Стабилизация изображения

Эта статья о технике фотографии. Для оптических явлений см. Стабилизированные изображения .

Сравнение упрощенных систем стабилизации изображения:

1. нестабильно
2. Оптическая стабилизация на основе линз
3. Оптическая стабилизация датчика
4. Цифровая или электронная стабилизация

Стабилизация изображения ( IS ) - это семейство методов, которые уменьшают размытие , связанное с движением камеры или другого устройства визуализации во время экспозиции .

Как правило, он компенсирует кастрюлю и наклону (угловое движение, эквивалентное рыпе и высоту ) устройства изображения, хотя электронная стабилизация изображения также может компенсировать вращение вокруг оптической оси ( рулон ). В основном он используется в биноклях, стабилизированных изображениями , неподвижными и видеокамерами , астрономическими телескопами , а также смартфонами . С все еще камерами , камера встряхнет камеру, является особой проблемой на медленных скоростях затвора или с длинными фокусного расстояния объективами ( телеобъектив или масштаб ). С видеокамерами рамы камера Shake приводит к видимому дрожанию в зарегистрированном видео. В астрономии проблема коктейля линзы добавляется в вариацию в атмосфере , которая с течением времени меняет кажущиеся позиции объектов.

Применение в неподвижной фотографии

Фотография системы подкрепления звука перед поп -концертом, в которой комната была почти темной, за исключением синего прожектора и тусклый белый свет от самой задней панели устройства. Хотя время экспозиции 1 ~ 4 с при (35 мм эквивалентном) фокусное расстояние 180 мм обычно приводит к относительно сильному размытию в соответствии с правилом «1/мм», изображение довольно резкое - что является результатом активированного стабилизатора изображения используемого Lumix Digital Camera.

В фотографии стабилизация изображения может облегчить скорость затвора от 2 до 5,5 остановок медленнее (экспозиция от 4 до 22 + 1 ~ 2 раза дольше), и даже более медленные эффективные скорости сообщались.

Правило большого пальца для определения самой медленной скорости затвора, возможной для удержания рук без заметного размытия из-за встряхивания камеры, состоит в том, чтобы воспринимать взаимное эквивалентное фокусное расстояние 35 мм , также известное как «правило 1/мм» Полем Например, на фокусном расстоянии 125 мм на 35 -мм камере, вибрация или встряхивание камеры могут повлиять на резкость, если скорость затвора будет медленнее, чем 1 ~ 125 секунд. В результате более медленных скоростей затвора с 2 до 4,5 ставров, разрешенные IS, изображение, сделанное при 1 ~ 125 секунд с обычной линзой может быть взят на 1 ~ 15 или 1 ~ 8 секунд с объективом, оснащенным IS, и производит почти то же качество. Резкость, достижимая на заданной скорости, может резко возрасти. При расчете эффективного фокусного расстояния важно учитывать формат изображения, который использует камера. Например, многие цифровые камеры SLR используют датчик изображения, который 2 ⁄ 3 , 5 ~ 8 , или 1 ⁄ 2 Размер 35 -мм пленки. Это означает, что 35 -мм кадр составляет 1,5, 1,6 или 2 раза больше размера цифрового датчика. Последние значения называются коэффициентом урожая , коэффициентом урожая в полевых условиях, множителем фокальной длины или коэффициентом формата. На камере 2 × коэффициента урожая, например, объектив 50 мм производит то же поле зрения, что и объектив 100 мм, используемый на пленочной камере 35 мм, и обычно может быть портативным 1 ~ 100 секунд.

Однако стабилизация изображения не предотвращает размытие движения , вызванное движением субъекта или экстремальными движениями камеры. Стабилизация изображения предназначена только для и способна уменьшить размытие, что является результатом нормального мельчайшего встряхивания линзы из-за ручной стрельбы. Некоторые линзы и тела камеры включают в себя вторичный режим панорамирования или более агрессивный «активный режим», оба описаны более подробно ниже при оптической стабилизации изображения .

