工业相机防抖镜头 关于相机防抖你了解吗?

小编 2024-11-23 机器视觉 23 0

关于相机防抖你了解吗?

用了这么多相机,或许,你有想过这些问题吗……

5轴防抖到底是哪5轴?

上三脚架/稳定器时是否需要关闭防抖呢?

各品牌相机的防抖是统一标准吗?

什么是协同防抖?

防抖相机到底哪家强呢?

2024年,相机的机身防抖基本已经是标配了,相机爱好者们(各家粉丝)也常常因为不同机身的防抖性能争论不休。我们今天就来尝试为大家解答以上五个问题。

防抖的基础知识

让我们说得简单一些,暂且略过函数和基础原理,直接从结论和效用的角度说明。

► 防抖的工作原理

奥林巴斯的机身防抖是公认的好,所以我们引用一下奥巴机身的防抖图来配合说明。实际上,机身防抖的基本方法就是——依靠传感器CMOS 反向位移,以抵消人手持相机时的轻微晃动。

CMOS的位移主要是靠周围的磁力组件控制强磁铁进行各个方向的移动。而这个方向是由相机里的加速度传感器、陀螺仪、角速度传感器等接受到的数据,通过处理器匹配镜头焦段进行计算而输出的。

► 视频防抖 vs 拍照防抖

一台相机的防抖功能可以用于拍摄照片,也可以用于拍摄视频,但其实拍照和视频的防抖模式有非常大的差别!

对于拍摄照片来说,「精度」是重中之重。

「精度」意味着相机需要针对检测到的抖动,并且需要极其精确地对CMOS传感器的位移进行控制。在快门开启的时间内,尽可能的完全抵消相机的运动带来的视角变化,以防止画面糊掉。

对于拍摄视频来说,是否能够「平滑地修正相机的抖动」才是关键。

要想实现“平滑”的防抖效果,相机就需要结合当前运动的实时状态,不是完全抵消抖动,而是让这个画面的移动趋于合理化,这是一个非常复杂的控制过程。所以经常会发现在视频和图片的拍摄中,同一款相机表现出的防抖效果可能截然不同。

通过以下传感器防抖示意图,大家可以观察出五轴防抖的5个轴。传感器的横向X轴左右移动、竖向Y轴上下移动、延X轴的上下俯仰翻转,延Y轴的左右倾斜翻转,以及传感器向光轴方向的Z轴的传感器平面旋转。

图中X、Y、pitch、yaw、Roll就是对应上文的五个轴

进阶知识:

有小伙伴可能会好奇:为什么现在的传感器没有Z轴前后防抖来凑齐6轴防抖呢?

那是因为:人手持相机时,抖动频率其实较低,一般也就是1-3Hz,然后这种程度的抖动幅度也很小,对于这五个方向的抖动都解决了以后,至少能保证画面没那么糊。而光轴方向的前后推移由于人手这方面本来控制就较好,而出现的一定情况可以利用镜头的对焦模组进行一定程度的预修正,这个仅会在特别微距的摄影等对于细节极为敏感或极浅景深的拍摄中体现出问题。

但也许以后的相机会在这方面也进行改进,做到更好的6轴防抖吧~

防抖的适用场景

首先需要说明的是,对于相机防抖的开发主要是基于手持场景下的稳定,更极端点说,主要是在站定时的情况使用的。所以在步行等较大幅度的晃动下,并不能很好的保持稳定,毕竟这个超出了防抖的工作范围。不过我们前文也提到,其实视频下是有相应的解决方案的,毕竟不是追求绝对的稳定,而是追求更加顺滑的视角移动,在这个前提上各家也都有自己的方法让画面看起来更"符合需求"。

然后是开头的一个问题,在三脚架上是否需要关闭防抖?

先说结论:如果你的相机不支持自动检测"相机是否处在三脚架或稳定状态下",那么关掉防抖也许是更好的选择,如果你使用的是类似富士、松下等支持自动检测的相机,绝大多数情况下都不需要关闭防抖。

在上一段话里狗崽加了很多定语,大家看起来可能会觉得比较拗口,不过这样才是一个比较严谨的答案。实际上在三脚架本身足够稳定的情况下,无论开关防抖与否都问题不大;但是例如在马路上的天桥、轨道交通站等地方,还是不免有一些震动——而且这个震动属于较为高频的震动。这种震动与相机设定内手持时的震动频率相差较大,甚至超过10Hz,此时相机的防抖系统在这里往往起不到什么大的作用,如果没有专门的优化甚至可能会有反效果。

