Для чего нужна стабилизация камеры
На первом снимке используется стабилизация, поэтому он максимально четкий; на втором снимке стабилизация не используется, поэтому он размазан (источник фото: ProPhotos)
Стабилизация в камере смартфона нужна для того, чтобы компенсировать его движение, избежать смазанных фотографий, а также раздражающей тряски на видео. Стабилизация практически не имеет значения только в том случае, если съемка ведется со штатива, и спуск затвора производится с помощью пульта дистанционного управления. К примеру, удаленно контролировать приложение «Камера» на iPhone можно с помощью кнопок громкости на проводных и беспроводных наушниках, а также через одноименную программу на умных часах Apple Watch. Иначе без стабилизации не обойтись — картинка будет страдать.
Кстати, актуальные смартфоны Apple как раз отлично подходят для разговора про стабилизацию. К примеру, у самого популярного iPhone 11 две камеры: широкоугольная и ультраширокоугольная. Первая — венец инженерной мысли производителя. Она делает действительно качественные снимки не только за счет относительно большой диафрагмы f/1,8, сравнительно большого размера точек на 12-Мп матрице, а также продвинутых алгоритмов ИИ — за их четкость также отвечает оптическая стабилизация. А вот вторая здесь скорее для галочки — у нее и светосила посредственная, и стабилизация только цифровая.
Использование стабилизации дает возможность значительно повысить качество съемки в вечернее время суток даже без штатива, несмотря на достаточно длинную выдержку (источник фото: ProPhotos)
Стабилизация может быть цифровой, оптической, а также гибридной — в последнем случае речь идет про одновременное использование двух предыдущих. Многие называют стабилизацию невидимым штативом, который избавляет фото и видео от последствий дрожащих рук. Но ее нельзя считать панацеей — да, она компенсирует тряску с относительно небольшой амплитудой. Тем не менее, если во время съемки вы будете достаточно активно двигаться (к примеру, пританцовывать), не спасет никакая из доступных на рынке стабилизаций. В данном случае можно будет сильно уменьшить выдержку, но сегодня точно не про нее.
Оптическая стабилизация
Это аппаратный метод решения проблем с качеством изображения. Чтобы использовать ее возможности в камере смартфона установлен специальный подвижный механизм, который перемещает не изображение по матрице, а матрицу целиком. Для коррекции изображения используются сенсоры, которые определяют наклонное смещение и отклонение. Полученная информация применяется для необходимого сдвига всего модуля, а также сенсора изображений и линз.
Такая функция имеет высокое качество в условиях длительной выдержки и плохой освещенности. Однако она оказывает влияние на светосилу, компенсирует лишь небольшую тряску и стоит дороже.
Что такое цифровая стабилизация и каков принцип её работы
Схематический пример использования цифровой стабилизации с обрезкой матрицы в камере современного смартфона — итоговое изображение окажется внутри одного из красных прямоугольников (источник оригинала фото: Unsplash)
Цифровую стабилизацию также часто называют электронной — ее используют лишь из-за простоты. Для нее не нужны какие-то дополнительные аппаратные компоненты, которые увеличивают как себестоимость, так и дальнейшую стоимость гаджета — используются только те, которые уже встроены в смартфон, и основой технологии становится программное обеспечение. Несмотря на это, даже цифровая стабилизация значительно повышает качество фотографий и видеозаписей, поэтому уже на нее нужно обратить повышенное внимание. Тем не менее, справедливости ради, сегодня она используется повсеместно.
Цифровая стабилизация работает аналогично коррекции перспективы из Adobe Photoshop (источник: Dallas Thomas/Gadget Hacks) — анимация доступна по нажатию
У цифровой стабилизации достаточно простой алгоритм работы. Представьте себе матрицу камеры смартфона, которая состоит из отдельных пикселей, — чтобы упростить, пусть это будет условный квадрат 10 на 10 точек. Когда стабилизация отключена, во время съемки используется вся площадь матрицы. После ее активации, происходит обрезка — вместо 10-ти начинает использоваться на пару точек меньше по каждой стороне. Основываясь на данных гироскопа и акселерометра, квадрат 8 на 8 перемещается по матрице камеры, чтобы компенсировать тряску гаджета. Вот и весь секрет.
