Zpráva o stavu DSLR - VII. Stabilizace na senzoru nebo v objektivu? - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

29. prosince 2008, 00.00 | V digitálních zrcadlovkách vedle sebe existují dva způsoby stabilizace obrazu - v objektivu pomocí plovoucí čočky a nebo v těle DSLR pomocí posunu senzoru. Který systém je lepší, proč a v čem?

I když perex tohoto článku je poněkud provokativní, tak je třeba hned na úvod zdůraznit, že oba systémy fungují velmi dobře a co se účinku týče podobně. Nejedná se tedy o žádný litý boj, nýbrž o filosofii řešení mající své fotografické a ekonomické důsledky. Situace je tak podobná např. otázce - benzín nebo diesel? I tam je možné snášet řady argumentů, faktem ale je, že při běžné jízdě autem to dnes již téměř nepoznáte.

Problémy s expozičním časem
My lidé nejsme schopni zůstat zcela v klidu a, byť mimoděk, stále děláme malé pohyby. Je to dobře vidět například pokud se podíváte do silného dalekohledu - bez podpory alespoň loktů je velmi obtížné udržet obraz v klidu. A čím více dalekohled přibližuje, tím více je rozkmitaný obraz. Nic nezmůže ani snaha se zcela zastavit, lidské tělo bez opory toho prostě není schopno.

Pokud pořizujete fotografii, vždy použijete nějaký expoziční čas, po který je otevřená závěrka. A pokud držíte fotoaparát v ruce, během této expoziční doby se fotoaparát díky pohybům těla pohybuje. Obraz vytvořený na senzoru tedy díky tomuto pohybu není ostrý - je rozhýbaný.

Poměrně velké množství neostrých snímků je způsobeno pohyby fotografa během snímání. Lidé tyto snímky často označí za špatně zaostřené, pravou příčinou ale nebylo špatné zaostření (snímek byl zaostřen dobře), ale rozhýbání!

Čím delší použijete ohnisko (zoom), tím více je objekt přiblížen a tím více se pohyby uplatní. Je to stejné jako u dalekohledu - čím dalekohled více přibližuje (to je ekvivalentní použití delšího ohniska), tím se obraz více klepe. Z této jednoduché zákonitosti vzniklo hrubé pravidlo, a sice že bezpečný čas pro fotografování z ruky je převrácená hodnota použitého ohniska.

Uvedené pravidlo je jen hrubé a statistické, protože každý člověk se "klepe" jinak a tak jedno pravidlo nemůže postihnout všechny lidi. Je to však velmi dobře vypozorované pravidlo platící v drtivé většině případů. Máte-li fotoaparát s menším senzorem, tak je třeba ohnisko přepočítat na kinofilm, pro který bylo pravidlo vytvořeno a tak je ohnisko třeba vynásobit crop faktorem. I když toto pravidlo je vcelku jednoduché a známé, tak je až neuvěřitelné, kolik snímků je denně pokaženo jeho nerespektováním!

Aktuálně použité ohnisko najdete snadno na zoom kroužku - zde 18 mm. Je platné vždy pro kinofilm a to i na objektivech určených výhradně pro DSLR. Toto je Nikon D90 s crop faktorem 1,5x a tedy bezpečný čas z ruky bez stabilizátoru by v tomto případě byl 1/27 sec, prakticky 1/30 sec.

Z pravidla uvedeného výše je evidentní, že na rozhýbání budou náchylné zejména teleobjektivy, kde díky dlouhému ohnisku vychází mnohem kratší bezpečný čas. Problém je v tom, že na krátké expoziční časy nebývá často dostatek světla a automatika nemá jinou možnost, než expoziční čas prodloužit nad limit bezpečného času. Avšak i u širokoúhlých objektivů se snadno dostanete do potíží s expozičním časem. Například v interiérech bývá světla velmi málo a tak při nepozorném fotografování snadno překročíte i poměrně dlouhé bezpečné časy. Fotograf tak musí neustále expoziční čas ve vztahu k ohnisku hlídat!

