Технологии стабилизации изображения в объективах

Оптическая стабилизация изображения – это технология, используемая для механической компенсации собственных угловых движений камеры с целью предотвращения смазывания картинки при съемке на больших выдержках. Встроенная в объектив система оптической стабилизации служит своеобразной заменой объективу в некотором диапазоне значений выдержки. Выигрыш от использования оптической стабилизации обычно составляет примерно 3 – 4 ступени экспозиции. Благодаря механизму оптической стабилизации в некоторых съемочных ситуациях фотограф может увеличить выдержку и спокойно снимать с рук.

Технология оптической стабилизации изображения появилась в 1994 году, когда компания Canon представила для массового рынка новую систему, получившую название OIS (Optical Image Stabilizer — оптический стабилизатор изображения). Схема этого оптического стабилизатора состояла из специальных линз, которые корректировали направление светового потока внутри объектива и электромагнитных приводов, отвечающих за отклонения этих самых линз.

Стабилизирующий элемент, встроенный в объектив, отличался подвижностью по вертикальной и горизонтальной осям. По команде с сенсора он отклонялся электрическим приводом таким образом, чтобы проекция изображения на светочувствительной пленке (или матрице) полностью компенсировала колебания фотоаппарата за время экспозиции. Благодаря такому решению при малых амплитудах колебаний камеры проекция всегда остается неподвижной относительно матрицы, что и обеспечивает изображению необходимую четкость.

Главной трудностью при создании такой оптической стабилизации являлось точная синхронизация дрожания рук фотографа и величины отклонения корректирующих линз. Однако в компании Canon успешно справились с решением этой проблемы. Правда, не обошлось и без некоторых недостатков. В частности, присутствие дополнительного оптического элемента в конструкции объектива снижает его светосилу.

Принципы работы системы оптической стабилизации, заложенные в начале 90-х годов, по большому счету остались неизменными вплоть до наших дней. За японской компанией потянулись и другие ведущие производители фототехники, которые представили свои системы оптической стабилизации изображения, получившие фирменные наименования:

Canon — Image Stabilization (IS)

Nikon — Vibration Reduction (VR)

Panasonic — MEGA O.I.S. (Optical Image Stabilizer)

Sony — Super Steady Shot

Sony Cyber-Shot – Optical SteadyShot

Sigma – Optical Stabilization (OS)

Tamron – Vibration Compensation (VC)

Pentax – Shake Reduction (SR)

Несмотря на разные названия и описания к этим системам, они основываются на одном подходе, но могут отличаться между собой степенью эффективности компенсации дрожания камеры. Кратко пройдемся по различным вариантам оптической стабилизации от известных компаний-производителей фотооборудования.

Canon 

Компания Canon, являющаяся в некотором роде первопроходцем в области оптической стабилизации изображения, традиционно уделяет большое внимание  реализации этой системы в своих объективах, предназначенных для зеркальных и компактных камер. Фирменные объективы с встроенной системой оптической стабилизации имеют пометку IS (Image Stabilizer). Система IS предусматривает наличие дополнительной группы линз, размещенных в средней части конструкции объектива. Электромагнитный привод позволяет мгновенно смещать одну из линз этой группы относительно оптической оси. Вибрация камеры фиксируется посредством двух пьезоэлектрических сенсоров, которые часто называют гироскопическими. Один из сенсоров обнаруживает горизонтальное смещение камеры, другой же, соответственно, отвечает за вертикальную плоскость.

Сигналы от гироскопических сенсоров обрабатываются микропроцессором, который определяет величину и направление смещения изображения относительно оптической оси объектива. Далее микропроцессор приводит в действие электромагнитный привод блока стабилизации, чтобы скорректировать положение изображения за счет смещения подвижной линзы по двум осям в плоскости, перпендикулярной оптической оси объектива. В результате, изображение может быть стабилизировано, снижается степень «размазывания» снимка. Тесты показывают, что система IS может быть эффективной при удлинении выдержек до 2 – 3 ступеней. При необходимости ее можно принудительно отключить.

Для осуществления качественной макросъемки компания Canon предлагает объективы с встроенной системой оптической стабилизации Hybrid IS. Вибрация и дрожание камеры существенно влияют на качество и четкость картинки при фотографировании небольших по размеру объектов. И стандартная система оптической стабилизации здесь не так эффективна. Новая технология оптической стабилизации Hybrid IS предусматривает добавление еще одного датчика угловой скорости для определения степени отклонения угла из-за эффекта дрожания рук, а также нового датчика ускорения, определяющего степень смещения объектива в линейной плоскости.