На первом снимке показана имитация использования цифровой стабилизации — не все изображение попало в кадр, но оно более четкое; на втором снимке показана имитация тряски без использования цифровой стабилизации — все изображение попало в кадр, но оно менее четкое (источник оригинала фото: Unsplash)
Число точек, которые фактически обрезает каждое устройство, зависит от агрессивности работы цифровой стабилизации, используемой им. После обрезки числа пикселей качество изображения также падает — чем более агрессивно работает стабилизация, тем сильнее. Тем не менее, чаще всего это оправдано отсутствием смазанных участков. Ранее про цифровую стабилизацию было больше разговоров, но сегодня без помощи оптической ее оставляют только в недорогих смартфонах.
Отличия от цифровой стабилизации и что лучше
Цифровой стабилизатор — это, по сути, палка о двух концах. С одной стороны EIS (DIS) значительно удешевляет гаджет, так как не требует дополнительных компонентов для нормального функционирования. Телефоны с цифровой технологией будут, конечно, дешевле тех, у которых в камерах стоит OIS.
С другой стороны, хоть смартфоны с EIS используются повсеместно, они не способны так же эффективно снижать смазывание, компенсировать тряску, как их собратья с оптической стабилизацией. Что касается различий, камеры с DIS получают фотографии с обрезанными краями. Число точек (пикселей), обрезаемых устройством, зависит от агрессивности работы DIS. Чем более агрессивна работа, тем больше падает качество картинки.
Что такое оптическая стабилизация и каков принцип её работы
Схематическое изображение работы оптической стабилизации, в рамках которой тряска компенсируется движением самой камеры с помощью специального аппаратного механизма (источник оригинала фото: The Verge)
Несмотря на то, что далеко не во всех камерах современных смартфонов используется оптическая стабилизация, это технология далеко не нова — если точнее, ей не меньше четверти века. Еще в 1995 году ее в своих камерах и объективах начала использовать компания Canon. В ее варианте она называется Image Stabilization (IS), поэтому другим компаниям пришлось придумываться собственные названия: Vibration Reduction (VR) у Nikon, Optical SteadyShot (OSS) у Sony, Optical Image Stabilizer (OIS) у Fujifilm. Первым смартфоном с системой оптической стабилизации принято считать Nokia Lumia 920 из 2012-го.
Принцип работы оптической стабилизации наглядно (источник: Inam Ghafoor/YouTube) — анимация доступна по нажатию
Для использования возможностей оптической стабилизации, в камере смартфона используется специальный подвижный механизм, который перемещает не изображение по матрице, а всю матрицу целиком. В итоге картинка остается резкой, несмотря на тряску. Тем не менее, полагаться на оптическую стабилизацию на 100% также нельзя. Следует отменить, что у каждого производителя камеры свои представления по поводу работы оптической стабилизации, поэтому и качество результата в виде фотографии может достаточно сильно отличаться. Более того, движение камеры также ограничено, поэтому стабилизация компенсирует лишь небольшую тряску.
DJI Osmo Mobile 3 — стедикам для мобильных устройств, который значительно прокачает стабилизацию картинки (источник фото: DJI)
Оптическая стабилизация изображения (OIS)
OIS — это аппаратное решение, которое использует гироскоп с микроэлектромеханической системой (MEMS) для обнаружения движения и соответствующей настройки системы камеры. Например, если вы держите смартфон, и ваша рука слегка движется влево, система OIS улавливает это и немного сдвигает камеру вправо.
Это аппаратное решение, которое не требует обрезки изображения, что означает, что телефон использует полное считывание сенсора для захвата фотографии. Побочным продуктом этого является видео с нулевым искажением, поскольку вы не получаете эффекта желе, который возникает при цифровой стабилизации. OIS также обеспечивает гораздо более естественное видео, поскольку вы не применяете эффект к видео.
Создание хорошего оборудования OIS не из дешевых, что увеличивает стоимость материалов и, в конечном итоге, означает, что вы будете платить больше за свой смартфон с OIS. Он также превращает типично статический элемент, модуль камеры, в другую движущуюся часть. Это очень редко, но иногда движущиеся части системы OIS могут работать неправильно.
OIS — полезный инструмент, когда вы снимаете видео или фотографии. Он особенно эффективен в условиях низкой освещенности , когда затвор камеры может быть открыт дольше. Без OIS это может привести к размытым фотографиям из-за легкого движения руки. При включенной оптической стабилизации изображения устраняются легкие дрожания, что делает фотографии более четкими. То же самое и с телеобъективами , где малейшие толчки усиливаются из-за гораздо более узкого поля зрения.