I když obecně platí, že na rozhýbání jsou více náchylné teleobjektivy, tak i u širokoúhlého objektivu můžete snadno překročit bezpečný čas např. v potemnělých interiérech.

Základy stabilizace
Konstruktéři hledali způsob, jak výše uvedené problémy s expozičním časem zmírnit a tím usnadnit fotografování. Řešení bylo nalezeno ve stabilizaci obrazu - potlačení chvění fotoaparátu. Účinnost každého stabilizátoru (neboli jeho zisk) se udává v tzv. EV jednotkách, přičemž 1 EV znamená, že můžete bezpečný expoziční čas bez obav 2x prodloužit. Zisk stabilizátoru 3 EV tedy umožní expoziční čas 2x2x2, tj. 8x prodloužit bez obav z rozhýbání snímku! Zisky většiny současných stabilizátorů se pohybují právě kolem hodnoty 3 EV.

Efekt stabilizátoru (graf platí pro ohnisko 200 mm) se projeví vyšší úspěšností snímků i při delším expozičním čase. Zelený bod označuje metodou uvedenou výše vypočítaný bezpečný čas a tak je vidět, že kriterium pro něj je poměrně přísné. Zpracováno podle podkladů Canon EF Lens Work.

Možnost prodloužit expoziční čas je extrémně užitečná právě u teleobjektivů, které jeho délku omezují nejvíce, uplatní se však u všech objektivů ve špatných světelných podmínkách. Jakýkoliv stabilizátor obrazu ale není schopen omezit rozmazání, které způsobí fotografovaný objekt svým vlastním pohybem. Stabilizátory tedy stabilizují jen fotografa, nikoliv fotografovaného!

Panning mode (švenkování)
Při záměrném pohybu fotoaparátu v horizontálním směru (švenkování, panning) může stabilizátor trhat s obrazem. Snaží se totiž pohyb eliminovat, brzy narazí na svůj doraz a obrazem škubne. Proto mají některé objektivy (zejména teleobjektivy u kterých je panning častý) buď automatický detektor panningu nebo přepínač umožňující stabilizaci v horizontálním směru vypnout.

Při panningu se záměrně hýbe s fotoaparátem v horizontálním směru a tak stabilizace může být kontraproduktivní. Je proto dobré ji buď automaticky nebo ručně pro horizontální směr vypnout.

Stabilizátor a stativ
Snaha stabilizovat zcela klidný fotoaparát se může paradoxně projevit v lehkém zhoršení obrazové kvality vlivem stabilizátoru. Proto se většinou doporučuje stabilizátor vypnout je-li fotoaparát na stativu. Faktem ale je, že většina moderních stabilizátorů má "automatický detektor stativu", který pracuje jednoduše tak, že pokud chvění poklesne pod určitou rozumnou mez, stabilizace se prostě sama vypne. Stabilizátor také vybíjí baterie, takže jeho vypnutím vždy když není potřebný se šetří energie.

Stabilizace v objektivu
První kdo uvedl na trh optickou stabilizaci obrazu byl Canon. Bylo to v roce 1995 a prvním výměnným objektivem pro SLR s vestavěným stabilizátorem byl Canon EF 75-300mm f/4-5.6 IS USM. Princip obrazové stabilizace v objektivu je ten, že dva gyroskopy (měřiče zrychlení) zjišťují chvění fotoaparátu v ose X (nahoru a dolů) a Y (vlevo a vpravo) a toto chvění kompenzují pohyblivé čočky v objektivu tak, aby obraz se trefoval na senzor/film bez ohledu na pohyby filmu/senzoru (více včetně animace funkce zde). Nyní tento systém nabízí ve svých objektivech Canon, Nikon, Panasonic, Leica, Sigma a Tamron. Sony a Pentax také, ale ne v DSLR.