Астрофотография широко использует фотографию с длинным воздействием , которая требует, чтобы камера была зафиксирована на месте. Однако прикреплять его к земле недостаточно, так как Земля вращается . Pentax K-5 и KR, когда они оснащены аксессуаром O-GPS1 GPS для данных положения, могут использовать свою возможность сдвига датчиков, чтобы уменьшить полученные звездные тропы .

Стабилизация может быть применена в объектив или в корпусе камеры. Каждый метод имеет отличительные преимущества и недостатки.

Методы

Оптическая стабилизация изображения

Сравнение фотографий крупным планом клавиатуры калькулятора с оптической стабилизацией изображения и без него.

Оптический стабилизатор изображения ( OIS , IS или OS ) - это механизм, используемый в неподвижном или видеокамерах, который стабилизирует записанное изображение, изменяя оптический путь к датчику. Эта технология реализована в самой линзе, отличной от стабилизации изображения в теле ( IBIS ), которая работает путем перемещения датчика в качестве конечного элемента в оптическом пути. Ключевой элемент всех систем оптической стабилизации заключается в том, что они стабилизируют изображение, проецируемое на датчике до того, как датчик преобразует изображение в цифровую информацию. Ибис может иметь до 5 оси движения: x, y, roll, haw и pitch. Ибис имеет дополнительное преимущество работы со всеми объективами.

Преимущества OIS

Оптическая стабилизация изображения продлевает скорость затвора , возможную для портативной фотографии, снижая вероятность размытия изображения из коктейля во время того же времени воздействия.

Для портативной видеозаписи , независимо от условий освещения, оптическая стабилизация изображения компенсирует незначительные коктейли, внешний вид которого увеличивается при просмотре на большом дисплее, таком как телевизионный набор или монитор компьютера .

Имена поставщиков

Например, разные компании имеют разные названия для технологии OIS:

• Сокращение вибрации (VR) -Nikon (создал первую оптическую двухосную стабилизированную линзу, 38–105 мм F /4–7,8 Zoom, встроенный в камеру Nikon Zoom 700VR (US: Zoom-Touch 105 VR) в 1994 году) камера) в 1994 году) камера))
• Стабилизатор изображения (IS) -Canon представила EF 75–300 мм F /4–5,6 IS USM) в 1995 году. В 2009 году они представили свою первую линзу (EF 100 мм F2.8 Macro L), чтобы использовать четырех осевой гибрид ЯВЛЯЕТСЯ .)
• Anti-Shake (AS) -Minolta и Konica Minolta (Minolta представила первый стабилизатор изображения на основе датчиков с Diamage A1 в 2003 году)
• IBIS - В стабилизации изображения тела - Olympus и Fujifilm
• Оптическое устойчивое сбоя (OSS) -Sony (для кибер-выстрела и несколько α -электронных линз )
• Оптическая стабилизация изображения (OIS) - Fujifilm
• Megaois, Powerois - Panasonic и Leica
• SteadyShot (SS), Super SteadyShot (SSS), SteadyShot Inside (SSI) -Sony (на основе Anti-Shake's Konica Minolta Anti-Shake , Sony представила 2-осевой вариант для DSLR-A900 в 2008 году и 5-осевой. Стабилизатор для полнокадрового ILCE-7M2 в 2014 году)
• Оптическая стабилизация (ОС) - Сигма
• Компенсация вибрации (VC) - Тамрон
• Сокращение встряхивания (SR) - Pentax
• PureView - Nokia (создал первый оптический стабилизированный датчик сотового телефона, встроенный в Lumia 920 )
• Ultrapixel - HTC (стабилизация изображения доступна только для HTC One & 2016 HTC 10 с Ultrapixel. Он недоступен для HTC One (M8) или HTC Butterfly S, которые также имеют Ultrapixel)

Большинство высококлассных смартфонов на конце 2014 года используют оптическую стабилизацию изображения для фотографий и видео.