Возможно вам понравится PlayStation 5 — новое качество и возможности
Что лучше: оптическая или цифровая стабилизация
В сравнении с цифровой, оптическая стабилизация явно выигрывает. Начнем с того, что она не обрезает использование матрицы, поэтому изображение получается более ярким, четким, с меньшим количеством шумов и так далее. Более того, чаще всего оптическая стабилизация отыгрывает процесс компенсации тряски куда более правильно, ведь она не считывает данные с гироскопа или акселерометра, а использует собственные аппаратные механизмы. Оптическая стабилизация используется даже не в самых новых смартфонах — к примеру, она есть в Xiaomi Mi5, которому уже несколько лет отроду.
Интересный факт: некоторые
считают
, что цифровая стабилизация лучше оптической справляется со съемкой видео. К примеру, в первом поколении смартфонов Pixel используется именно она, и представители Google объясняют это тем, что она способна предугадывать движение, поэтому заметно быстрее отыгрывает его компенсацию — это критично во время съемки роликов. Тем не менее, во втором поколении Pixel инженеры уже использую гибридную стабилизацию, про которую дальше.
Для чего нужна стабилизация изображения?
Мы говорили о ситуациях, когда вам не нужна стабилизация изображения или контроль вибрации. Но в каких случаях было бы полезно иметь объектив со стабилизацией изображения?
- Вы снимаете стационарные объекты при слабом освещении. В этой ситуации IS может помочь улучшить ваши изображения, потому что вы можете снизить скорость затвора. Это также может позволить вам настроить другие параметры для улучшения изображений, например, закрыть диафрагму для большей глубины резкости или уменьшить ISO для уменьшения шума на изображениях.
- Вы снимаете на телеобъектив или супер-телеобъектив, но вам не нужна быстрая выдержка, чтобы остановить действие. Вместо установки скорости затвора в соответствии с обратным правилом вы можете понизить скорость затвора на несколько ступеней (в зависимости от ваших способностей IS) без использования штатива.
- Вы снимаете при ветре или например с вибрирующего моста.
- Вы снимаете движущийся объект, и вам нужна помощь в стабилизации изображения в видоискателе. В зависимости от IS вашей камеры качество изображения может немного ухудшиться. Но это может быть предпочтительнее, чем пропустить кадр полностью.
- Вы снимаете видео без штатива. Вы обязательно заметите улучшение качества, видео хотя это и неполноценная замена штативу.
Что такое гибридная стабилизация и каков принцип её работы
Google использует гибридную стабилизацию в Pixel 4 — причем, сразу в двух камерах смартфона (источник фото: Genk)
Яркий пример смартфона, в котором используется гибридная стабилизация изображения — Google Pixel 4. Она предполагает объединение возможностей цифрового и оптического механизма, что позволяет сделать картинку максимально четкой и избежать смазываний даже в самых активных условиях съемки. По задумке, подобный гаджет должен использовать оптическую стабилизацию всегда, а цифровую подключать либо с помощью дополнительной функции, либо самостоятельно интеллектуальным образом. Теоретически подобный механизм должен значительно повысить эффективность стабилизации.
Как работает стабилизация изображения?
Стабилизация изображения в объективах осуществляется за счет использования плавающего элемента объектива. Ваша камера чувствует, как этот плавающий элемент движется внутри объектива. Затем элемент смещается электроникой объектива в направлении, противоположном сотрясению камеры.
Стабилизация в камере работает, фактически слегка смещая датчик, чтобы учесть дрожание камеры.
Нет точного ответа на вопрос, что лучше, стабилизация на основе объектива или стабилизация изображения в камере. У каждого есть свои плюсы и минусы (это отдельная тема).
Преимущество стабилизации изображения состоит в том, что она позволяет снимать более четкие изображения неподвижных объектов с выдержкой медленнее, чем без нее. Производители объективов оценивают стабилизацию изображения по тому, при какой выдержки вы можете снимать с помощью стабилизации изображения.
Давайте разберем более детально на примере объектива Nikon 24-120 мм f / 4
Nikon оценивает возможности подавления вибрации на 4 ступенях. Без стабилизации изображения вам пришлось бы снимать статичные объекты со скоростью затвора не менее 1/125, чтобы избежать размытия в изображениях от дрожания камеры. С включенным VR на объективе, вы можете держать объектив и снимать со скоростью 1/15 секунды.
Это мощная штука, если вы снимаете неподвижные объекты в условиях низкой освещенности. Ниже представлены две фотографии, первая была снята при помощи стабилизации изображения IS а вторая была без него. Хорошо видно, что стабилизация изображения помогла качеству изображения.
