Два метода оптической стабилизации изображения. Что такое стабилизация в камерах GoPro

Наверняка, каждый из нас слышал о том, что существует такое понятие, как стабилизация камеры. Как и почти мифические, но так популярные ныне режимы 4К, Protune, мало кто действительно понимает, что такое стабилизация, как она работает, и нужна ли стабилизация .

Давайте разберемся вместе.

Что такое стабилизация? Стабилизация изображения - это технология, применяемая в фото- и видеосъёмке, которая предотвращает смазывание изображения. Так называемая «шевеленка» на фото и видео - враг всех фотографов и операторов. Когда камера находится в руках, неизбежно смазывание кадра из-за неустойчивого положения рук, или любого движения оператора - ходьбы, бега, езды на велосипеде и т.д.

Стабилизированное изображение - это четкая картинка или плавное видео, без смазанных и размытых элементов.

Какая бывает стабилизация?

В современных камерах стабилизация бывает двух типов - цифровая и оптическая.

Цифровая стабилизация - программная технология, работающая с процессором камеры. Не предполагает использование в корпусе каких-либо дополнительных устройств. В действительности это работает так: снимается изображение большее по размеру, чем видимая часть фото, при смещении камеры видимая область изображения смещается вместе с камерой. До границ фактически снятого изображения. На матрице это выглядит так:

То, что видим мы без цифровой стабилизации:

То, что мы видим при включении стабилизации:

Таким образом, цифровая стабилизация обрезает видимое изображение по периметру примерно на 10%, и вы получаете стабилизированное изображение без эффекта смазанного кадра.

Оптическая стабилизация - технология, при которой линзы в объективе камеры смещаются в сторону, противоположную движению камеры. То есть, стабилизация достигается за счет того, что оптика камеры устраняет причину смазывания изображения.

Оптическая стабилизация показывает более высокие результаты, чем цифровая. Технология не влияет на качество фотографии и хорошо работает при любом увеличении (зуме). Но из-за нее неизбежно увеличение размера камеры, энергопотребления и ее стоимости.

Какая стабилизация применяется в камерах GoPro?

Камеры в смартфонах имеют постоянную тенденцию совершенствоваться. Сейчас модули смартфонов приобретают дополнительные функции, которые были доступны ранее только высокому классу камер. Оптическая стабилизация изображения (OIS) является хорошим примером - она делает изображение более четким и плавным. В этом материале мы узнаем более подробно что это за функция и как она работает, а вы поймете насколько она будет нужна в вашем следующем смартфоне.

Впервые функция оптической стабилизации изображения появилась с середины 90-х годов в коммерческих устройствах, таких как компактные фотокамеры и в зеркальных объективах. Благодаря ей пользователи получили возможность снимать более качественные фотографии без использования штатива. OIS работает путем перемещения оптических элементов, чтобы противодействовать дрожанию камеры и тем самым уменьшая размытие изображения.

Впоследствии, через двадцать лет, эта функция добралась и до флагманских смартфонов. Поскольку сенсоры в современных мобильных девайсах значительно меньше, чем в традиционных камерах, нужны определенные усилия, чтобы получить достаточное количество света в неблагоприятных условиях.

Во время работы камера определяет перемещение смартфона с помощью специальных датчиков (гироскопов и вычислителей), и направляет движение линзы, чтобы противодействовать внешним факторам. Линзы перемещаются из стороны в сторону или же вверх и вниз. Есть также и цифровая стабилизация, она использует программное обеспечение для того, чтобы снизить влияние движений.

И несмотря на свои особенности, IOS не может ничего поделать, если объект движется слишком быстро, чтобы его зафиксировать. Функция может улучшать изображение только в случае дрожания руки которой вы будете снимать. Из этого следуют однозначные преимущества оптической стабилизации изображения во время видеозаписи. Конечно же сгладить видео возможно в различных видеоредакторах, однако это займет достаточно много времени и вполне возможно, что необходимый результат так и не будет получено.

OIS требует увеличенный модуль камеры, поэтому на данный момент он встречается в больших смартфонах. Среди таких примеров за последнее время является Samsung Galaxy S7 и S7 Edge и LG G5. Интересно еще и то, что большие iPhone 6 Plus и Plus 6s имеют в своем арсенале OIS, в то время как на моделях обычного размера эта фишка отсутствует. Вероятно, что виной этому факту является небольшой размер обычных iPhone.

Производители камер указывают на своих продуктах равные эквивалентные скорости срабатывания затвора. Таким образом у покупателей камер есть возможность сравнивать в отличие от покупателей смартфонов. Производители последних кажется не хотят повторять подобный опыт и просто отмечают лишь наличие или же отсутствие OIS в своем устройстве.