就比如我们在拍摄固定场景的延时照片序列时,通常情况下需要主动关闭防抖,不然在其他外力作用下(风、地面震动之类),开启防抖可能会导致图片产生形变。

所以如果说你不确定你的相机是否在这方面有优化,而又非常担心当前出图质量,那么关闭防抖是最保险的做法。不过一定记得拍完以后再打开~ 狗崽就有没打开的时候,导致出片不顺利。因此狗崽自己平时一般时让它一直开着的。

那么在稳定器 上面是否同理呢?答案是否定的,反而在稳定器上的振动频率与三脚架上完全不同,毕竟是人举着的,所以其实更接近人体的情况。并且,在稳定器上更多的是视频拍摄,这个时候也是"顺滑"大于"精准稳定",所以其实在稳定器上是完全不需要关闭防抖的。

防抖的分级方法

目前,防抖等级都是由「日本相机影像器材工业协会(CIPA)标准」来认证和制定的。为了弄清楚整个防抖分级的情况,狗崽特意学习了CIPA防抖测试标准。

测试的一些基础条件(简单翻译:抖动测试专用的标版、专用的摇动台和专用的测定软件)

以上内容,大家只需要知道这是一个只针对「拍照稳定性」的测试标准,且与测试时用的焦段强相关,一旦偏离焦段,结果就很可能与测试评级完全不同。

另外,即使是在测试焦段下,不同的环境对于防抖等级也会有不同程度的影响,比如,这个评级就不太适用于长曝光拍摄。举例说明:假如一台相机在不带防抖的情况下使用1/8s也可以做到画面清晰,如果加上8级防抖,理论上就可以拍摄稳定的32秒长曝光画面(8级代表8档进光量,1/8s、1/4s、1/2s、1s、2s、4s、8s、16s、32s共8档),但狗崽认为这个显然是无论如何都不合理的,这个测试方法或许已经有点过时了。

综上,结论就是

① CIPA防抖评级参考参考就行

② 一定要看清测试焦段

③ 视频防抖的等级与该测试无关

什么是协同防抖

正如狗崽刚刚提到的,现在的相机的防抖主要都是针对手持状态下的拍摄,只需要给相机输入对应的镜头焦段,相机即可以对应的参数来计算,并控制防抖组件,达到稳定画面的目的。而镜头防抖是在镜头中有相应的传感器,控制镜头组件的平移改变光路,来进行防抖的控制。如果机身和镜头的防抖无法同步数据,则可能起反效果。

一般来说,平移机身内图像感应器的防抖机构对广角或近似焦段具有较好的抖动补偿效果,而镜头内光学式防抖机构对长焦具有更好的补偿效果,像松下或者佳能等厂商结合了机身防抖与镜头光学防抖,进行协同防抖,能够在不同焦距下均发挥出很好的抖动补偿效果。

图为镜头防抖带来的演示

这里也做一点小小的补充,首先是协同防抖并不见得就能让防抖等级的最高标称数字增加,但是这个协作的确是发挥效果的——因为如果不协同防抖就一定达不到那个最高的数字。

举例说佳能的EOS R5、R3等机型在搭配特定不带防抖的定焦时能达到8级防抖,搭配其他焦段的镜头可能就需要协同防抖才能达到8级,而在有些焦段下即使协同防抖可能也达不到8级。

比如说,在搭配RF85mm F1.2 L USM等部分不具备光学防抖的镜头时,机身防抖直接就可实现最高8级的抖动补偿效果,而在使用RF24-105mm F4 L IS USM等镜头时,如果只有机身防抖或者镜头防抖,都将在105mm端仅有5级防抖,而在高性能DIGIC X数字影像处理器通过新算法对陀螺仪感应器的信号处理下机身防抖可与镜头光学防抖联动进行协同防抖,提供最高8级的抖动补偿效果。

相机防抖哪家强?

这个问题其实没有一个绝对的答案,但我们需要确认几个大前提——

① 画幅越小,防抖效果越好

② 像素密度越低,防抖效果越好

③ 机身镜头硬件软件越先进,防抖效果越好

► 画幅

相机的画幅小,在防抖组件补偿距离相同的情况下,就能带来更大比例的位移,抵消更多抖动带来的影响,所以小画幅的机械防抖是更好做的,这也是为什么4/3画幅相机普遍都有着优异的防抖性能。

► 像素密度

相机像素密度越高,各方面的要求也同步提升。可能在2400万像素下,轻微抖动不到1个像素点的距离,在6100万像素下则已经超过1个像素点,结果就是同样放大到100%的时候,2400万像素下看起来照片很清晰,在6100万像素下就没那么清楚了。当然,也可以理解为抖动造成的模糊一直存在,只是用2400万像素拍不出这个模糊的效果。