На основе объектива

В реализации Nikon и Canon он работает, используя элемент с плавающей линзой, который перемещается ортогонально к оптической оси линзы с использованием электромагнитов. Вибрация обнаруживается с использованием двух пьезоэлектрических угловых датчиков скорости (часто называемых гироскопическими датчиками), один для обнаружения горизонтального движения, а другой - для обнаружения вертикального движения. В результате этот вид стабилизатора изображения корректирует только для вращения оси и оси рыскания, и не может исправить вращение вокруг оптической оси. Некоторые линзы имеют вторичный режим, который противодействует вертикальной камере. Этот режим полезен при использовании техники панорамирования . Некоторые такие линзы активируют его автоматически; Другие используют переключатель на объективе.

Чтобы компенсировать дрожь с камерой при съемке видео во время ходьбы, Panasonic представил гибрид Power OIS+ с пятиосной коррекцией: вращение оси, горизонтальное вращение, вертикальное вращение, горизонтальное и вертикальное движение.

Некоторые линзы с поддержкой VR Nikon предлагают «активный» режим для съемки с движущегося транспортного средства, такого как автомобиль или лодка, который должен исправить для больших коктейлей, чем «нормальный» режим. Однако активный режим, используемый для нормальной съемки, может привести к более низким результатам, чем нормальный режим. Это связано с тем, что активный режим оптимизирован для уменьшения более высоких угловых движений скорости (обычно при съемке с сильно движущейся платформы с использованием более быстрой скорости затвора), где нормальный режим пытается уменьшить движения более низкой угловой скорости в большую амплитуду и сроки (как правило Стоя на стационарной или медленно движущейся платформе при использовании более медленных скоростей затвора).

Большинство производителей предполагают, что эта особенность линзы отключается, когда объектив установлен на штативе, так как это может привести к неустойчивым результатам и, как правило, ненужным. Многие современные линзы стабилизации изображения (в частности, более поздние линзы Canon) способны автоматически определять, что они установлены штативами (в результате чрезвычайно низких показаний вибрации), а отключение автоматически является предотвращения этого и любого последующего снижения качества изображения. Система также рисует питание аккумулятора, поэтому деактивирование ее, когда не требуется, расширяет заряд батареи.

Недостатком стабилизации изображения на основе линз является стоимость. Каждому объективу требуется собственная система стабилизации изображения. Кроме того, не каждый объектив доступен в стабилизированной изображении версии. Это часто относится к быстрым простым числам и широкоугольным объективам. Тем не менее, самая быстрая линза со стабилизацией изображения - это ноктикрон со скоростью F ‍ /1.2 . В то время как наиболее очевидное преимущество для стабилизации изображения лежит с более длинными фокусными расстояниями, даже нормальные и широкоугольные линзы получают выгоду от него в приложениях с низким освещением.

Стабилизация на основе линз также имеет преимущества по сравнению с стабилизацией в теле. В ситуациях с низким освещением или низкоконтрастным образом система автофокусирования (которая не имеет стабилизированных датчиков) способна работать более точно, когда изображение, исходящее из объектива, уже стабилизируется. В камерах с оптическими видоффиндами изображение, увиденное фотографом через стабилизированную линзу (в отличие от стабилизации в теле), показывает более подробную информацию из-за его стабильности, а также облегчает правильное кадрирование. Это особенно относится к более длинным телеобъективам. Это не является проблемой для безразличных сменных систем камер, потому что выход датчика на экране или электронного видоискателя стабилизируется.

Сдвиг датчика

Датчик, захватывающий изображение, можно перемещать таким образом, чтобы противодействовать движению камеры, технологии, часто называемой механической стабилизацией изображения. Когда камера вращается, вызывая угловую ошибку, гироскопы кодируют информацию в привод, который перемещает датчик. Датчик перемещается для поддержания проекции изображения на плоскости изображения, которая является функцией фокусного расстояния используемой линзы. Современные камеры могут автоматически получать информацию о фокусном расстоянии от современных линз, сделанных для этой камеры. Minolta и Konica Minolta использовали методику, называемую анти-кости (AS), в настоящее время продаваемое как SteadyShot (SS) в линии Sony α и сокращении коктейля (SR) в камерах Pentax K-серии и серии Q , что опирается на очень точные угловые Оцените датчик, чтобы обнаружить движение камеры. Olympus ввел стабилизацию изображения со своим корпусом D-510 D-SLR , используя систему, построенную вокруг их сверхзвукового волнового привода. Другие производители используют цифровые сигнальные процессоры (DSP) для анализа изображения на лету, а затем соответствующим образом перемещают датчик. Сдвиг датчика также используется в некоторых камерах Fujifilm, Samsung, Casio Esilim и Ricoh Caplio.

Преимущество при перемещении датчика изображения вместо линзы заключается в том, что изображение может быть стабилизировано даже на линзах, изготовленных без стабилизации. Это может позволить стабилизации работать со многими, иначе не оставляемыми объективами, и уменьшает вес и сложность линз. Кроме того, когда технология стабилизации изображения на основе датчиков улучшается, она требует замены только камеры, чтобы воспользоваться преимуществами улучшений, что, как правило, гораздо дешевле, чем замена всех существующих линз, если они полагаются на стабилизацию изображения на основе объектива. Некоторые реализации стабилизации стабилизации изображения на основе датчиков способны исправлять вращение рулона камеры , движение, которое легко возбуждается, нажимая кнопку затвора. Никакая система на основе объектива не может рассмотреть этот потенциальный источник размытия изображения. Побочным продуктом доступной компенсации «броска» является то, что камера может автоматически исправить для наклонных горизонтов в оптическом домене, при условии, что она оснащена электронным уровнем духа, такими как камеры Pentax K-7/K-5.

Одним из основных недостатков перемещения самого датчика изображения является то, что изображение, проецируемое на видоискатель, не стабилизируется. Аналогичным образом, изображение, спроецированное на систему автофокусировки с определением фазы, которая не является частью датчика изображения, если используется, не стабилизируется. Это не проблема в камерах, которые используют электронный видоискатель (EVF), поскольку изображение, проецируемое на этом видоискателе, взято из самого датчика изображения.

Некоторые, но не все, камеры, способные к стабилизации в теле, могут быть предварительно установлены вручную до заданного фокусного расстояния. Их система стабилизации корректирует, как будто прикреплена эта фокусная линза, поэтому камера может стабилизировать более старые линзы и линзы от других производителей. Это не жизнеспособно с линзами Zoom, потому что их фокусное расстояние является переменным. Некоторые адаптеры передают информацию о фокусном расстоянии от производителя одного объектива к телу другого производителя. Некоторые линзы, которые не сообщают об их фокусном расстоянии, могут быть модернизированы с помощью чипа, который сообщает о предварительно запрограммированной фокусной длине к корпусу камеры. Иногда ни один из этих методов не работает, и стабилизация изображения не может использоваться с такими линзами.

Стабилизация изображения в теле требует, чтобы у линзы был более крупный выходной круг изображения, потому что датчик перемещается во время экспозиции и, таким образом, использует большую часть изображения. По сравнению с движениями линзы в системах стабилизации оптических изображений движения датчиков довольно велики, поэтому эффективность ограничена максимальным диапазоном датчика, где типичная современная оптически стабилизированная линза имеет большую свободу. Как скорость, так и диапазон необходимого движения датчика увеличиваются при фокусном расстоянии используемого линзы, что делает технологию сдвига датчиков менее подходящей для очень длинных телеобъективных линз, особенно при использовании более медленных скоростей затвора, потому что доступный диапазон датчика быстрого датчика быстро становится недостаточным, чтобы справиться с увеличением смещения изображения.

В сентябре 2023 года Nikon объявил о выпуске Nikon Z F , которая имеет первую в мире технологию VR Focus Point, которая сосредоточена на оси стабилизации изображения сдвига датчика в точке автофокусировки, а не в центре датчика, как обычный датчик Система стабилизации изображения сдвига. Это позволяет уменьшить вибрации в сфокусированной точке, а не только в центре изображения.

Двойной

Свободный музейный снимок исторического универсального теодолита, взятого без вспышки, но при двойной стабилизации изображения. Изображение было сделано с помощью Panasonic Lumix DMC-GX8 и Nocticron, почти в два раза превышающей нормальное фокусное расстояние системы камеры (42,5 мм) при f /1.2 и с поляризационным фильтром , чтобы удалить отражения из прозрачного стекла Отображение корпуса . ISO скорость = 800, время экспозиции = 1 ~ 8 с, значение экспозиции = 0,5.

