической оси объектива. Эффективность современных оптических стабилизаторов в среднем составляет от 3 до 5 ступеней экспозиции, но этот показатель может меняться от модели к модели объектива. Эффективность стабилизатора для конкретной модели объектива производитель указывает в его характеристиках..

Некоторые продвинутые объективы (например, Nikon AF-S NIKKOR 70-200mm f/2.8E FL ED VR) могут иметь несколько режимов работы оптического стабилизатора.

Переключатель, отвечающий за работу с VR, имеет несколько положений. Если с OFF всё понятно (это выключение стабилизатора), то что за два других режима NORMAL и SPORT? В режиме NORMAL стабилизация происходит постоянно, даже при простом визировании картинки через видоискатель. Кстати, когда в видоискателе картинка не дрожит, «целиться» в объект съёмки гораздо удобнее - и фотографу, и системе автофокуса. Также этот режим распознаёт характер вибрации, и если вы захотите сделать панорамирование, съёмку с проводкой, он не будет гасить эти движения камеры. Режим SPORT используется тогда, когда вибрации непредсказуемы и хаотичны. В этом режиме стабилизация происходит только в момент съёмки, камера гасит любые колебания. Этот режим хорошо подойдёт, например, для съёмки из окна едущего автомобиля.

Видеопример: съёмка без оптического стабилизатора и с включённым стабилизатором

Считается, что среди телеобъективов наилучшие результаты показывает именно стабилизация в объективе, а не на матрице (об этом типе стабилизации чуть ниже). Ведь модуль стабилизации в объективе приспособлен для работы с большим фокусным расстоянием.

У стабилизации в объективе есть и свои нюансы. Разные объективы оснащены разными стабилизаторами. А это значит, что в работе фотографу придётся учитывать особенности каждого из них. У какого-то стабилизатор более эффективен, у какого-то менее, а у третьего его нет вообще. Это придётся учитывать при съёмке, настройке выдержки и других параметров. Как уже упоминалось, стабилизатор в объективе не может гасить колебания по оси кручения, и по этой причине новички часто получают смаз из-за резкого нажатия кнопки спуска. Блок стабилизатора в объективе - это прибавка в весе, да и в цене оптического изделия. Объективы без стабилизатора, как правило, легче и стоят дешевле.

Стабилизация на матрице

Данная технология сравнительно новая, но она уже завоевала немало приверженцев. Суть в том, что механизм стабилизации находится не в объективе, а на матрице фотоаппарата. Матрица установлена на специальном механизме, который, двигая её, гасит вибрации камеры. Такая технология используется в беззеркальных камерах Nikon Z 6 и Nikon Z 7. Благодаря размещению всего механизма на матрице, можно обеспечить компенсацию вибраций не по четырём, а по пяти осям. Заявленная эффективность матричной стабилизации в новых беззеркалках от Nikon - до 5 ступеней экспозиции. Серьёзный показатель, особенно для полнокадровой камеры! Ведь полнокадровая матрица крупнее и тяжелее прочих, приводу стабилизации труднее двигать её в нужную сторону.

Раз стабилизация находится на матрице, то её получает любой объектив, установленный на фотоаппарат. Даже если это старый мануальный фикс. Правда, в таком случае стабилизация будет не по пяти, а максимум по трём осям. Для работы оставшихся двух камере нужна информация о дистанции съёмки, а её такие модели не передают.

А если на Nikon Z 6 или Nikon Z 7 установить объектив, имеющий собственный стабилизатор, системы будут работать в паре, обеспечивая ещё более высокий уровень стабилизации.

Как использовать оптическую стабилизацию?

Работать с оптической стабилизацией тоже придётся учиться. Иногда фотографы в разгаре съёмки вообще забывают о грамотной настройке параметров. А иногда пользователь злоупотребляет излишне длинными выдержками, надеясь на эффективную работу стабилизатора. Но даже если камера отработает секундную выдержку без вибраций, движение в кадре всё равно может оказаться смазанным. Так, позирующие модели будут смазаны на выдержках длиннее 1/60 с. Фотографу нужно научиться подбирать выдержку, достаточную для «заморозки» движения в кадре, иначе от стабилизатора пользы не будет, ведь он компенсирует лишь вибрации камеры в руках, а не движения ваших героев.