► 软硬件先进程度

现在各品牌都增加了自家的新防抖技术,起码从数字上,把旗下的相机防抖级别“刷”到了CIPA 8级或7级防抖。

比如说松下的4/3画幅相机开始的防抖性能就很不错了,现在这种表现也延续到了全画幅相机上面,尤其是在视频防抖上做得非常突出,相信松下用户们都会有深刻感受。

索尼在α7R V开始也有更新新的防抖系统,同样增加到8级防抖,效果相比以前的来说进步也是十分显著的,到如今也是足够优秀的水平了。

富士的X系统机身也普遍搭载了防抖系统,并且和许多变焦镜头搭配起来也可以进行协同防抖;而在GFX系统上,尺寸更大的中画幅传感器也拥有不错的的防抖效果。

其他品牌狗崽就不一一列举了,实际上已经没有哪个做的比较差了,唯一需要期待的可能就是以后谁能做到6轴机内防抖、国产相机出来以后防抖如何等等问题了~

那大家觉得哪家防抖好呢?大家可以在评论区分享一下自己“端得最稳”的经历,来看看谁更好~

掌握正确防抖姿势 相机也有鸡头效果

在今天防抖功能近乎成为数码相机的标准配置,它能够大大提升出片率,甚至让手持夜景成为可能。然而并非人人清楚防抖工作原理、工作模式以及正确的使用方式,以致发挥不出防抖功能的最佳效果,在此不妨一起深入了解防抖功能原理与正确使用姿态。

防抖技术分类

在进入数码时代后,防抖技术演变成两大阵型,一个是以佳能、尼康为代表的镜头防抖,另一个是以奥林巴斯、宾得为代表的机身防抖,在长达约10年里,镜头防抖、机身防抖好坏一直有所争论,其实二者各有优缺点:

镜头防抖

顾名思义,镜头防抖就是通过镜头的镜片进行运动,补偿手抖造成的理想光轴偏移,佳能IS、尼康VR、索尼OSS、松下O.I.S、富士OIS、腾龙VC、适马OS都属于镜头防抖技术。不过要实现防抖没那么简单,比如说佳能IS镜头除了防抖镜片外,还内置了两个振动陀螺仪感应器,用以检测镜头的振动,还采用了小巧、高响应速度的动圈元件去驱动防抖镜片运动。此外还需要IRED(红外发光二极管)和PSD(位置灵敏探测器)去检查防抖镜片运动状态,并反馈到系统当中。

佳能镜头的防抖装置

镜头防抖优点是防抖系统是针对镜头设计的,无论任何机身都能获得相同防抖效果,而且长焦镜头上镜头防抖拥有压倒性。但是缺点同样突出,防抖镜片是参与镜头成像的,它的运动会直接影响到镜头像差、慧差各项指标,会大幅度提升镜头设计难度;其次为了实现更好的防抖效果防抖镜片必须轻量化,这样才能快速运动,为此防抖镜片往往为单片单组设计,同时尺寸小、厚度薄,镜片相对脆弱。在2021年时候,LensRentals创始人Roger Cicala指出多支租赁的佳能RF 100-500mm f/4.5-7.1L IS USM防抖镜片无故碎裂,同时镜头序列号显示,出现问题镜头都属于早期产品,可见镜头防抖的麻烦之处。

碎裂的RF 100-500mm f/4.5-7.1L IS USM防抖镜片

机身防抖

机身防抖并非抖动相机机身进行防抖,而是通过抖动传感器实现防抖,这是一项数码时代才出现机身(胶片时代使用的是连续胶卷,无法对单张胶片进行抖动)。在机身防抖出现之处,只有两轴防抖,到了今天机身基本采用五轴防抖,只有少数入门相机才会采用三轴防抖,比如说OMD的PEN E-PL11相机。

机身防抖优点是通吃所有镜头,只要给相机系统输入正确的焦距,相机就能实现防抖,非常适合转接镜头使用,而且无需镜头防抖后,能简化镜头设计与降低成本。不过机身防抖问题与镜头防抖一样,缺点相当多,1.对长焦镜头效果会明显下降;2.影响CMOS传感器安装散热器,比如说佳能EOS R5C为了解决8K60P下散热问题,不但加入主动散热系统,而且去掉了机身防抖功能;3.机身防抖会明显增加机身厚度。

双重防抖

为了解决镜头防抖、机身防抖的不足,相机制造商提出的解决方案是在同一系统中同时采用镜头防抖、机身防抖功能,并对镜头防抖功能进行合理配置。比如做得比较成熟的是尼康、索尼、松下,在它们全画幅机身中标配了机身防抖功能,但是一般只在焦距100mm+的镜头上配置镜头防抖功能,这样短焦距镜头简化了设计,通过机身获得防抖能力,长焦距镜头拥有不错的防抖效果,甚至能与机身防抖结合,实现双重防抖,进一步提升防抖效果。

