Возможности современных фотоаппаратов
Часть 5. Системы стабилизации изображения
Рассмотрим принципы работы и возможности систем стабилизации изображения, которыми оснащаются современные цифровые фотоаппараты.
Излишество или необходимость?
Значительная часть выпускаемых ныне цифровых фотокамер оснащается системами стабилизации изображения. Исключение составляют разве что дешевые модели бюджетного сегмента. Но не являются ли подобные системы излишеством? Давайте разберемся.
Широкое распространение систем стабилизации изображения в компактных цифровых фотоаппаратах началось в середине минувшего десятилетия. Это было вызвано как минимум двумя объективными причинами. Первая (и основная) — увеличение доли моделей, оснащенных мощными зумобъективами. Вспомните: еще десять лет тому назад компактные цифровые фотоаппараты с 10-кратной оптикой воспринимались как техническое чудо, а в большинстве моделей устанавливались более чем скромные, по нынешним меркам, объективы с 3- или 4-кратным зумом. Сейчас ситуация в корне изменилась. В продаже представлен широкий ассортимент моделей в корпусах вполне карманного размера, оснащенных 10- и даже 20-кратной оптикой. Что уж говорить о категории ультразумов, где представлено немало моделей, оборудованных зумобъективами с диапазоном фокусных расстояний в 30 крат и более.
Характерный пример технического брака, возникшего
при съемке с рук на длинной выдержке
Возможно, у неискушенных в технических вопросах читателей возникнет вполне закономерный вопрос: почему внедрение систем стабилизации связано именно с параметрами оптики? Дело в том, что по мере увеличения фокусного расстояния оптической системы камеры повышается риск возникновения технического брака вследствие механических колебаний (микросотрясений и вибраций, обобщенно называемых на профессиональном жаргоне «шевелёнкой»), которые передаются на корпус фотоаппарата от рук фотографа.
Вероятность того, что сотрясения и вибрации корпуса камеры приведут к получению нечетких (смазанных) изображений, напрямую зависит от двух параметров — фокусного расстояния и времени экспонирования кадра (выдержки). По мере увеличения численных значений фокусного расстояния и выдержки вероятность смазывания изображения при съемке с рук повышается. Например, если эквивалентное фокусное расстояние в текущем положении трансфокатора не превышает 60 мм, то можно без особых проблем снимать без штатива, используя выдержку длительностью до 1/60 с. В то же время при съемке через «дальнобойную» оптику с эквивалентным фокусным расстоянием 600 мм рассчитывать на получение болееменее четких кадров можно лишь при установке выдержки 1/500 с и менее.
Проблема усугубляется еще и тем, что мощные зумобъективы, устанавливаемые в компактных цифровых фотоаппаратах, имеют, мягко говоря, не самые выдающиеся показатели светосилы. Соответственно для нормального экспонирования кадра при установке достаточно короткой (для получения несмазанного изображения) выдержки требуется очень яркое освещение.
Таким образом, для получения приемлемого (с точки зрения технического качества) результата при съемке с использованием длиннофокусной оптики требуется либо установить камеру на штатив, либо задействовать эффективную систему стабилизации изображения.
Существует и вторая причина, о которой вспоминают не так часто: стремление производителей к миниатюризации цифровой фототехники. Безусловно, компактный и легкий фотоаппарат удобен для транспортировки, и его можно постоянно носить с собой. Однако легкая камера небольшого размера более чутко реагирует на микросотрясения и вибрации, нежели аппараты, выполненные в более массивных корпусах классических размеров. Именно поэтому системы стабилизации изображения применяются сейчас не только в моделях с длиннофокусной оптикой, но и в ультракомпактных аппаратах, оснащенных довольно скромными 4-5-кратными зумобъективами.