А вот при съёмке на выдержке в секунду, две, десять лучше уже использовать штатив. Результат со штатива всегда предсказуем. Но при необходимости можно научиться и без штатива, с одним лишь стабилизатором получать резкие кадры на выдержках до нескольких секунд. Об этом мы рассказали в отдельном уроке. Но в большинстве случаев хорошо, если стабилизатор будет вашей подстраховкой, а не последней надеждой на резкий снимок. Во время съёмки дрогнула рука или вас толкнули? «Стаб» защитит кадр!

Стабилизацию принято отключать при установке камеры на штатив. Не во всех объективах стабилизаторы корректно отрабатывают длинные выдержки, иногда их работа становится причиной смазанных кадров. Чтобы не искушать судьбу, стабилизатор в объективе при установке камеры на штатив отключают. Но по опыту могу сказать, что в новых Nikon Z 7 и Nikon Z 6 работает корректно даже на выдержках в несколько секунд. К примеру, я снимал на длинной выдержке с Парящего моста в парке Зарядье. Конструкция моста такова, что он всегда немного вибрирует. Благодаря эффективной работе стабилизатора в Nikon Z 7, я получил здесь чёткие кадры.

Константин Воронов

Профессиональный фотограф с десятилетним опытом работы. Шесть лет занимается преподавательской деятельностью. По образованию журналист, автор курсов и обучающих статей по фотографии. Сфера интересов - пейзажная, предметная, портретная фотография.

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.

Или плечевой штативы). С помощью данного аксессуара удаётся неподвижно закрепить фотоаппарат и сделать кадр на длинной выдержке. Встроенные в камеру системы стабилизации выполняют схожую функцию, но не на столь длинных выдержках. Они сглаживают эффект от тряски или других смещений фотокамеры, а также позволяют выиграть от 1 до 5 ступеней экспозиции при съёмке с рук в условиях недостатка света.

Системы стабилизации изображения придут на помощь фотолюбителю в ситуациях, когда невозможно воспользоваться вспышкой . Ещё они всегда готовы посодействовать в получении качественного результата без смаза и шевелёнки, когда сильное поднятие светочувствительности (ISO) не позволяет избавиться от необходимости выставлять достаточно длинную выдержку для съёмки текущей сцены.

Стабилизатор выполняет не менее важные функции и при съёмке видео. Его наличие в арсенале камеры позитивным образом сказывается на плавности отснятого видеоряда. Некоторые системы стабилизации также умеют компенсировать высокочастотные вибрации от моторов дронов и радиоуправляемых моделей , позволяя заполучить на выходе чёткую картинку без дрожания объектов в кадре.

Родоначальником систем стабилизации выступает видеотехника. Но если раньше стаб присутствовал только на борту объективов , то сейчас активно встречается в самих фотоаппаратах , экшн-камерах и внутри камер мобильных телефонов .

Справка. В среде производителей фототехники не принято делиться своими секретами с конкурентами, поэтому каждый крупный игрок выпускает собственную систему стабилизации изображения с фирменным наименованием:

• Canon - IS (Image Stabilizer);
• Nikon - VR (Vibration Reduction);
• Sony - OSS (Optical Steady Shot) и SSI (Steady Shot Inside - матричный стаб);
• Fujifilm - OIS (Optical Image Stabilizer);
• Olympus - IBIS (In Body Image Stabilizer - матричный стаб);
• Panasonic - Mega O.I.S. и Power O.I.S. (Optical Image Stabilizer);
• Pentax - SR (Sharke Reduction - матричный стаб);
• Sigma - OS (Optical Stabilization);
• Tamron - VC (Vibration Compensation);
• Tokina – VCM (Vibration Compensation Module).

Существует три основных типа стабилизации: цифровая, оптическая и матричная.

Цифровая стабилизация

Работа систем цифровой (иными словами - электронной) стабилизации основывается на программных алгоритмах улучшения качества, которые определяют сдвиг изображения и компенсируют его за счёт обрезания краёв кадра исходного изображения. В таком случае для построения картинки используется вся площадь сенсора, но создаётся своеобразный кроп - изображение уменьшается вплоть до 40 % от первоначального размера, а часть пикселей резервируется под его возможный сдвиг в рамках фактически снятого кадра. Проще говоря, при дрожании камеры картинка плавает по поверхности матрицы от одного края к другому.

Зачастую цифровая стабилизация используется в экшн-камерах, цифровых компактных фотоаппаратах и смартфонах, т.к. она не требует места для установки дополнительных аппаратных компонентов и, соответственно, не оказывает влияния на ценник устройства.

