Адам Уилт. Почему дрожит камера?

Любой оператжр во время съемви стремится обеспечить устойчивость изображения. Но сделать это совсем не просто, особенно если камеру нужно перемещать. Иногда хочется просто плюнуть на все и сказать: “Пускай с этим разбираются при постпроизводстве”. Но хотя такой вариант вполне возможен, все-таки предпочтительнее сразу снимать должным образом. Поэтому давайте рассмотрим причины, вызывающие дрожание изображения, и меры, которые могут помочь в его устранении. Когда вы разберетесь в том, какими способами можно обеспечить устойчивость изображения, вам будет легче выбрать наиболее подходящие для себя средства, не полагаясь на рекламные лозунги.Физика вращения

Какие же основные физические механизмы приводят к дрожанию изображения? Давайте возьмем камеру, подключим к ней видеомонитор и по ходу обсуждения проделаем некоторые эксперименты.

Чаще всего дрожание вызывают повороты камеры. Если камеру двигать назад и вперед, вверх и вниз или из стороны в сторону, то на изображении это сказывается незначительно, но даже небольшое вращение приводит к резким его изменениям. Настройте камеру на широкоугольную съемку и направьте ее в противоположный угол комнаты. Следя за монитором, попробуйте перемещать камеру в разных направлениях так, чтобы объектив смотрел в одно и то же место, а затем попробуйте наклонять ее или водить ею по сторонам, никуда не перемещая. При смещениях изображение на экране почти не меняется, зато наклон и поворот чувствуются сразу.. Поворот — следствие вращательного момента. Вращательный момент — это сила, вызывающая вращение, т. е. приложенная к некоторому рычагу.

Возьмите камеру за рукоятку или ремень так, чтобы она висела в руке неподвижно. Попробуйте поднимать и опускать руку. Теперь покачайте камеру взеред-назад и из стороны в стороеу. Движение руки вверх-вниз создает силу, которая почти точно проходит через центр тяжести камеры. При этом она перемещается в пространстве, но изображение не дрожит (али дрожат, но не сильно). Качая же аппарат влево-вправо или вперед-назад, вы пракладываете к точке подвеса горизонтальнгю силу. Эта точка находатся несколькими сантиметрами выие центра тяжеста камеры, а сила направлена перпендикулярно линии, соединяющей точку и центр тяжести, таким образом образуется рычаг. Изображение здорово дрожит, верно?

В первом случае вы прикладываете силу без рычага, поэтому вращательный момент отсутствует. В остальных же случаях сила действует, минуя центр, через плечо рычага. В результате возникает вращательный момент, камера поворачивается и изображение дрожит.

Высокочастотные движения хуже низкочастотных. Медленные колебания меньше раздражают и утомляют, чем быстрые. Понять это нетрудно.

При узкоугольной съемке поворот ощущается сильнее, чем при широкоугольной. При съемке издали с большим увеличением влияние поворота или наклона камеры сказывается гораздо сильнее, чем при съемке с более близкого расстояния, но с меньшим увеличением. При 30-градусном угле зрения трехградусный поворот приводит к 10%-му сдвигу картинки, но если и сам угол зрения составляет 3 градуса, тот же самый поворот станет причиной полного ее изменения.

Предотвращение дрожания. Если не дрожит камера, не будет дрожать и изображение. Исключить дрожание при видеосъемке поможет штатив (см. “ЦВ”, N2'2000, c. 32), и чем жестче будет фиксация, тем лучше. Можно также укрепить камеру с помощью ножки, подушки, зажима.

Механическая стабилизация. Этот принцип лежит в основе конструкции системы Steadicam (www.steadicam.com) и ей подобных: камера устанавливается по центру тяжести на жестких салазках и тем самым освобождается от действия вращательных моментов...

В системах Steadicam, Glidecam (www.glidecam.com) и других камера крепится в кардановом подвесе с низким трением, в котором она может свободно поворачиваться в любом направлении. Большой вращательный момент инерции самой камеры и салазок обеспечивает естественную стабилизацию камеры, а карданов подвес создает развязку между опорным устройством и внешними вращательными моментами.

Для управления камерой достаточно легкого прикосновения к центральной стойке салазок, расположенной около карданова подвеса. Благодаря небольшому плечу рычага естественная устойчивость этого массивного узла не нарушается, что (при нормальных условиях работы) обеспечивает плавное движение камеры.

В системе SteadyTracker (www.steadytracker.com) рука оператора используется вместо опоры, а кисть выполняет роль карданова подвеса. Основные принципы те же самые: хотя рука вместе с кистью не полностью снимают внешние вращательные моменты, во многих случаях этого оказывается достаточно для нормальной работы. Опорная рука одновременно является и управляющей. Некоторые операторы считают, что SteadyTracker облегчает управление камерой благодаря мышечной обратной связи. При использовании Steadicam или Glidecam приходится постоянно следить за монитором, чтобы видеть, как движется камера. Системы с кардановым подвесом теоретически могут обеспечить более плавное перемещение; на практике же все зависит от оператора. Нужно, однако, отметить, что некоторые из таких систем позволяют работать с более тяжелой камерой.

Оптическая стабилизация. Если избежать колебаний не удается, почему бы их не компенсировать путем оптического перемещения изображения? На таком принципе работают системы стабилизации камкордеров Canon XL1, Canon GL1, Sony VX1000, Sony VX2000 и Sony DSR-200. В них имеется заполненная жидкостью деформируемая призма, расположенная на пути света, при деформации которой изменяется положение изображения на матрице ПЗС (см. рис. 1).

Рис. 2. Цифровая стабилизация позволяет использовать ПЗС увеличенного размера: активная область перемещается по ней, отслеживая дрожание изображения

Другой способ — применение ПЗС увеличенного размера, что позволяет перемещать в ее пределах стандартную активную область. Это дает более чистую стабилизированную картинку и снижает деградацию качества, но требует использования более дорогой ПЗС.

Оба метода электронной компенсации страдают от эффекта размытия, вызываемого движением. Даже если активная область полностью отслеживает дрожание изображения, само изображение при этом движется и его мелкие детали временами могут смазываться. Иногда это проявляется в виде кратковременной, но неприятной расфокусировки по направлению дрожания. Для снижения такой расфокусировки во многих камерах EIS/DIS предусмотрено автоматическое уменьшение выдержки при включении режима стабилизации. Однако при этом снижается чувствительность и на изображении могут возникать паразитные эффекты стробоскопического характера.

В последних моделях видеокамер системы цифровой стабилизации настолько усовершенствованы, что стали уже вполне пригодными для серьезной работы.

При соответствующей настройке и оптические, и цифровые системы отфильтровывают высокочастотное дрожание, не мешая нормальному панорамированию и наклону камеры. И в тех и в других существуют ограничения на возможную величину компенсации: когда оптическая призма доходит до упора или цифровое изображение упирается в край ПЗС, сделать уже ничего нельзя. В лучших моделях предусмотрен контроль выхода на ограничители с постепенным снижением величины коррекции по мере приближения к краю, а также плавный возврат в центральное положение при исчезновении сигналов коррекции.