Kuvanvakain on valokuvauksessa ja elokuvauksessa käytetty tekniikka, joka vähentää kameran liikkeiden aiheuttamaa kuvien epäterävyyttä tai tärinää . Valokuvauksessa stabilisaattorin tarkoitus on laajentaa mahdollisuuksia kuvata ilman jalustaa tai muuta tukea heikossa valaistuksessa, kun tarvitaan pitkiä valotuksia . Elokuvassa ja televisiossa stabilaattoreita käytetään vähentämään kuvan tärinää, joka on väistämätöntä, kun kamera liikkuu kameramiehen käsissä tai ajoneuvossa.
Digitaalinen kuvanvakain on videotekniikan kuvankäsittelytekniikka, jonka avulla (kameran liikkeen kompensoinnin lisäksi) voidaan kompensoida kokonaan tai osittain jonkin kuvassa olevan kohteen liikettä ja parantaa kuvanlaatua tärkeiden kohtauksen yksityiskohtien vähemmän hämärtymisen ansiosta. .
Kuvanvakain on yleinen termi kaikille kameran osille, jotka suorittavat kuvanvakautta.
Kaikki tunnetut stabilointijärjestelmät on jaettu aktiivisiin ja passiivisiin. Ensin mainitut sisältävät gyrostabilisaattorit ja mekaaniset vaimentimet , jotka vakauttavat kameran asentoa avaruudessa, kuten Steadicamit , erikoisalustat ja panoraamapäät [1] . Passiiviset järjestelmät perustuvat optiseen tai digitaaliseen kompensaatioon todellisen kuvan siirtymiseksi suhteessa valovastaanottimen pintaan tai itse matriisin siirtymiseen siirtyvän kuvan jälkeen.
Kuvanvakautusjärjestelmien ominaisuudet ovat rajalliset. Optimistisimpien tietojen mukaan sallitun altistuksen määrän lisäys on 8-16-kertainen (3-4 valotusaskelta) [2] [3] [4] .
Joissakin tapauksissa automaattinen vakautus voi kuitenkin olla erittäin hyödyllinen, sillä sen avulla voit pidentää suljinaikaa samoilla 3-4 askeleella ja ottaa rauhallisesti kädessä sellaisissa valaistusolosuhteissa ja objektiivin polttoväleillä, kun jalusta tarvitaan ilman stabilointiainetta. Lisäksi joskus stabilointi mahdollistaa matriisin herkkyyden "pakotetun" kasvun välttämisen, mikä johtaa melutason nousuun .
Teknologiat ovat löytäneet sovelluksen valokuvauksessa , videokuvauksessa , tähtitieteellisten kaukoputkien ja kiikarien suunnittelussa. Vakautus on tärkeintä, jos kameran liikkumisvaara kuvattaessa, pitkällä suljinnopeudella ja objektiivin merkittävällä polttovälillä . Videokameroissa kameran liike aiheuttaa näkyvää kehystä kuvasta toiseen . Tähtitiedessä laiteiskut aiheuttavat linssin värähtelyjä, jotka aiheuttavat ongelmia objektien sijainnin rekisteröimisessä kuvan siirtymien vuoksi nimellisasennosta polttotasolla.
Kuvanvakaimet ovat optisia, liikkuvalla matriisilla ja elektronisia (digitaalisia).
Kamerassa on sisäänrakennetut erikoisanturit, jotka toimivat gyroskooppien tai kiihtyvyysantureiden periaatteella . Nämä anturit määrittävät jatkuvasti kameran pyörimiskulmat ja liikenopeudet avaruudessa ja antavat käskyjä sähköisille toimilaitteille, jotka poikkeavat linssin tai matriisin stabilointielementin. Elektronisen (digitaalisen) kuvanvakaimen avulla prosessori laskee kameran kulmat ja liikenopeudet uudelleen, mikä eliminoi siirtymisen.
Vuonna 1994 Canon esitteli OIS -nimisen tekniikan ( englanniksi Optical Image Stabilizer - optinen kuvanvakain). Pysty- ja vaaka-akselia pitkin liikkuva linssin stabilointielementti poikkeutetaan stabilointijärjestelmän sähköisellä käyttövoimalla gyroskooppisten antureiden käskyillä niin, että kuvan projisointi filmille (tai matriisille) kompensoi täysin kameran tärinän käytön aikana. altistuminen [5] . Tämän seurauksena pienillä kameran tärinän amplitudilla projektio pysyy aina paikallaan suhteessa matriisiin, mikä antaa kuvalle tarvittavan selkeyden. Ylimääräisen optisen elementin läsnäolo kuitenkin pienentää hieman linssin aukkosuhdetta .