В то же время электронный стабилизатор, как было сказано выше, обрезает часть картинки (к примеру, семейство Action-камер Sony в обычном режиме ведёт съёмку с углом поля зрения 170°, а со стабом он урезается до 120°). Негативные воздействия на качество изображения также проявляются в создании помех при использовании цифрового зума и в потере детализации картинки как при фото-, так и при видеосъёмке. Более эффективными альтернативами цифрового стабилизатора являются оптические и матричные системы стабилизации.

Оптическая стабилизация

Данные системы компенсации колебаний применяются, как следует из названия, в конструкции объективов. Впервые оптическая стабилизация была установлена на борту зум-объектива Canon EF 75-300mm f/4-5.6 IS USM в 1995 г. В семействе смартфонов её дебют состоялся намного позже - в 2012 г. указанной системой был оборудован модуль основной камеры телефона Nokia Lumia 920.

Принцип действия систем оптической стабилизации кардинально отличается от цифрового способа. В объектив вводится дополнительный элемент (например, подвижная двояковогнутая линза), который посредством электрического привода отклоняется в противоположную сторону относительно оптической оси объектива. Необходимый уровень смещения определяют 2 специальных датчика измерения угловой скорости (по вертикали и по горизонтали), оснащённые гироскопами. А команду на изменение положения дополнительной линзы подаёт скоростной микроконтроллер, считывающий до 1000 показаний за 1 секунду. В итоге с точки зрения матрицы проекция изображения остаётся неподвижной.

Производительность систем оптической стабилизации оценивается возможностью выиграть от 2 до 5 ступеней экспозиции при съёмке с рук в условиях неблагоприятного освещения. К примеру, мощный телезум Tamron 150-600mm F/5.0-6.3 Di VC USD позволяет компенсировать до 4.5 стопов, что на максимальном фокусном расстоянии даёт возможность получать качественный результат при съёмке с выдержками вплоть до 1/30 с.

Как видно, наибольшая эффективность стабилизатора наблюдается при работе на значениях выдержки, близких к 1/эквивалентное фокусное расстояние. На длинных и коротких выдержках его желательно отключать, т.к. стаб может создавать небольшое «мыло».

Основными аргументами «за» оптические системы стабилизации выступает их высокая эффективность, особенно при работе с длиннофокусными объективами , а также предоставление возможности увидеть на экране смартфона или в видоискателе фотоаппарата изображение в стабилизированном виде ещё до нажатия на кнопку спуска затвора. К тому же они занимают позицию на голову выше цифровых систем и не оказывают влияния на качество картинки.

Аргументы «против» на фоне преимуществ оптических стабов выглядят откровенно блекло. К ним можно отнести разве что оказание влияния на светосилу объектива из-за наличия дополнительных линз в оптической схеме и более высокую стоимость устройств со стабом на борту.

Полезно знать. Существуют узконаправленные системы оптической стабилизации, которые раскрываются при макросъёмке или в ходе создания фоторепортажей со спортивных событий (например, Canon Hybrid IS и Nikon VR Sport соответственно).

Матричная стабилизация

В отличие от оптических систем, дополнительный элемент для подавления вибраций, тряски рук и компенсации колебаний скрывается непосредственно в корпусе фотокамеры. И это не что иное, как сама матрица, закреплённая на подвижной стабилизирующей площадке. Компенсация траектории смещения камеры осуществляется путём перемещения платформы с сенсором в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива.

Управляющий микропроцессор на основе полученных данных с датчиков измерения угловой скорости и гироскопических сенсоров запускает в движение электроприводы для смещения площадки с матрицей. Говоря более простыми словами, сенсор изображения перемещается вверх-вниз, вправо-влево или наклоняется вдоль собственной оси (при условии использования 5-осевой системы), согласно реакции автоматики на малейшие отклонения положения камеры.

Самым важным преимуществом систем матричной стабилизации изображения является возможность работы с любыми объективами, в т.ч. старыми советскими (Гелиос, Юпитер и прочими). В связке с соответствующей камерой какая угодно оптика (кроме, пожалуй, мануальных беспроцессорных объективов) становится стабилизированной. А наиболее прогрессивные системы поддерживают ещё и двойную стабилизацию - и посредством оптического стаба внутри объектива, и с помощью технологии сдвига матрицы. Ярким примером такой камеры выступает флагманская беззеркалка Panasonic Lumix DMC-GX8.

