Стабилизация изображения в фотокамерах

При фотосъемке экспонирвоание (проецирование изобаржения на пленку или сенсор цифровой камеры) происходит в течение определенного время — времени «выдержки». 1/30, 1/60, 1/100 и т.д. — доли секунды, в течение которых открыт затвор. Если в это момент изображение сместится или «дернется» камера — сместится и проекция. В результате будет зафиксирован не только мгновенный снимок «времени», но и его «окрестность». Если смещение границ пердметов меньше точки нерезкости — параметра определяющего, на сколько нерезким может быть изображение, чтобы при выводе, к примеру, на печать снимка 13х18 см нам оно казалось резким, оно не портит снимок. Для таких условий просмотра работает правило — выдержка должна быть не длиннее, чем обратная величина фокусного расстояния объектива (для 35 мм фотокамер). При большем увеличении (40х60 см) выдержка должна быть короче.
Чтобы снять «быстрые» объекты нужен быстрый затвор и высокочувствительная пленка или матрица. Других спопобов борьбы с этой причиной «нерезкости» нет. А вот для уменьшения нерезкости от смещений самой камеры в процессе съемки существует несколько способов. Именно для уменьшения, а не полного устранения. Первый — уже названный быстрый затвор и высокая чувствительность, что обеспечивает короткую выдержку. Второй — штативы. Третьий — гиростабилизированные платформы для камер. Четвертый — аппаратная компенсация смещения камеры в процессе съемки. Пятый — программная (цифровая) компенсация цифрового изображения с уменьшением разрешения снимка. Шестой — крепкие руки и тяжелая камера.
Источником вибрации в камере могут быть и ее собственные компоненты. В зеркальных камерах такими компонентами являются зеркало и затвор. Для большинства зеркальных камер колебания зеркала существенно ухудшают изображение на выдержках длинее 1/30 сек, так как период их наиболее «длинных» составляющих лежит в диапазоне десятков герц. В этом случае аппартная стабилизация не успевает гасить колебания и единственный выход — использовать режим с предварительным подъемом зеркала.

Аппаратная стабилизация

Алгоритм работы аппаратной компенсации: датчики определяют смещения камеры (обычно в двух направлениях) — приводы «ровно» на эти «смещения» с «той же» скоростью перемещают пленку или матрицы, либо смещают само проецируемое на сенсор изображение. Для реализации второго способа в объективе должен быть либо подвижный поперек главной оси оптический элемент, искривляющий оптический путь, либо деформируемая призма для той же цели. Стабилизация может улучшить четкость снимка, только если ее аппартаня реализация может отслеживать смещения во время съемки, а приводы их компенсировать. Обычно, стабализация позволяет лишь на несколько (обычно до 3) ступеней удлинить выдержку. Существуют системы обеспечивающую стабилизацию по двум осям или по одной — для съемки с проводкой.

Canon

В объективах Canon IS применяется технология стабилизации изображения Image Stabilizer (IS). Сама стабилизация осуществляется за счет перемещения подвижных элементов стабилизации в объективе параллельно плоскости пленки или матрицы. Для определения углов и скоростей смещений используются два гиро-сенсора. Система может быть принудительно отключена. Срабатывает она при полунажатии на спуск. Кроме того, система отслеживает «регулярное» смещение камеры и отключает стабилизацию «вдоль» этого движения (режим 2), чтобы не мешать съемке с горизонтальной или вертикальной проводкой. Положение подвижного оптического элемента в объективе контролируется ИК излучателями и сенсорами. Приводы электромагнитные. Диапазон компенсируемых частот 0,5-20 Гц. Статистическая оценка показывает, что Image Stabilizer (IS) эффективен при удлинении выдержек до 2 ступеней.
Как работает Image Stabilizer можно посмотреть на сайте виртуального музея Canon в разделе Технологии.
В биноклях Canon в качестве оптического элемента более медленных вибраций, чем те, которые компенсирует Image Stabilizer в фото и видеокамерах, в системе стабилизации используется «жидкая» призма (Vari Angle Prism, VAP). Смещение изображения «вслед» за колебанием бинокля или камеры осуществляется изменением угла призмы. Иллюстрации www.canon.ru

Nikon

Технология стабилизации в объективах Nikon — VR «Vibration Reduction» (подавление вибраций). Ее эффективность специалистами Nikon оценивается как позволяющая удлинить выбержку на 3 ступени.
В цифровых камерах Panasonic так же используется оптическая стабализация. Технология оптической стабилизации изображения Panasonic — MEGA O.I.S. «Обнаружив вибрацию камеры, встроенный гироскопический датчик передает сигнал к микропроцессору для расчета коррекции. На основе полученных данных линейный двигатель смещает линзу O.I.S. так, чтобы свет направлялся точно к ПЗС-матрице. Весь процесс – от обнаружения вибрации камеры до коррекции положения линзы – занимает десятые доли секунды, поэтому Вы даже не заметите его. Вы увидите только его результат: прекрасные, отчетливые снимки. Оптический стабилизатор изображения расширяет Ваши творческие возможности при фотосъемке. Например, используя MEGA O.I.S. при длительной выдержке, Вы можете делать отличные снимки в лучах заходящего солнца или при слабом комнатном освещении, придавая фотографиям особое настроение и колорит. При этом Вам не придется беспокоиться о том, чтобы рука случайно не дрогнула, пока срабатывает затвор.» (http://www.panasonic.ru)

Альтернативные решения: Minolta

Вместо перемещения оптического блока в объективе, можно перемещать саму снимающую матрицу или даже пленку. С матрицей, конечно, все проще. Причем, оснастив матрицу несколькими моторами, можно не только обеспечить ее стабилизацию, но и фокусировку. В этом случае, установелнному на камеру объективу не нужна не стабилизация не фокусировка.
Один из вариантов стабилизации с перемещением матрицы «anti-shake» реализован в камерах Konica Minolta DiMAGE А1/A2. Матрица закреплена в подвесе, который компенсирует смещения камеры и, таким образом, следует за изображением. Система эффективна до 3 ступененей в сторону удлинения выдержек.