Начиная с Panasonic Lumix DMC-GX8 , анонсированного в июле 2015 года, и впоследствии в Panasonic Lumix DC-GH5 , Panasonic, который ранее оборудовал только стабилизацию на основе объектива в своей сменной системе камеры линзы (из стандарта Micro Four Thirds), введено в свою сменную систему камеры объектива (из стандарта Micro Four Thirds ), введен Стабилизация сдвига датчика, которая работает совместно с существующей системой на основе линз («Dual IS»).

Тем временем (2016) Olympus также предложил две линзы со стабилизацией изображения, которые могут быть синхронизированы с встроенной системой стабилизации изображения датчиков изображения камер Micro Four Thirds («синхронизация»). С помощью этой технологии усиление 6,5 F -стопа может быть достигнуто без размытых изображений. Это ограничено вращательным движением поверхности Земли, которая обманывает акселерометры камеры. Следовательно, в зависимости от угла взгляда, максимальное время экспозиции не должно превышать 1 ⁄ 3 секунды для длинных телеобъектив (с 35 -мм эквивалентным фокусным расстоянием 800 миллиметров) и чуть более десяти секунд для широкоугольных выстрелов (с 35 -мм эквивалентным фокусным расстоянием 24 миллиметра), если движение земли не принимается во внимание процессом стабилизации изображения.

В 2015 году система камер Sony E также позволила объединить системы стабилизации изображения линз и тел камер, но без синхронизации той же степени свободы . В этом случае активируются только независимые степени компенсации встроенной стабилизации датчика изображения, чтобы поддержать стабилизацию линзы.

Canon и Nikon теперь имеют безразличные безразличные тела, которые имеют IBIS, а также поддерживают стабилизацию на основе объектива каждой компании. Первые два таких тела Canon, EOS R и RP , не имеют IBIS, но эта функция была добавлена ​​для более позднего более высокого уровня R3 , R5 , R6 (и ее версии MKII) и APS-C R7 . Тем не менее, полный кадр R8 и APS-C R10 не имеют IBIS. Все полнокновые Nikon Z-Mount тела - Z 6 , Z 7 , версии Mark II обоих, Z 8 и, z 9 имеют ibis. Тем не менее, его APS-C Z 50 не хватает IBIS.

Цифровая стабилизация изображения

Duration: 15 seconds.0:15

Короткое видео, показывающее стабилизацию изображения, выполненное исключительно в программном обеспечении на стадии пост -обработки

в реальном времени Стабилизация цифрового изображения , также называемая электронной стабилизацией изображения (EIS), используется в некоторых видеокамерах. Эта техника сдвигает обрезанную область, считанную с датчика изображения для каждого кадра, чтобы противодействовать движению. Это требует, чтобы разрешение датчика изображения превышало разрешение записанного видео, и оно слегка уменьшает поле зрения, потому что область на датчике изображения вне видимой кадра действует как буфер против движений рук. Эта техника уменьшает отвлекающие вибрации от видео, сглаживая переход от одного кадра к другому.

Этот метод не может ничего сделать с существующим размытым движением, что может привести к тому, что изображение, по -видимому, теряет фокус, поскольку движение компенсируется из -за движения во время воздействия отдельных кадров. Этот эффект более заметен в более темных пейзажах из -за длительного времени воздействия на кадр.

Некоторые производители камеры по-прежнему продавали свои камеры, имеющие цифровую стабилизацию изображения, когда у них действительно был только режим высокочувствительности, который использует короткое время экспозиции-продукция изображений с меньшим количеством движения, но больше шума. Это уменьшает размытие при фотографировании чего -то, что движется, а также от камеры.

Другие теперь также также используют цифровую обработку сигналов (DSP), чтобы уменьшить размытие в кадре, например, путем подразделения воздействия на несколько более коротких воздействий в быстрой последовательности, отбрасывая размытые, повторные определения самых острых подразделений и добавления их вместе, и вместе, и вместе и вместе. Использование гироскопа, чтобы обнаружить лучшее время, чтобы взять каждый кадр.