В пользу матричных стабилизаторов также говорит минимальный уровень искажений получаемых изображений, отсутствие влияния на светосилу оптики и бесшумность при работе - важный фактор для видеографов.

Камеры с технологией сдвига матрицы обычно стоят дороже своих аналогов. Но стоит помнить о том, что они избавляют от необходимости использования стабилизированной оптики, позволяя существенно сэкономить на приобретении объектива. Вот только в паре с телевиками матричная стабилизация не всегда в состоянии эффективно помочь - площадка с матрицей попросту не успевает сдвинуться на большое расстояние за столь короткий промежуток времени, необходимый для обеспечения стабилизации картинки.

Удачной вам съёмки!

Процент резких изображений в зависимости от выдержки

Введение

Я пользуюсь техникой компаний Canon и Nikon. Их стабилизаторы имеют названия IS и VR. IS (Image Stabilization) это аббревиатура компании Canon, VR (Vibration Reduction) - Nikon. Стабилизатор изображения помогает мне получить гораздо более четкое изображение с длиннофокусными объективами, а также при низком уровне освещения.

IS и VR настолько важны для получения отличных снимков, что я не буду покупать объектив без них, если есть выбор.

VR против IS

VR (Nikon) и IS (Canon) это одно и то же. Я буду использовать оба термина как синонимы. Каждый производитель использует свои собственные сокращения.

Обе эти системы стабилизируют изображение, чтобы избежать смаза от дрожания рук. Это помогает во многих случаях обойтись без штатива и получить резкие фотографии. VR и IS позволяют мне снимать при плохом освещении без использования штатива, за исключением совсем уж темного времени суток (сумерки или ночь).

VR и IS превосходно работают при съемке неподвижных объектов, я как раз снимаю большинство таких кадров. Конечно, для съемки движущихся объектов, спорта или детей системы стабилизации бесполезны.

Некоторые люди хотели бы использовать VR и IS для съемки с проводкой, в этом случае стабилизатор работает в одном направлении, в то время как в других снимок получается размытым.

Чтобы получить резкий кадр быстро движущегося объекта, вам придется все равно использовать либо светосильный объектив, либо больше света, либо поднять ISO.

Стабилизатор помогает только компенсировать дрожание камеры, но не может ничего сделать с движущимися объектами.

Другие производители

Minolta, Panasonic, Olympus и Sony

Minolta (теперь Sony) выпускает зеркальные камеры, в которых стабилизатор изображения уже встроен в фотоаппарат. Я не пробовал эти системы. Преимуществом их, как утверждает производитель, является то, что они работают с любыми объективами, так как стабилизатор находится в камере, а не в объективе.

Anti - Shake

Остерегайтесь подобных названий. Большинство производителей, использующих этот термин, обманывают потребителя и просто повышают ISO, чтобы получить более короткую выдержку. Вы и сами можете увеличить ISO. Обычно такие камеры не компенсируют дрожание рук, как это делает система VR и IS.

Как работают стабилизаторы

Я пропущу подробности, основной принцип в том, что датчики движения предугадывают его направление и скорость в начальной фазе, когда фотограф нажимает кнопку затвора и делает кадр.

Затем они используют различные устройства сдвига линз или матрицы в противофазе с детектируемым сигналом ошибки, чтобы противодействовать этому движению.

За счет этого происходит стабилизация изображения при экспонировании.

Вы можете увидеть работу стабилизатора через видоискатель зеркальных фотоаппаратов или на экранчике компактных, нажав до половины кнопку спуска затвора.

График и действительность

Дрожание рук, которое врачи называют тремором, имеет случайный характер.

Сделайте достаточное количество фотографий в любых условиях. Некоторые будут резче, некоторые более размытыми. Процент попаданий зависит от условий, выдержки, фокусного расстояния.

На графике показано, как процент ваших резких снимков зависит от выдержки. На очень длинных выдержках, например, 30 секунд, почти никогда не получите резкий кадр, независимо от наличия стабилизатора. Но вероятность этого не равна нулю, так как есть счастливый случай.

На коротких выдержках, таких как 1/1000, вы получите резкие снимки почти в 100% случаев, опять же независимо от наличия стабилизатора. Но почти 100% это не чистые 100%. Бывают и исключения из правил.

Это все сводится к методам теории вероятности и статистического анализа. Математики смогут это лучше объяснить.