Для чего нужен стабилизатор изображения в фотоаппарате и что это такое? С применением новых технологий фотокамеры становятся все легче и при работе с ними очень большая вероятность получить нечеткое изображения из-за дрожания рук или других случайных факторов влияющих на устойчивое положение объектива, особенно при съемке отдаленных объектов при их увеличении. Вот для решения таких проблем и применяется такое устройство фотокамеры как стабилизатор изображения (в некоторых фирмах может применяться название: компенсатор колебаний).

Конечно, отлично со стабилизацией изображения справляется , но его применение из-за размеров не всегда оправдано, и штатив невозможно всегда носить с собой. Но если есть возможность, то отказываться от штатива для фотоаппарата не стоит.

Еще один простой способ стабилизации это уменьшить выдержку до величины меньшей обратному от фокусного расстояния (например, при фокусном расстоянии 108 мм выдержка должна быть меньше чем 1/125) и увеличить чувствительность, но при этом может появиться зернистость на изображении. Да и уменьшать выдержку не всегда позволяет малая освещенность.

Стабилизатор изображения может быть оптический или цифровой.

Оптическая система

При оптической стабилизации идет работа с блоком линз , то есть они сдвигаются на необходимое расстояние в сторону противоположную движению самой фотокамеры.

Такие устройства по цене больше других. Но преимуществом оптической системы может служить то, что стабилизированное изображение, которое попадает на матрицу, передается и в видоискатель и в систему автофокуса.

Так же еще есть система на основе перемещения матрицы. Эта система позволяет использовать почти любые объективы (уже не обязательна система оптической стабилизации в объективе), что важно для фотоаппаратов со сменными объективами, ведь объективы не дешевы. Но при такой стабилизации в видоискатель и в систему авто фокуса будет попадать нестабилизированное изображение и при большом фокусном расстоянии такая система теряет свою эффективность, потому что на больших расстояниях от объекта матрице приходиться слишком быстро двигаться и она перестает успевать за движением изображения.

Оптический стабилизатор не влияет на качество фотографии и хорошо работает при любом увеличении. Но из-за него может увеличиться размер фотокамеры и увеличиться его энергопотребление.

Цифровая система

При цифровой стабилизации (EIS Electronic (Digital) Image Stabilizer) идет вычисление сдвига процессором с помощью программ записанных в фотоаппарат, при этом теряется часть информации по краям матрицы.

То есть снимается изображение больше по размеру, чем мы видим на фотографии и при смещении фотокамеры видимая область изображения имеет возможность смещаться на матрице в противоположную сторону, но в пределах фактически снятого изображения.

В дешевых фотоаппаратах при включении цифровой стабилизации часть элементов матрицы переходит в резерв для работы стабилизатора, что может уменьшить четкость фотографии. В дорогих моделях при стабилизации используются те элементы матрицы, которые не принимают участия в формировании изображения в обычном режиме, и поэтому четкость не будет уменьшаться.

Анализ сдвига идет на основе алгоритмов видеоанализа, которые могут распознать сдвиг изображения и компенсировать его. Для того, что бы не было дергания картинки при съемке в стабилизатор должны быть встроены функции, позволяющие отличить движущийся объект от движения камеры, то есть подвижные объекты не должны влиять на стабилизацию изображения.

Недостатком цифрового стабилизатора изображения является его плохая работа совместно с цифровым увеличением, проявляющаяся в появлении помех на изображении.

Дополнительно о стабилизации изображения

Для работы стабилизаторов в фотоаппарат встроены сенсоры, которые регистрируют смещение фотокамеры и его скорость и выдают сигналы или приводам для смещения элемента стабилизации или процессору для дальнейшей обработки в случае цифровой стабилизации.

Система стабилизации изображения позволяет подавить вибрации амплитудой 0,6-0,8 мм.

Применение систем стабилизации изображения позволяет увеличивать значение выдержки на 3-4 ступени, что позволит снимать при плохом освещении и при больших расстояниях до объекта.

Впервые оптический стабилизатор изображения был применен фирмой Canon в 1994 году. И получил он название: Image Stabilization (IS).

Другие фирмы тоже начали использовать такое новшество и по-своему называли его:

• Nikon - Vibration Reduction (VR),
• Panasonic - MEGA O.I.S.(Optical Image Stabilizer),
• Sony - Optical Steady Shot.

Стабилизацию на основе подвижной матрицы впервые применила фирма Konica Minolta в 2003 году, тогда она называлась Anti-Shake (антитряска).

Другие фирмы тоже выпускали такие системы и так называли ее:

• Sony - Super Steady Shot (SSS) - переработанная система Anti-Shake,
• Pentax - Shake Reduction (SR) - разработка Pentax,
• Olympus - Image Stabilizer (IS) - применяется в некоторых моделях зеркальных фотокамер и «ультразумах» Olympus.

Оптический стабилизатор изображения показывает лучшие результаты, чем цифровой . И при наличии средств и не строгом требовании к размерам аппарата выбирайте фотокамеру с оптической стабилизацией изображения.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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.

и пользуясь золотым правилом, что число, отвечающее за выдержку, должно быть больше чем эффективное . 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.