Princip stabilizace v objektivu je v šikovném posunu skupiny čoček v objektivu tak, aby vždy ohnuly paprsky světla na senzor bez ohledu na pohyby těla se senzorem.

Princip je sice jednoduchý, realizace však méně - na obrázku "rozložený" stabilizátor v objektivech Canon. Zpracováno podle podkladů Canon EF Lens Work.

Z popisu plyne, že celá elektronika stabilizátoru je v objektivu a do DSLR se tedy dostává již stabilizovaný obraz a tak ze stabilizovaného obrazu může těžit jak zaostřovací systém (AF), tak fotograf a tím v hledáčku lépe rozhodnout, kdy stisknout spoušť. Celá elektronika a mechanika stabilizátoru může být také perfektně vyladěna na konkrétní objektiv (jeho ohnisko, ostření atd.) a pohyby čoček mohou být poměrně malé a přitom kompenzovat velké výkyvy. Z logiky věci ale není tento druh stabilizátoru schopen stabilizovat rotační pohyby kolem optické osy - pouze posuvy nebo potočení nahoru/dolů a vlevo/vpravo.

Stabilizace na senzoru (Senzor shift)
Druhý způsob, jak stabilizovat obraz, je "jezdit" senzorem tam, kde se právě obraz nalézá, neboli pohyby senzoru kompenzovat chvění fotoaparátu. Princip je tedy podobný - dva gyroskopy měří X a Y pohyby (mohou měřit i rotaci) a senzor si podle těchto změřených pohybů jezdí pro obraz a tím jej stabilizuje. Proto se často tomuto způsobu stabilizace říká "Senzor shift", neboli posun senzoru. Pro správný výpočet pohybu senzoru je však nutné znát ohnisko objektivu, které ale moderní objektivy tělu sdělují.

Princip stabilizace senzoru (těla DSLR) je v takovém posunu senzoru (sensor shift), aby se eliminovaly pohyby těla.

Je přirozené, že senzor z mechanických důvodů nemůže jezdit v DSLR příliš daleko a tak je stabilizace senzorem schopna kompenzovat jen menší výchylky. Současně obraz z principu věci nemůže být stabilizován v hledáčku a ani AF senzory nemohou ze stabilizace těžit. Velkou výhodou ale je, že stabilizátor je k dispozici stále a pro jakýkoliv objektiv.

Princip jednoduchý, realizace však opět složitější. Na snímku je senzor se stabilizátorem ve fotoaparátech Sony.

První, kdo uvedl na trh tento typ stabilizace, byla v roce 2003 Minolta v modelu kompaktního digitálního fotoaparátu DiMAGE A1 a sice pod názvem Anti Shake. První DSLR potom byla Konica Minolta Dynax (Maxxum) 7D, od té doby používají v DSLR tento systém i Olympus, Pentax a Samsung a přirozeně Sony, která DSLR Konica Minolta koupila.

Prvním digitálním fotoaparátem se stabilizovaným senzorem byla Minolta DiMAGE A1 - 5 MPix kompaktní fotoaparát s rozsahem zoomu 28-200 mm.

Srovnání obou systémů
Jak to tak bývá, různé systémy mají různé výhody a nevýhody, zkusme tedy výhody a nevýhody shrnout:

Poznámka [1]
Čím delší je ohnisko objektivu, tím větší musí být pohyby senzoru pro účinnou stabilizaci. Podle materiálů Canon 400D (Rebel XTi), objektiv s ohniskem 28 mm potřebuje posuny senzoru kolem 1 mm, zatímco objektiv 300 mm již kolem 5,5 mm. To je již mimo technické možnosti stabilizovaného senzoru, kdežto stabilizace v objektivu pracuje normálně a naopak je tím účinněji, čím je ohnisko delší. A právě u delších ohnisek je stabilizace nejpotřebnější.

Poznámka [2]
Stabilizace v objektivu je v principu neschopná korigovat rotační pohyby s fotoaparátem kolem obrazové osy. Senzor však pootočit lze a tím lze i tyto pohyby stabilizovat. Tento druh rotační stabilizace senzoru však deklaruje jen Pentax.

