Системи стабілізації зображення: IS, VR, Hybrid IS

В останньому фото-дайджесті я згадував про новий об'єктив Canon EF 100mm F2.8L IS USM, який став першим в світі об'єктивом із системою стабілізації зображення Hybrid IS. Сьогодні я хочу детально розказати як про нову Hybrid IS так і про фотографічні системи стабілізації зображень взагалі — що це, як працює, і які типи бувають..

Система стабілізації зображення. Що це таке і навіщо воно?

Руки будь-якої людини постійно хоч трішечки, але дрижать. Це абсолютно нормально. Особливо, коли в руках велика і важка дзеркалка, а фотографуєте ви вже не першу годину поспіль. Звісно що разом із руками дрижить і фотокамера, яку вони тримають. Або (за законом відносності Ейнштейна :-) весь світ дрижить відносно камери, в тому числі й об'єкт зйомки. Як результат — зображення виходить не чітке, змазане.

Для того, щоб при фотографуванні без штативу, "з рук", фотографії виходили не змазаними є таке неписане правило — витримка має бути не більшою ніж 1/ЕФВ, де ЕФВ — Ефективна Фокусна Відстань об'єктива, яка дорівнює фактичній фокусній відстані об'єктива, помноженій на кроп-фактор матриці вашого фотоапарату.

Багато термінів, та трохи заплутано, але на практиці все набагато простіше:

Візьмемо для прикладу камеру Nikon D40 з об'єктивом Nikkor 18-200mm f/3.5-5.6. Матриця цього фотоапарату має фізичні розміри 23,6x15,8мм, тобто в 1,5 рази менша за кадр плівки (36х24мм), отже кроп-фактор = 1,5. Якщо ви виставили об'єктив на максимальну фокусну відстань — 200мм, то витримка має бути не більша за 1/(200*1,5) = 1/300 секунди, тобто 1/320 і коротша.

Але при поганому освітленні, наприклад ввечері або в приміщенні при такій короткій витримці фотографії можуть виходити дуже темні. Що можна з цим зробити? Варіантів, в принципі, не так щоб дуже багато, але вони є:

• Можна, все ж таки, збільшити витримку та поставити фотоапарат на штатив — він точно не тремтить, як руки :) Але його найчастіше немає під рукою, плюс це не завжди зручно.
• Можна більше відкрити діафрагму. Але тоді зменшується глибина різкості, що при зйомці, наприклад, пейзажу — не є добре. Крім того, відкривати діафрагму не можна нескінченно — будь-який об'єктив має технічні обмеження.
  
• Можна підняти рівень чутливості ISO. Але в цьому разі може суттєво збільшитись рівень шумів, і фотографія буде не краща за змазану.
• І останній, найкращій, варіант — фотографувати таки "з рук" при нормальному значенні ISO та збільшеній витримці, але користуватись при цьому системою стабілізації зображення.
  

Отже, система стабілізації зображення — це певна технологія, яка компенсує тремтіння рук та дозволяє значно знизити розмитість зображення, викликану струсом камери під час фотографування. На практиці це означає можливість знімати на більш довгих витримках, ніж ті, які розраховуються за правилом, що наведено вище.

Існує 3 типових режими роботи систем стабілізації зображення:

1. Кадровий або одноразовий (Shoot-only) — система стабілізації вмикається лише під час експозиції. Стандартний режим, якого достатньо в більшості випадків.
2. Неперервний (Continuous) — система працює весь час. Це може стати у нагоді в разі необхідності фокусування в важких умовах.
3. Панорамування (Panning) — компенсуються лише вертикальні коливання. Це дуже зручно при фотографуванні "в проводку" об'єктів, що рухаються.

Якість роботи системи стабілізації вимірюється в ступенях експозиції або, простіше, в кратності максимально можливого збільшення витримки, при якій фотографія все ще виходить чіткою. 1 ступінь означає, що можна збільшити витримку вдвічі, 2 ступені — в 4 рази, 3 ступені — в 8 разів. Найновіші та найкращі системи стабілізації є 4-ступеневими, тобто дозволяють фотографувати з витримкою в 16 разів довшою, ніж це можна робити без стабілізації (див. правило).