Стабилизация фильтров

Многие видео -нелинейные системы редактирования используют фильтры стабилизации , которые могут исправить нестабилизированное изображение, отслеживая движение пикселей на изображении и исправляя изображение, перемещая кадр. Процесс похож на стабилизацию цифрового изображения, но, поскольку нет большего изображения для работы с фильтром, либо развевает изображение, чтобы скрыть движение кадра, либо попытки воссоздать потерянное изображение на краю через пространственную или временную экстраполяцию .

Онлайн-сервисы, включая YouTube , также начинают предоставлять « стабилизацию видео в качестве шага после обработки после загрузки контента». Это имеет недостаток в том, что не имеет доступа к гироскопическим данным в реальном времени, но преимуществом большей вычислительной мощности и возможности анализа изображений как до, так и после определенного кадра.

Ортогональный трансфер ПЗС

Используемый в астрономии, ортогональная ПЗС -ПЗС (OTCCD) фактически смещает изображение в самой ПЗС , в то время как изображение фиксируется, на основе анализа кажущегося движения ярких звезд. Это редкий пример цифровой стабилизации для неподвижных картинок. Примером этого является предстоящее гигапиксельное телескоп Pan-Starrs, построенные на Гавайях.

Стабилизация корпуса камеры

Движущаяся телевизионная камера, которая управляется дистанционным управлением и стабилизируется через систему Newton Head на железнодорожной системе Dolly.

Техника, которая не требует дополнительных возможностей какой -либо комбинации тела и линков камеры, состоит из стабилизации всего корпуса камеры снаружи, а не использования внутреннего метода. Это достигается путем прикрепления гироскопа к корпусу камеры, обычно используя встроенное крепление штатива камеры. Это позволяет внешнему гироскощему (карданке) стабилизировать камеру и обычно используется в фотографии с движущегося транспортного средства, когда объектив или камера, предлагающая другой тип стабилизации изображения.

Общий способ стабилизации движущихся камер после ок. 2015 год состоит в том, чтобы использовать стабилизатор камеры , такой как стабилизированная головка дистанционной камеры. Камера и объектив установлены в дистанционном управлении держателем камеры, который затем устанавливается на все, что движется, например, железнодорожные системы, кабели, автомобили или вертолеты. Примером удаленной стабилизированной головы, которая используется для стабилизации движущихся телевизионных камер, которые транслируются в прямом эфире, является стабилизированная голова Ньютона.

Другим методом стабилизации видео или кузова камеры кинотеатра является система Steadicam , которая изолирует камеру от тела оператора, используя жгут и стрелу камеры с противовесом.

Стабилизатор камеры

Основная статья: стабилизатор камеры

Стабилизатор камеры - это любое устройство или объект, который внешне стабилизирует камеру. Это может относиться к Steadicam , штативу , руке оператора камеры или их комбинации.

В крупной фотографии, использование датчиков вращения для компенсации изменений в направлении указания становится недостаточным. Перемещение, а не наклонение, камера вверх/вниз или влево/справа на долю миллиметра становится заметной, если вы пытаетесь разрешить детали размером в миллиметром объекте. Линейные акселерометры в камере, в сочетании с такой информацией, как фокусное расстояние линз и фокусированное расстояние, могут подавать вторичную коррекцию в привод, который перемещает датчик или оптику, чтобы компенсировать линейную, а также вращательное встряхивание.

В биологических глазах

Основная статья: Взидоокулярный рефлекс

У многих животных, включая людей, внутреннее ухо функционирует как биологический аналог акселерометра в системах стабилизации изображения камеры, чтобы стабилизировать изображение путем перемещения глаз . Когда обнаруживается вращение головы, ингибирующий сигнал отправляется в экстраокулярные мышцы с одной стороны и возбуждающий сигнал мышц на другой стороне. Результатом является компенсационное движение глаз. Обычно движения глаз отстают движения головы менее чем на 10 мс.

Смотрите также

• Адаптивная оптика
• Разборка
• Helitmbal
• Гиперклапс
• Движение компенсация
• Шейк -камера