Poznámka [3]
Obvykle je snaha využit objektiv na maximum, a tak se jeho obrazové pole (plocha dobré kresby) dotýká v rozích senzoru. To je i důvod, proč právě rohy obrazu jsou neproblémovější z hlediska kresby, vinětace atd. Posunem senzoru při stabilizaci se senzor dostává mimo obrazové pole objektivu, čímž trpí kresba zejména v rozích a na kratších stranách. Tento problém nehrozí, pokud na stabilizované DSLR s menším senzorem použijete objektivy pro plný filmový formát.

Obrazové pole objektivu je plocha, kde objektiv "přijatelně" kreslí. Posunem senzoru při stabilizaci se jezdí mimo toto pole, čímž může trpět kresba (šrafováno). Vedle mechanických problémů je i toto faktor, který omezuje možnou míru stabilizace - velikost posunu senzoru.

Digitální stabilizace
V souvislosti se stabilizací obrazu je občas možné slyšet ještě termín digitální stabilizace. Objevuje se zejména u kompaktních fotoaparátů a znamená většinou prosté zvýšení ISO a tím možnost zkrácení expozičního času. Kratší expoziční čas pak povede k ostrým snímkům, což připomíná stabilizaci, byť za cenu vyššího šumu v obraze. O žádnou skutečnou stabilizaci se ale přirozeně nejedná a je to pouze marketingový trik.

Stabilizátor v objektivu a současně v těle
Naskýtá se otázka, jak by reagovalo stabilizované tělo DSLR, na které by se nasadil stabilizovaný objektiv. Odpověď je jednoduchá - nestabilizovalo by to, oba stabilizátory by se totiž vzájemně rušily a nejspíše rozkmitaly. Při zjištění dvojí přítomnosti stabilizátoru by však nic nebránilo tomu jeden vypnout.

Závěr
Není pochyb o tom, že stabilizátor je skvělé a opravdu účinné zařízení, které je možné jen a pouze doporučit. Pomineme-li ekonomické hledisko, tak není pochyb o tom, že stabilizovaný objektiv má výhody proti stabilizovanému tělu. Faktem ale je, že tyto výhody nejsou nijak výrazné, a tak je reálně ocení jen málokdo. Navíc mít stabilizátor stále a pro každý objektiv k dispozici v těle je obrovská výhoda.

Výrobci, kteří vsadili na stabilizovaná těla, vývoj stabilizátorů v objektivech již pravděpodobně nikdy nezahájí. Je ale otázkou, zda zejména Canon s Nikonem časem nabídnou trhu i variantu stabilizovaného těla. Sice by omezili prodej svých objektivů se stabilizátorem, trh by to ale jistě uvítal. Navíc nic nebrání tomu stabilizátor v těle vypnout, pokud objektiv nahlásí svůj stabilizátor, a existuje i (zatím) teoretická možnost aktivovat oba stabilizátory a tím dosáhnout "superstabilizaci".

Tento snímek byl pořízen ohniskem 800 mm (objektiv 400 mm + telekonvertor 2x), kdy Měsíc již vyplní asi třetinu plochy snímku. Byť byl fotoaparát na kvalitním a pevném stativu, tak sebemenší dotyk se projevil silným roztřesením Měsíce v hledáčku. Protože ostření při světelnosti f/11 (důsledek telekonvertoru) již nepracuje, tak bylo nutno ostřit ručně, což by bez stabilizovaného obrazu v hledáčku bylo nemožné. Stabilizovaný objektiv byl tak pravým požehnáním.

Další zdroje (anglicky)
More on In-Camera vs. In-Lens Image Stabilization
Image Stabilization - Body or Lens?
Lens vs. Sensor-Shift Image Stabilisation - Who Does It Better?
How the Optical Shift Image Stabilizer Works (Canon)
Test Method for Image Stabilizing Systems (PDF, 6 MB)