Сказки старых бабок о том, что выдержка должна быть не длиннее 1/30 или 1/(фокусное расстояние) происходят из наблюдения, что большинство людей получают около 50% резких снимков при этих условиях. Это как раз соответствует среднему участку черной кривой на графике. Будучи случайной функцией, более короткая выдержка дает более высокий процент резких снимков, и наоборот.

Трюк

Так как съемка это игра, то я стараюсь увеличить свои шансы на успех с помощью серийной съемки. Я увеличиваю значение выдержки и делаю несколько кадров подряд в этом режиме. Позже я выбираю самые резкие. Чем длиннее выдержка, тем большую длину серии нужно сделать. Чтобы получить хоть один резкий снимок. Например, если вероятность получить резкий снимок 10%, то я делаю 10 или 20 снимков серией и выбираю лучший. Это работает!

Точно также мы можем получить и смазанный кадр с нормальным объективом при выдержке 1/250 секунды. Но это не должно случаться часто, в противном случае подучитесь обращению с камерой.

Стабилизатор в этом случае всегда увеличивает шансы на успех. Я не знаю случаев, чтобы это было не так.

Когда стабилизатор эффективен?

VR и IS дают значительное улучшение в том месте, где кривые графика идут раздельно. Попробуйте снимать с выдержкой около 1/2 - 1/15 с нормальным объективом и вы увидите разницу, как между ночью и днем. С более короткими выдержками снимки и так будут резкими, с более длинными - и стабилизатор уже не поможет.

Примеры

Изображение комнаты, где сделаны кадры

Я делал снимки фотоаппаратом Nikon D200 c объективом 18-135 без стабилизатора и фотоаппаратом Nikon D70 с объективом 18-200 mm VR. Я покажу фото с D70 в масштабе 100%, а с D200 немного меньше, чтобы они совпали.

Наведите курсор, чтобы увидеть разницу

Теперь вы понимаете, почему я считаю, что лучше купить дешевле сам фотоаппарат (тушку), а объектив купить подороже? Помните, что объективы могут служить долгие годы, а тушки меняются чуть не каждый год. Более дешевый D70 с объективом 18-200 с системой VR снимает гораздо лучше на более длинных выдержках, чем гораздо более дорогой D200 без объектива с VR.

Конечно, они сравнивались при фокусном расстоянии 28 мм и выдержке 1/4 секунды, где стабилизатор имеет большое значение. При более коротких выдержках разница не будет столь существенной, но она проявится на больших фокусных расстояниях, даже в солнечный день.

Наведите курсор на изображение, чтобы сравнить снимок, сделанный на D200 без объектива VR и компактный фотоаппарат Canon SD700 с системой IS.

Стабилизатор изображения является ключом к получению резких снимков в типичных условиях освещения в помещении. Даже маленькая карманная камера со стабилизатором может с легкостью победить зеркалку, если используется объектив без стабилизатора, при условии съемки с недостаточным освещением без штатива.

Для каждой из картинок я сделал по шесть снимков. Со стабилизатором пять или шесть были резкими. Без стабилизатора пять или шесть получались смазанными. Я сделал достаточно много снимков, чтобы выборку можно было назвать репрезентативной.

Извините, что размер снимков и экспозиция совпадают не полностью, так как я снимал разными типами фотоаппаратов. Как ни странно, снимки с карманной камеры выглядят более резкими, видимо, это связано с тем, что при внутрикамерной обработке используется более сильное повышение резкости по сравнению с зеркалкой.

Штативы

Я обычно выключаю стабилизатор на штативе, так как он не нужен. Но если даже и забуду, то не вижу в этом проблемы.

Многие системы стабилизации достаточно умны, чтобы определить, что фотоаппарат находится на штативе и отключиться. Но если вы снимаете при сильном ветре или штатив не очень устойчив, стабилизатор вам также поможет.

Съемка на длинной выдержке

Если вы снимаете с рук с длинной выдержкой, порядка нескольких секунд, стабилизатор, как правило, несколько улучшит результат.

Диапазоны частот

Вибрация имеет амплитуду и частоту. Системы стабилизации способны обрабатывать колебания только в определенной полосе частот.

Интересующий нас диапазон лежит в пределах от 0,3 Гц до 30 Гц.

VR и IS игнорируют очень низкие частоты, так как иначе их работа будет создавать трудности при съемке с проводкой или слежением.

Частоты выше 30 Гц также не являются особо важными. Наши мышцы не сокращаются быстрее 30 раз в секунду, а внешние высокочастотные вибрации фильтруются массой нашего тела и массой камеры.