Наприклад, 3-ступінчаста система стабілізації зображення дозволяє при фотографуванні "з рук" об'єктивом із фокусною відстанню 300 мм та витримкою 1/60 отримати зображення аналогічної якості як при зйомці без стабілізації з витримкою 1/500.

За принципом дії вирізняють 3 варіанти реалізації технології стабілізації:

1. Електронна система стабілізації зображення.
2. Механічна, або система стабілізації зображення з рухливою матрицею.
3. Оптична система стабілізації зображення.

Електронна система стабілізації зображення

EIS. Electronic (Digital) Image Stabilizer. Це найпростіший, найдешевший та найменш ефективний варіант. Ця технологія реалізовується в відеокамерах та дешевих цифро-компактах або "мильницях" невідомих виробників.

Суть технології полягає в тому, що процесор фотоапарата аналізує зображення, що потрапляє на сенсор під час зйомки та програмно компенсує зсуви зображення завдяки спеціальним алгоритмам та додатковим "запасним" пікселям навкруги основного "робочого" поля матриці.

Система стабілізації зображення з рухливою матрицею

Anti-Shake. Розроблений та представлений в 2003 році компанією Konika-Minolta цей варіант є набагато кращим ніж попередній, але й дорожчим.

Суть технології полягає в тому, що сенсор фотокамери не закріплений відносно її корпусу, а може за допомогою спеціальних мікро-приводів миттєво зсуватись, компенсуючи дрижання камери. Таким чином зображення на сенсорі залишається статичним. А отже — чітким.
Найбільш відомі виробники, що реалізовують цей варіант стабілізації зображення в своїх фотоапаратах — компанії Sony, Pentax та Olympus.

Оптична система стабілізації зображення

OIS, Optical Image Stabilizer. Найкращий та найдорожчий варіант системи стабілізації, який був винайдений компанією Canon в 1994 році. З назви можна зрозуміти, що реалізована ця система за допомогою оптики — в середину об'єктива додано спеціальний блок із датчиком коливань, мікропроцесором і рухливою лінзою, яка керується цим мікропроцесором та компенсує струси фотокамери таким чином, щоб зображення на сенсорі під час фотографування залишалось статичним.



Найбільш відомі виробники, які застосовують саме цей варіант стабілізації є Canon ("стабілізовані" об'єктиви мають позначку IS — image stabilizer, стабілізатор зображення) та Nikon (об'єктиви з позначкою VR — vibration reduction, зменшення вібрацій).

Цей варіант реалізації дозволяє отримати найякісніший результат, але в нього є певні недоліки — об'єктиви стають значно складнішими, отже менш надійними, та дорожчими. При цьому фотограф має сплачувати кожен раз за функцію стабілізації при купівлі нового об'єктиву на відміну від системи стабілізації з рухливою матрицею, ціна якої сплачується лише один раз при купівлі фотоапарату. Хоча, з іншої сторони, ніхто не забороняє використовувати стабілізовані об'єктиви з плівковими фотоапаратами, що в разі реалізації системи стабілізації за допомогою рухливої матриці вочевидь неможливо.

Cистема стабілізації зображення Canon Hybrid IS

Насправді Hybrid IS, навколо якого стільки маркетингового шуму останнім часом, є продовженням розвитку оптичних систем стабілізації (OIS). Звичайні OIS мають лише 2 датчики коливань (фактично, гіроскопи), які відстежують зміни куту нахилу об'єктиву по горизонталі та вертикалі відповідно. Головна ідея Hybrid IS полягає в додаванні ще двох датчиків, які відстежуватимуть переміщення фотокамери в просторі (так звані датчики прискорення), та спеціального алгоритму, який би керував рухомою лінзою блоку OIS відштовхуючись вже від даних, отриманих з 4, а не 2 датчиків.

Навіщо це?
Відповідь доволі проста: при фотографуванні звичайного світу (пейзажі, натюрморти, портрети, ..) компенсації коливань — більш ніж достатньо, але при макро-фотозйомці — стає замало. Адже дуже незначні в нашому світі переміщення (не коливання, а саме переміщення, тобто зсуви) фотокамери в масштабі макро-світу стають доволі значними. В результаті — стандартної системи стабілізації не вистачає для ефективної фотозйомки макро.

Як це працює та різницю між різними режимами можна подивитись та спробувати власноруч: