Способы стабилизации изображения при видеосъёмке

Порой хватает одного взгляда на видеозапись для того, чтобы определить её происхождение — профессиональное или так называемое „домашнее“ видео. И хотя благодаря развитию техники грань между этими понятиями становится всё тоньше, есть ряд признаков, на которые, как правило, мы и обращаем внимание в первую очередь — мастерство оператора, грамотный монтаж, техническое совершенство картинки — всё это при желании достижимо и в домашних условиях. А вот эффективная борьба с дрожанием кадра, проще говоря, стабилизация изображения, была до недавнего времени уделом кинематографов, и если вы не являетесь фанатом Ларса Фон Триера (чья картина «Танцующая в темноте» практически целиком снята „с плеча“ для усиления эффекта погружения в происходящее на экране), вас, безусловно, заинтересуют новинки видеоиндустрии в этой области. С помощью устройств, о которых пойдёт речь в этой статье, вы сможете обогатить свои домашние фильмы операторскими приёмами, которыми раньше мы могли любоваться лишь в кинотеатрах.

Немного теории.
Давайте для начала разберёмся в том, откуда же берётся дрожание изображения, какие физические механизмы приводят к этому.

Настройте камеру на широкоугольную съемку и направьте её 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 её 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 ремень так, чтобы она висела в руке неподвижно. Попробуйте поднимать и опускать руку. Теперь покачайте камеру вперед-назад и из стороны в сторону. Движение руки вверх-вниз создает силу, которая почти точно проходит через центр тяжести камеры. При этом она перемещается в пространстве, но изображение не дрожит (или дрожит, но не сильно). Качая же аппарат влево-вправо или вперед-назад, вы прикладываете к точке подвеса горизонтальную силу. Эта точка находится несколькими сантиметрами выше центра тяжести камеры, а сила направлена перпендикулярно линии, соединяющей точку и центр тяжести, таким образом образуется рычаг, вследствие чего изображение начинает заметно дрожать.

При узкоугольной съёмке поворот ощущается сильнее, чем при широкоугольной. При съёмке издали с большим увеличением влияние поворота или наклона камеры сказывается гораздо сильнее, чем при съёмке 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 её изменения.

Пассивные методы стабилизации.
Эти методы борются не с самими колебаниями, а с их последствиями.

Оптическая стабилизация. В камеры, использующие такой метод стабилизации, имеется заполненная водой деформирующая призма, при деформации которой изменяется положение изображения на матрице ПЗС.

Датчики поворота управляют сервоприводами, перемещающими грани призмы. Так как требуемая величина смещения зависит от того изображения, которое „видит“ призма, оптические стабилизаторы обычно располагают перед остальными элементами объектива.

Цифровая стабилизация. Существуют два идейно схожих метода, в обоих эффекты дрожания измеряются специальными блоками анализа изображения, и с помощью электроники активная область ПЗС смещается таким образом, чтобы „поймать“ изображение без смещения. Первый метод состоит в том, что изображение берется с обычной ПЗС и преобразуется в цифровое; в результате активная область становится меньше ПЗС и ее можно двигать. Недостатками этого способа являются уменьшение диапазона цифровой трансфокации и заметное снижение резкости изображения. Другой способ — в применении ПЗС увеличенного размера, „с запасом“, что позволяет перемещать в её пределах активную область стандартного размера.

Оба метода электронной стабилизации страдают от эффекта размытия, вызываемого движением. Также могут возникать кратковременные, но неприятные эффекты расфокусировки изображения в направлении дрожания.

Активные методы стабилизации.
Гораздо более существенных результатов можно добиться, если использоватьть устройства, борющиеся с причиной, вызвавшей дрожание — с механическими колебаниями камеры. Эти устройства называют „стэдикамы“ — по названию одной из фирм, производящих подобные системы. Конструктивно устройство кажется довольно простым:

на штанге закреплены площадка для камеры и, в качетсве противовеса, монитор. Штанга посредством шарнирного крепления насажена на ручку или кронштейн, который, в свою очередь, соединяется с поясным креплением. С физической же точки зрения хэндикамы представляют собой настраиваемый колебательный контур с частотой колебаний около 1 Гц. Если не вдаваться в технические дебри, принцип работы основан на трёх эффектах:

1. При правильной балансировке системы центр тяжести должен располагаться в области кисти оператора. Вследствие этого резкие рывки рукой воздействуют на центр тяжести систеиы, не создавая момента импульса, иначе говоря, при перемещениях в горизонтальной или вертикальной плоскостях не возникает угловых колебаний, о которых мы говорили в самом начале.

2. Шарнирный пояс сильно ослабляет воздействие низкоамплитудных колебаний руки на камеру. Горизонтальная составляющая сложных колебаний руки гасится практически полностью.

3. Система „камера - стедикам“ обладает большим моментом инерции относительно точки подвеса. Она действует как фильтр высоких частот, существенно ослабляя амплитуду колебаний на частотах свыше 1 Гц. Для повышения инерционности не обязательно использовать очень большой груз, можно взять полегче, но вынести подальше.

На тех же принципах действуют системы, разработанные для лёгких камер.

Разница лишь в упрощении конструкции из-за уменьшения веса камеры и невероятном снижении цены — стоимость профессиональной системы может достигать нескольких десятков тысяч долларов, в то время как стэдикамы, пригодные для „домашнего“ использования, можно приобрести уже за 500-700 долларов. Так что теперь у вас есть возможность с помощью своей домашней камеры достигать тех же эффектов „скольжения“ кадра, что раньше можно было только наблюдать на экранах кинотеатров.