Какая стабилизация лучше
Типичный сценарий мобильного снимка (источник фото: Android Central)
Чтобы раскрыть данный вопрос, нужно ответить вот на что: в каких условиях обычно делается фотография или записывается видео на мобильное устройство? И еще: насколько сильно его владелец заморачивается, чтобы добиться качественной картинки? Ответ простой — пользователь хочет получать снимки и ролики максимального качества, не вкладывая в это никаких усилий. Отсюда и достаточно простой вывод — у гаджета должна быть максимально хорошая камера, которая будет использовать гибридную стабилизацию. Кстати, вот наглядный пример съемки на «бородатый» Google Pixel 2 с ней и без нее:
Результат налицо, без стабилизации ролик выглядит просто отвратительно, а вот с ней вполне пригодным для дальнейшего использования. Стоит отметить, что в данном случае условия как раз максимально экстремальные. С одной стороны, камере сложно из-за тряски. С другой стороны, она должна охватывать широкий динамический диапазон из-за достаточно сложной с точки зрения света композиции кадра. Конечно, сложно сказать, что Google Pixel 2 в этом плане справился идеально, но речь о глобальном качестве картинки, а именно о разнице при использовании гибридной стабилизации.
Гибридная стабилизация изображения (HIS)
HIS, как следует из названия, представляет собой комбинацию OIS и EIS. Хорошее универсальное решение. OIS обеспечивает базовую аппаратную стабилизацию, а затем EIS используется для дальнейшего сглаживания видеозаписи. Благодаря преимуществам OIS, кроп-фактор EIS не должен быть таким экстремальным. Буфер по краям изображения может быть меньше, что приведет к более тонкому кадрированию и меньшему влиянию на окончательный кадр.
Что касается изображений, гибридная система не дает никаких преимуществ. Часть OIS обеспечит съемку без дрожания во всех желаемых сценариях. Хотя EIS можно было включить для дополнительной стабильности с HDR и ночными снимками с мультиэкспозицией.
Если вам интересно, как выглядят результаты, вот пример из Google Pixel 2 , который был первым телефоном Android-гиганта, использующим гибридную систему OIS и EIS:
Какие перспективы у стабилизации камер мобильных устройств
Концептофон VIVO APEX 2021, который использует камеру с сильно прокачанным механизмом оптической стабилизации (источник фото: Matrix Life)
У стабилизации изображения в камерах смартфонах есть три равнозначных пути развития. Во-первых, ее оптические механизмы становятся все более доступными, поэтому увеличивают ширину своего распространения не только по смартфонам, но и по камерам в них — так, глядишь, и все модули будущих iPhone будут с этим работать. Во-вторых, будут появляться более совершенные механизмы оптической стабилизации, которые уже появляются в концептофонах — том же VIVO APEX 2020 (в нем используется карданный механизм стабилизации, который увеличивает амплитуду движения камеры для компенсации даже самой агрессивной тряски). В-третьих, нельзя отбрасывать в сторону интеллектуальные программные механизмы, которые продолжают развиваться.
Что, если гибридного недостаточно?
Если вы все еще недовольны плавностью видеозаписи на вашем смартфоне, последний трюк — использовать стабилизатор . По сути, это большие гироскопы, которые при правильной балансировке удерживают ваш телефон в одной ориентации. Двигатели используются для противодействия движению ваших рук, перемещая камеру в противоположном направлении. Однако результаты не всегда лучше, чем у стабилизации изображения вашего смартфона.
Возможно вам понравится ТОП 10 умных часов 2021: проверенные советы как выбрать лучшие
Стабилизаторы подвеса смартфона лучше, чем OIS?
Подвесы дают дополнительное преимущество, позволяя вам управлять двигателями для создания плавных движений панорамирования и наклона. Обычно в рукоятку встроен джойстик, позволяющий пользователю управлять движениями стабилизатора. Эти подвесы стоят от 6000 до 10000 рублей в зависимости от марки, модели и комплекта аксессуаров. Это довольно большие деньги за то, что точно не поместится в вашем кармане.
ОПТИЧЕСКАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ
Оптическая стабилизация – это технология, реализованная в объективе, а не фотоаппарате. Гранды фотостроения — Nikon и Canon практически синхронно начали исследования в области оптической стабилизации. И в 1994 году Nikon представил первую пленочную фотокамеру Nikon Zoom 700VR с, встроенной в объектив, оптической стабилизацией изображения, а в 1995 году Canon представили EF 75-300mm F4-5.6 IS USM, первый в мире объектив, оснащенный оптическим стабилизатором изображения.