不过限于成本,大部分APS-C相机没有配备机身防抖功能,只能通过镜头实现防抖,不过相信技术成熟以及元器件供应充足,APS-C相机会慢慢普及机身防抖功能。

正确防抖姿势

为了更好衡量防抖效果,CIPA(日本国际相机影像器材工业协会)早在多年前就制定了一套防抖效果测量标准,相机厂商说的几档或是几档防抖正是基于CIPA测量方式得到的。不过我相信很多用户使用相机时会发现防抖效果达不到厂商标称值,为何会出现情况,我们先从CIPA测试流程说起。

按照CIPA防抖测试标准,测试标靶是由黑白跳变的纵横色块组合,每个色块中心是一张重复的照片,标靶大小是1000mm X 750mm,测试时 标靶放在等效全画幅焦距的20倍距离上,也就是说100mm全画幅镜头的标靶摆放距离是2000mm,50mm APS-C镜头(1.5X)的标靶摆放距离是1500mm。测试时相机放在一个特定的振动装置,该装置会沿俯仰、水平轴进行摇摆振动,模拟手持效果,然后拍摄200张照片,并设定一个可以接受的标准(当中涉及到公式计算,限于篇幅在此不展开介绍),最后按照一个算法测出相机、镜头的防抖效果。

CIPA的测试方案出台为提供可以横向评价防抖效果的标准,大家都知道数值越高,防抖效果越好,但是测试漏洞也不少:

1.防抖是水平状态下测试出来的,无法反映俯拍、仰拍时的防抖效果;

2.忽略了被摄物的距离、放大率影响防抖效果;

3.测试是用机器模拟双手抖动,忽略使用者个体差异,比如说使用大炮可能会因为力量不足无法获得最佳防抖效果;

4.测试状态是静对静(相机与被摄物都在原地),在动对静、动对动的状态,CIPA值没有参考意义;

5.测试没有考虑环境因素,比如说强风会影响防抖效果;

因此在实际使用时,要拍摄出清晰的照片,必须对人肉防抖效果进行修正:

1.俯拍、仰拍时防抖效果适当下调1-3档;

2.在近摄时防抖效果下调1-2档;

3.若要手持大炮,多锻炼身体或是使用脚架;

4.动对静、动对动拍摄时,忽略防抖效果,要根据实际速度去决定快门速度;

5.强风环境下防抖效果下调1-2档;

6.微距镜头本质是变焦镜头,在微距状态下建议使用脚架;

7.增倍镜会影响防抖效果,搭载增倍镜时防抖效果请参考官方说明。

选对防抖模式

除了上述要点,要获得最佳防抖效果,还要选择正确防抖模式,下面是尼康、佳能、索尼三家主流相机制造商防抖模式:

尼康

尼康在无反时代的防抖模式相对简单,低端产品只有开关VR防抖,但是高端产品提供Normal、Sport两种防抖模式,即使大炮也不例外:

Normal:适用于在拍摄静止拍摄对象时增强光学减震。

Sport:适用于拍摄运动员和其他正在进行迅速且不可预测运动的拍摄对象。

佳能

佳能的防抖模式相对复杂一点,低端产品只能开关防抖,而中高端产品支持模式更多一点,分别是模式1、模式2和模式3三种设定:

模式1:适用于拍摄人像等静止被摄体。

模式2:可用于追随拍摄,适合拍摄赛车、列车等场景。

模式3:适合在拍摄足球、篮球等无规律运动的被摄体时使用。(注:IS机构仅在完全按下快门按钮曝光时进行手抖动补偿动作。拍摄前取景时,可获得与关闭IS功能同样的观察效果。可避免追踪无规律运动被摄体时IS功能带来的取景器效果不自然,更易于捕捉被摄体。)

索尼

索尼的情况与佳能一样,低端只有开关,中高端有三种模式,具体是:

MODE1:补偿常规相机震动。

MODE2:补偿摇摄移动对象时的相机震动。

MODE3:对相机震动进行补偿,从而最大程度减小画面扰动。可以帮助用户跟上体育运动中快速、不规则移动的拍摄主体。

为了更好理解上述防抖模式差异,下表各个防抖模式的用途:

结语

在今天智能化是一大趋势,比如相机的对焦系统已经能识别越来越多物体,但相机作为一件生产力工具,依然有大量知识需要用户了解,海量技巧需要用户,希望这篇文章能够更好帮助用户发挥相机的防抖功能。

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