Muut valmistajat ovat ottaneet käyttöön optisen vakautustekniikan, ja se on osoittautunut hyvin useissa teleobjektiivissa ja -kameroissa ( Canon , Nikon , Panasonic ). Eri valmistajat kutsuvat optista stabilointia eri tavalla:
Filmikameroissa optinen stabilointi on ainoa tekniikka, jolla voidaan torjua tärinää, koska itse filmiä ei voida siirtää digitaalikameran matriisin tavoin.
Erityisesti digitaalikameroita varten Konica Minolta on kehittänyt stabilointiteknologian ( englanniksi Anti-Shake - anti-shake), jota käytettiin ensimmäisen kerran vuonna 2003 Dimage A1 -kamerassa. Tässä järjestelmässä kameran liikettä ei kompensoi objektiivin sisällä oleva optinen elementti, vaan sen matriisi , joka on kiinnitetty liikkuvalle alustalle.
Objektiivit halpenevat, yksinkertaistuvat ja luotettavampia, kuvanvakain toimii minkä tahansa optiikan kanssa. Tämä on tärkeää järjestelmäkameroissa , joissa on vaihdettavat objektiivit. Matriisisiirtovakautus, toisin kuin optinen stabilointi, ei aiheuta kuvaan vääristymiä (ehkä paitsi epätasaisen objektiivin terävyyden aiheuttamia vääristymiä) eikä vaikuta objektiivin aukkoon. Samaan aikaan matriisisiirtostabilointia pidetään vähemmän tehokkaana kuin optista stabilointia.
Linssin polttovälin kasvaessa Anti-Shake-toiminnon tehokkuus heikkenee: pitkillä tarkennuksilla matriisin on liikuttava liian nopeasti liian suurella amplitudilla, ja se yksinkertaisesti lakkaa pysymästä "takaava" projektiossa.
Lisäksi suuren tarkkuuden saavuttamiseksi järjestelmän on tiedettävä tarkka objektiivin polttovälin arvo, mikä rajoittaa vanhojen zoom-objektiivien käyttöä, sekä tarkennusetäisyys lähietäisyydellä, mikä rajoittaa sen toimintaa makrokuvauksessa.
Liikematriisin stabilointijärjestelmät:
On myös EIS ( Eng. Electronic (Digital) Image Stabilizer - elektroninen (digitaalinen) kuvanvakain). Tämän tyyppisellä stabiloinnilla noin 40 % matriisin pikseleistä on osoitettu kuvanvakauttamiseen, eivätkä ne osallistu kuvan muodostukseen. Kun videokamera tärisee, kuva "kelluu" matriisissa , ja prosessori tallentaa nämä vaihtelut ja tekee korjauksen käyttämällä ylimääräisiä pikseleitä kuvan tärinän kompensoimiseksi. Tätä stabilointijärjestelmää käytetään laajalti digitaalisissa videokameroissa , joissa matriisit ovat pieniä (0,8 Mp, 1,3 Mp jne.). Sillä on huonompi laatu kuin muilla stabilointityypeillä, mutta se on pohjimmiltaan halvempaa, koska se ei sisällä ylimääräisiä mekaanisia elementtejä.
Kuvanvakautusjärjestelmällä on kolme tyypillistä toimintatilaa: yksittäinen tai henkilökohtainen ( englanniksi Shoot only - vain kuvattaessa), jatkuva ( englanniksi Jatkuva - jatkuvasti) ja panorointitila ( englanniksi Panning - panorointi).
Yksittäistilassa stabilointijärjestelmä aktivoituu vain valotuksen ajaksi, mikä on teoriassa tehokkain, koska se vaatii vähiten korjaavia liikkeitä.
Jatkuvassa tilassa stabilointijärjestelmä toimii jatkuvasti, mikä helpottaa keskittymistä vaikeissa olosuhteissa. Stabilointijärjestelmän tehokkuus voi kuitenkin tässä tapauksessa osoittautua jonkin verran heikommaksi, koska korjaava elementti voi olla jo siirtynyt altistuksen aikana, mikä vähentää sen säätöaluetta. Lisäksi järjestelmä kuluttaa enemmän virtaa jatkuvassa tilassa, mikä johtaa nopeampaan akun tyhjenemiseen .
Panorointitilassa stabilointijärjestelmä kompensoi vain pystysuuntaiset värähtelyt.
Syyskuussa 2012 maailman ensimmäinen optinen kuvanvakain (OIS) -matkapuhelin oli Nokia Lumia 920 -älypuhelin .
1.Optinen
2.Digitaalinen