Классификация
Всё многообразие систем стабилизации изображения, используемых в современных цифровых фотоаппаратах, можно разделить на две больше группы. К одной из них относятся решения, позволяющие с большим или меньшим успехом устранять последствия смещения — то есть делать смазанное изображение более четким. Это так называемые электронные стабилизаторы, реализованные на программном уровне. Анализируя полученное изображение, микропроцессор камеры вычисляет направление и амплитуду смещения изображения в процессе съемки и путем последующей обработки с использованием специальных цифровых фильтров повышает (насколько это возможно) четкость смазанного кадра.
К сожалению, эффективность электронных систем стабилизации оставляет желать лучшего — в силу того, что они устраняют лишь последствия, а не причины возникновения нечетких снимков. Так что с практической точки зрения пользы от наличия в фотоаппарате электронного стабилизатора немного.
Принцип работы оптического стабилизатора
с подвижной линзой
Гораздо большей эффективностью обладают системы второй группы, которые позволяют устранить саму причину размытия изображения — то есть компенсировать смещение изображения относительно светочувствительного сенсора, вызванное изменением положения корпуса камеры в процессе экспонирования кадра. В зависимости от способа компенсации смещения такие решения подразделяется на два типа. К первому относятся системы с подвижной линзой, ко второму — системы с подвижной платформой, которая смещает светочувствительный сенсор относительно оптической оси объектива. Рассмотрим особенности каждого из них.
История развития оптических систем стабилизации изображения с подвижной линзой насчитывает не одно десятилетие. Изначально подобные устройства применялись в оптике для кино- и видеокамер профессионального класса, а впоследствии получили распространение в фотоаппаратах — сначала в пленочных, а затем в цифровых.
Схема расположения элементов оптического стабилизатора MEGA O.I.S.
Для компенсации смещения изображения в процессе экспонирования кадра задействуется встроенная в объектив дополнительная группа линз (блок стабилизации). Электромагнитный привод позволяет смещать одну из линз этой группы относительно оптической оси объектива. Величина и направление смещения вычисляются в режиме реального времени специализированным микропроцессором на основе показаний гиросенсоров, установленных в корпусе камеры (либо внутри объектива в случае сменной оптики).
В настоящее время существует множество различных вариантов оптических систем стабилизации изображения с подвижной линзой. Например, Canon использует в своих моделях систему Image Stabilizer (IS), Nikon — Vibration Reduction (VR), Sony — Optical SteadyShot, в арсенале Panasonic имеются две разновидности — MEGA O.I.S. и Power O.I.S.
Блок оптического стабилизатора MEGA O.I.S.
Оптические системы стабилизации изображения, применяемые в современных компактных фотоаппаратах, позволяют эффективно противодействовать как смещению корпуса фотоаппарата в какомлибо определенном направлении, так и вибрациям с частотой до нескольких десятков герц. По оценкам специалистов, подобные решения позволяют в несколько раз увеличить длительность экспонирования кадра при съемке с рук без повышения риска получить смазанный снимок.
В начале минувшего десятилетия была создана принципиально иная система стабилизации, обеспечивающая компенсацию сдвига изображения за счет смещения светочувствительного сенсора относительно оптической оси объектива. Устроена она следующим образом. Сенсор устанавливается внутри корпуса на подвешенной платформе, которая может смещаться на определенное расстояние в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива. Направление и амплитуда смещения вычисляются микропроцессором на основе показаний гиросенсоров, установленных в корпусе камеры. Этот же микропроцессор управляет электроприводами, которые перемещают платформу с установленным на ней сенсором в направлении, противоположном движению корпуса фотоаппарата.
Схема работы системы стабилизации
с механизмом смещения светочувствительного сенсора
По вполне понятным причинам реализовать подобную систему можно только в цифровых камерах, и неудивительно, что появилась она именно в тот период, когда цифровая фототехника начала стремительно вытеснять пленочную.
Пионером в разработке систем стабилизации с механизмом смещения сенсора стала компания Konica Minolta. В 2003 году в ее линейке появился Dimage A1 — первый в мире серийно выпускаемый фотоаппарат, оснащенный системой стабилизации изображения, которая получила название Anti-shake. В настоящее время системы подобного типа используются в фотокамерах многих производителей. Например, корпорация Sony после приобретения фотографического подразделения компании Konica Minolta начала внедрять в своих моделях усовершенствованную систему стабилизации с подвижным сенсором, которая называется Super SteadyShot. Во второй половине минувшего десятилетия собственные версии подобных систем разработали и внедрили в выпускаемых моделях компании Pentax (Shake Reduction, SR), Olympus (Image Stabilizer, IS), Casio, Fujifilm, Ricoh и др.
Блок системы стабилизации, работающей
по принципу смещения светочувствительного сенсора
Важно отметить, что системы стабилизации изображения с механизмом смещения сенсора имеют два важных преимущества по сравнению с решениями, базирующимися на использовании блока с подвижной линзой. Вопервых, отсутствие дополнительных элементов в оптическом тракте позволяет (при прочих равных условиях) сделать оптику более светлой. Вовторых, в случае фотоаппаратов со сменной оптикой (как зеркальных, так и незеркальных) система стабилизации с механизмом смещения сенсора является частью самой камеры (body) и соответственно ее можно задействовать при установке любого объектива. В свою очередь, системы с подвижной линзой встраиваются в объектив — в этом случае функция стабилизации доступна только при установке соответствующей оптики.
Фотокамера Olympus E-M5
оборудована 5-осевой системой стабилизации изображения,
которая позволяет эффективно справляться как со смещением
по вертикали и по горизонтали, так и с вращательными движениями корпуса
В настоящее время развитие систем стабилизации с механизмом смещения сенсора продолжается и сотрудники многих известных компаний активно работают над улучшением характеристик подобных узлов. Например, в представленной в начале нынешнего года фотокамере Olympus E-M5 используется 5-осевая система стабилизации изображения такого типа. Одним из ее главных преимуществ, по сравнению с ранее реализованными вариантами решений аналогичного типа, является способность не только компенсировать смещение по вертикальной и горизонтальной осям, но и столь же эффективно справляться с вращательным движением.
Дополнительные возможности
Во многих современных фотоаппаратах предусмотрена возможность не только включения и отключения, но и выбора разных режимов работы системы стабилизации изображения. В зависимости от особенностей модели, переключение настроек может осуществляться или в меню камеры, или при помощи специальных аппаратных органов управления на корпусе.
У большинства ныне выпускаемых фотокамер стабилизатор может либо работать постоянно (continuous mode), либо включаться только после того, как спусковая кнопка наполовину нажата. В первом случае обеспечиваются более комфортные условия для визирования и компоновки кадра (что особенно актуально при съемке удаленных объектов на длинном фокусе), однако непрерывно работающий стабилизатор постоянно потребляет электроэнергию, сокращая таким образом время автономной работы камеры. Кроме того, если в момент нажатия спуска корректирующий элемент (подвижная линза или платформа со светочувствительным сенсором) окажется сильно смещен относительно центрального положения, диапазон возможных перемещений уменьшится, что неизбежно приведет к снижению эффективности стабилизатора.
Режим активации стабилизатора непосредственно перед съемкой обеспечивает максимальную эффективность его работы и более низкий расход электроэнергии. Однако в этом случае фотограф может испытывать затруднения в процессе визирования и компоновки кадра, что наиболее критично в случаях, когда съемка ведется на длинном фокусе или из движущегося транспорта.
В некоторых фотоаппаратах предусмотрена возможность стабилизации изображения только по одной оси (например, по вертикали). Это может оказаться полезным при съемке с проводкой, когда необходимо получить четкое изображение движущегося объекта на смазанном фоне.
В последнее время всё более широкое распространение в компактных цифровых фотоаппаратах получают так называемые гибридные (комбинированные) системы стабилизации изображения. Это красивое название на самом деле означает всего лишь наличие ряда дополнительных функций, реализованных на программном уровне, — в частности режима автоматического выбора настроек съемки. Оценивая освещенность снимаемой сцены, текущее положение трансфокатора и ряд других параметров, автоматика камеры устанавливает минимально возможное значение выдержки и повышает светочувствительность.
Подобные решения действительно позволяют повысить эффективность работы системы стабилизации — вероятность появления технического брака и в самом деле снижается. Однако если взглянуть на проблему с точки зрения реализации стоящей перед фотографом творческой задачи, то могут возникнуть определенные противоречия. Например, снимая пейзаж с горной рекой или водопадом, необходимо использовать достаточно длинную выдержку, чтобы передать динамику водного потока. Однако при активации гибридной системы стабилизации автоматика камеры будет действовать прямо противоположным образом — устанавливать максимально короткую выдержку. Как следствие, вода на снимке получится «замороженной», и хотя технического брака удастся избежать, художественной ценности такой кадр иметь не будет.
Не стоит забывать и о том, что съемка с максимальными значениями светочувствительности неизбежно приводит к увеличению уровня цифрового шума на получаемом изображении. В общем, использование гибридной системы стабилизации (как, впрочем, и любой автоматики, управляющей настройками камеры) требует осмысленного подхода. Если в одном случае подобные системы являются отличным подспорьем для фотографа, то в другом могут стать серьезной помехой на пути решения творческой задачи.
Заключение
Итак, мы рассмотрели особенности систем стабилизации изображения, применяемых в современных цифровых фотоаппаратах. Подводя итоги, вкратце перечислим достоинства и недостатки подобных решений.
Современные системы стабилизации изображения, включая решения как с подвижной линзой, так и с механизмом смещения сенсора, позволяют значительно снизить вероятность возникновения технического брака при съемке на длинном фокусе и в условиях недостаточной освещенности без использования штатива. И это оказывается как нельзя кстати в тех случаях, когда у фотографа нет времени либо возможности установить камеру на штатив или приходится снимать из движущегося транспорта.
А для фотоаппаратов, оборудованных мощными зумобъективами, наличие системы стабилизации изображения является непременным условием для получения четких снимков.
Разумеется, возможности даже наиболее совершенных систем стабилизации изображения небезграничны и пока рассчитывать на 100-процентную защиту от смазывания кадра нельзя. Согласно статистическим данным, удовлетворительная четкость снимков при включенной системе стабилизации изображения достигается примерно в 70% случаев, в то время как остальные 30% всетаки оказываются в большей или меньшей степени смазанными.
Аппаратным системам стабилизации изображения присущи и чисто эксплуатационные недостатки. Вопервых, наличие дополнительных движущихся частей негативно отражается на надежности и долговечности фотоаппарата в целом. Вовторых, электроприводы и микропроцессор стабилизатора потребляют электроэнергию, вследствие чего использование этой функции неизбежно приводит к сокращению времени автономной работы камеры и соответственно максимального количества снимков, которые можно сделать без подзарядки.
Завершая рассмотрение этой темы, нельзя не упомянуть о важном нюансе, на который редко обращают внимание неискушенные в технических вопросах пользователи при выборе модели. Сейчас практически в каждом цифровом фотоаппарате есть функция видеосъемки. Однако далеко не у каждой модели, оснащенной системой стабилизации изображения с подвижной линзой либо с механизмом смещения сенсора, эту опцию можно задействовать в режиме съемки видео. Есть немало камер, у которых аппаратная система стабилизации работает только в режиме фотосъемки, в то время как в процессе записи видео доступна лишь функция электронной стабилизации. Так что если приобретаемую камеру планируется задействовать для съемки не только фотографий, но и видео, на это обязательно необходимо обратить внимание при выборе модели.
Наш рассказ о системах стабилизации изображения завершен. Заключительная публикация цикла будет посвящена функциям серийной съемки.
Окончание следует
 |
|