Принцип работы заключался в том, что в конструкцию объектива добавляется дополнительный оптический стабилизирующий элемент, который отклоняется электрическим приводом системы стабилизации так, чтобы проекция изображения на плёнке (или матрице) полностью компенсировала колебания фотоаппарата во время съемки.
Мы помним, что фотография – это рисование светом, который проходит через объектив, преломляется линзами объектива и проецируется на светочувствительный элемент (матрица или пленка). Если правильные параметры съемки не соблюдены и выдержка длиннее чем нужно, а вы фотографируете с рук, то проекция изображения попадающего на матрицу сдвигается, вследствие колебания камеры, и изображение получается смазанным.
Так вот, благодаря стабилизирующему элементу, проекция всегда остаётся неподвижной относительно матрицы, что и обеспечивает картинке необходимую чёткость. Но, у этой технологии есть и недостаток — дополнительный оптический элемент немного снижает светосилу объектива. Второй очевидный недостаток, это то, что при прочих равных условиях, объективы со встроенной стабилизацией изображения — дороже.
Ниже приведены обозначения, применяемые производителями для идентификации встроенной в объективы стабилизации изображения:
- Nikon Vibration Reduction — VR
- Canon Image Stabilization — IS
- Panasonic Lumix Optical Image Stabilizer O.I.S. (Есть разновидности – POWER O.I.S. и MEGA O.I.S.)
- Olympus Image Stabilization — IS
- Sony Optical Steady Shot — OSS
- Tamron Vibration Compensation — VC
- Sigma Optical Stabilization — OS
- Samsung Optical Image Stabilizer — OIS
- Fujifilm Optical Image Stabilizer — OIS
Как вы обратили внимание, у некоторых производителей могут попадаться разные типы оптических стабилизаторов, как например POWER O.I.S. и MEGA O.I.S. у Panasonic. Итак, давайте разбираться:
Изначально, первые оптические стабилизаторы были двухосными – то есть, осуществляли сдвиг проекции изображения по двум осям плоскости — горизонтальной и вертикальной и могли компенсировать колебания при использовании выдержки, длиннее возможной на 1-2 ступени.
Рассмотрим пример: при использовании объектива с фокусным расстоянием 100 мм, минимальная выдержка, которую возможно использовать для получения достаточно резкого изображения, должна быть короче 1/100 секунды (это для полного сенсора, а если в камере установлен кроп-сенсор, то нужно учитывать — эквивалентное фокусное расстояние). Но, если в объективе используется стабилизирующий элемент, выдержку можно сделать короче без ущерба для качества изображения (1 ступень – это сокращение выдержки в 2 раза, 2 ступени – в 2*2=4 ! раза). То есть, можно поставить выдержку, вплоть до 1/25 секунды.
Но прогресс не стоит на месте, и сегодня производители предлагают в своих продуктах, уже гораздо более продвинутые стабилизирующие элементы, способные компенсировать выдержку в 3-4 и даже 5 ступеней (то есть сократить выдержку в 8-16-32 раз, соответственно).
Кроме того, появились технологии с 4-х осевыми стабилизационными элементами, позволяющие компенсировать не только дрожание рук и горизонтальные / вертикальные сдвиги, а и осевые перемещения объектива и сильную тряску при ходьбе. Это существенно промогает при макросъемке и съемке видео на цифровой фотоаппарат с рук.
Как пример — MEGA O.I.S. у Panasonic, это двухосевая стабилизация с компенсацией вибраций до 2-3 ступеней, а POWER O.I.S. – это уже четырехосевая система, которая помимо компенсации до 3-4 ступеней, еще и способна гасить вибрации съемки видео с рук при ходьбе. Подобные технологии есть и у других производителей – например Hybrid IS и Dinamic IS у Canon.
Стабилизация гибридного изображения или HIS
Из названия понятно, что гибридная стабилизация является неким совмещением OIS и EIS — довольно неплохим решением. OIS обеспечивает базовую аппаратную стабилизацию в то время, как EIS используется для последующего сглаживания видеоматериала. Благодаря наличию оптической стабилизации параметры работы EIS пересматриваются: буфер по краям картинки может быть и меньше, а это более тонкое кадрирование и меньшее влияние на конечный результат.
Для фото гибридная система никакой пользы не приносит, так как за качество съемки в любых сценариях отвечает оптическая стабилизация. Хотя EIS можно и включить для дополнительной стабильности, например, для создания ночных снимков.