Никогда не ставьте камеру на нечто, что вибрирует с высокой частотой. Держите ее в руках, чтобы вибрации гасило ваше тело.

Выше определенного диапазона амплитуды (силы вибрации), механика системы стабилизации уже не может скомпенсировать ее, чтобы противодействовать большому смещению, например, если вы снимаете с машины, которая едет по бездорожью.

Активный или нормальный режим (Nikon)

Если у вас на объективе есть переключатель этих параметров, то он оптимизирует систему для различных частот и амплитуд

Активный режим подходит для больших амплитуд смещения, которые игнорируются в обычном режиме, полагая что вы делаете проводку.

Я никогда не видел различия в их производительности, как правило, снимаю в нормальном режиме. Полагаю, что если я снимаю что-то движущееся, система VR не справится так или иначе. Иногда я пользуюсь активным режимом, но не часто.

Самолет

Системы стабилизации предназначены для компенсации тремора рук, а не съемки из движущихся автомобилей или вертолетов. Это гораздо более сильные вибрации, которые требуют внешних стабилизаторов типа гироскопов.

При съемке с самолета никогда не опирайте камеру на дверь или любую другую часть самолета. Вместо этого держите камеру в руках и сидите прямо, отодвинув плечи от сиденья, таким образом, ваше тело поглотит максимальное количество вибраций.

Как всегда, приходится действовать методом проб и ошибок. Когда я снимал из открытых иллюминаторов небольшого самолета, система VR Nikon не смогла с этим справиться, что, в общем-то, логично, так как она не предназначена для этого.

Очень короткая выдержка

VR и IS очень хорошо работают и при коротких выдержках, особенно с длиннофокусными объективами, где можно ощутить разницу.

Благодаря современной цифровой технике мы можем сразу оценить результат, что было невозможно при съемке на пленку. Если изображение даже немного размыто, это легко увидеть на экране камеры.

Таким образом, снимки даже при выдержке 1/1000 секунды с 300-мм объективами могут стать лучше при использовании стабилизатора. Я использую его все время.

Хотя система стабилизации не реагирует на высокие частоты вибрации, эти вибрации никогда не были проблемой для короткой выдержки.

Проблема при съемке с короткой выдержкой та же самая - вибрация с частотой 0,3 Гц - 30 Гц. Короткая выдержка уменьшает влияние вибрации, поэтому VR не так эффективна при короткой выдержке, однако, с длиннофокусными объективами, которые очень чувствительны к вибрациям, VR и IS весьма полезны.

С короткофокусными объективами на коротких выдержках, как правило, вибрация не является проблемой, однако, стабилизатор может улучшить положение вещей и здесь, насколько это возможно.

Хотя вибрации высокой частоты не являются проблемой, они могут порождать субгармоники, попадающие в диапазон 0,3 Гц - 30 Гц, которые усиливаются длиннофокусными объективами. Как раз с такими вибрациями эффективно справляется система стабилизации.

Отказы

VR и IS системы могут иногда выйти из строя и работать с ошибками. Если это случилось, отключите их, пока не появится возможность сдать объектив в ремонт.

Мой первый Canon 28-135mm IS имел интересный дефект стабилизатора. Он хорошо работал на длинных выдержках, но при дневном свете и коротких выдержках снимки получались хуже!

Я отослал его к Canon по гарантии, и Canon быстро заменил систему, в результате чего объектив стал работать без сбоев.

Вот почему я всегда проверяю вновь купленные объективы. Снимаю со стабилизацией и без нее, при разных выдержках и фокусных расстояниях, чтобы узнать, где я получу наилучшие результаты. Таким образом вы сможете даже поймать редкий заводской дефект.

Использование IS и VR имеет большое значение для получения резкого изображения примерно до 1/60 секунды с нормальными объективами и, приблизительно до 1/500 секунды с телеобъективами.

При выдержке более чем в несколько секунд эффективность стабилизации уменьшается, но все же это лучше, чем ничего, если у вас нет штатива или невозможно поставить камеру на что-то твердое.

Стабилизатор может помочь даже при очень коротких выдержках с длиннофокусными объективами

Мои лучшие снимки сделаны на открытом воздухе в сумерках. Поэтому я люблю VR и IS

Я всегда держу систему стабилизации включенной, за исключением того, когда аппарат стоит на очень крепком штативе. Также я использую стабилизатор при съемке с моноподов.