Нужно отметить, что смещение фотоаппарата в линейной плоскости очень сильно сказывается именно на качестве макросъемки. Теперь блок IS включает в себя уже четыре датчика, а не два, чтобы более эффективно компенсировать малейшие колебания цифрового фотоаппарата. Микропроцессор анализирует сигналы, поступающие с датчиков, и по специальному алгоритму формирует управляющие сигналы для смещения линзы стабилизатора посредством электромагнитного привода. Система Hybrid IS позволяет уменьшить влияние обеих типов «шевеленки», то есть как резкое изменение  угла направления объектива в круговой плоскости, так и смещение фотокамеры в линейной плоскости.

Также японская компания применяет технологию оптической стабилизации Dynamic IS, перекочевавшую в фотокамеры из видеосъемки. Она используется в телевиках и широкоугольных объективах при съемке видеороликов. Динамический оптический стабилизатор изображения призван обеспечить получение более стабильной картинки при съемке видео за счет компенсации низкочастотных вибраций, таких как дрожание фотоаппарата или съемка с рук.

Nikon

Другие производители внедряют похожие технологические решения. В частности, компания Nikon в своих объективах использует систему оптической стабилизации Vibration Reduction (VR). Тут также применяется дополнительная группа линз с подвижным элементом, а величина и направление смещения камеры в процессе экспонирования снимка вычисляются микропроцессором. Он обрабатывает данные, поступающие с двух гироскопических сенсоров с частотой примерно 1000 значений в секунду. В случае необходимости микропроцессор посредством двух электроприводов управляет смещением подвижной линзы относительно ее центрального положения.

Система VR активируется автоматически при нажатии фотографом кнопки спуска наполовину. Когда кнопка спуска нажата наполовину, стабилизатор изображения работает менее эффективно и подавляет лишь небольшие вибрации для комфортной компоновки кадра в видоискателе или на ЖК-дисплее. В момент же полного нажатия на кнопку спуска подвижная линза мгновенно устанавливается в центральное положение, что позволяет уже максимально эффективно компенсировать вибрации камеры.

Таким образом, в процессе экспонирования снимка включается режим максимально точной компенсации вибраций, обеспечивающий получение более четкой картинки. Использование системы VR позволяет в несколько раз увеличить длительность выдержки. Различные модификации этого механизма оптической стабилизации (VR и VR II) применяются в широком спектре объективов, выпускаемых для зеркальных фотоаппаратов Nikon.

Panasonic

Panasonic применяет систему оптической стабилизации под названием MEGA O.I.S, которая изначально разрабатывалась специалистами компании для фирменных видеокамер, но затем была адаптирована под фототехнику. В частности, для использования в цифровых фотоаппаратах линейки Lumix со сменной оптикой. Для компенсации смещения проецируемого через объектив изображения относительно светочувствительной матрицы оптическая система дополняется группой линз с подвижным элементом. Зафиксировав вибрацию фотоаппарата, встроенный гироскопический датчик подает сигнал к микропроцессору для расчета коррекции. Затем на основе полученных данных микропроцессор смещает линзу стабилизатора таким образом, чтобы свет направлялся точно к матрице. Весь этот процесс занимает считанные доли секунды.

Обладатели фотоаппаратов Lumix, оснащенных системой MEGAO.I.S., могут переключать режимы работы стабилизатора. Первый режим предусматривает постоянную работу оптического стабилизатора, а второй – предполагает, что система стабилизации включается только в момент нажатия на спусковую кнопку. Естественно, поддерживается возможность полного отключения системы стабилизации в тех случаях, когда это диктуется условиями съемки или желанием фотографа.

Pentax

У компании Pentax имеется своя фирменная система стабилизации под названием Shake Reduction (SR). Впервые для коммерческого пользования она была представлена в 2006 году, когда компания запустила в продажу компактный 8-мегапиксельный цифровой фотоаппарат Optio A10. Позже Pentax начала использовать данную систему стабилизации не только в своих компактных, но и в зеркальных цифровых камерах.

Технология Shake Reduction основана на сдвиге матрицы фотоаппарата. В этом случае по вертикали и горизонтали сдвигается уже не подвижная линза стабилизатора, а светочувствительная матрица фотоаппарата.

Такая система стабилизации не влияет на светосилу объектива или стоимость оптики, стабилизатор один и находится в корпусе фотоаппарата, потребляет меньше энергии, чем системы фокусировки встроенные в объектив.

Источник: Фотокомок.ру – тесты и обзоры фотоаппаратов (при цитировании или копировании активная ссылка обязательна)