Системы стабилизации изображения

Текст: Андерс УШОЛЬД

К счастью, к цели всегда ведет больше чем один путь. Иначе правильной дорогой мог бы идти лишь один человек, а предложить подходящую для решения какой-либо проблемы технологию был бы способен единственный производитель. В действительности же для решения той или иной задачи существуют различные подходы, имеющие свои преимущества и недостатки. Что же касается стабилизации изображения, то до недавнего времени здесь господствовали одни лишь оптические технологии. Однако сейчас все больше производителей предпочитают двигать матрицы, а не линзы. В данной статье я решил рассмотреть, как различные подходы к стабилизации изображения проявляют себя в макросъемке.

Консерваторы против реформаторов
Для этого теста я взял флагманскую модель одного из наиболее классических и уважаемых производителей и решил сравнить ее с дебютным продуктом новичка на рынке цифровых зеркальных камер, оснащенным старомодным, хотя и обновленным объективом. Первый тандем — это профессиональная камера Nikon D2Xs с объективом AF-S Micro Nikkor 105/2.8G ED VR. Естественно, от такой пары можно ожидать высоких профессиональных результатов. Участником второй команды стала камера Sony Alpha DSLR-A100, воплощающая в себе достижения и технологии другого известного производителя — Konica Minolta. Эта камера уже успела довольно неплохо проявить себя в различных тестах со стандартной китовой оптикой. Однако для наших испытаний мы взяли довольно серьезный объектив — Sony 100/2.8 Macro. Фактически это адаптация старой оптики Minolta в новом дизайне Sony, так что данный «макровик» покажется знакомым давним поклонникам фотосистемы Konica Minolta.

Один на один с нерезкостью
Целью данных испытаний стояло не исследование оптических характеристик объективов для макросъемки, а анализ того, каким образом различные технологии облегчают жизнь фотографа в сложных условиях. О стабилизации изображения обычно вспоминают, когда освещенности становится недостаточно и скорость затвора замедляется до критического для съемки с рук уровня. Также проблемы может вызвать телесъемка. Кроме того, чем сильнее увеличение, тем больше проявляется размытие из-за движения камеры. Некоторые склонны полагать, будто на этом подводные камни макросъемки заканчиваются, однако есть еще одна особенность. Дело в уменьшении глубины резкости, которое особенно заметно при сильном увеличении. Единственным выходом становится сильное диафрагмирование объектива, что, разумеется, приводит к более длительным выдержкам. Так что размытие (смаз) изображения может стать проблемой даже при ярком освещении. А ведь для существенного улучшения качества снимков очень часто хватило бы двух-трех ступеней диафрагмы.

Минусы стабилизированной оптики
В новом макрообъективе Nikon применяется оптическая система стабилизации изображения. Внутренний элемент плавает в специальной жидкости и легко подвижен. Встроенный гироскоп анализирует движение фотоаппарата и компенсирует его за счет соответствующего движения подвижного элемента. Конструкция получилась довольно сложной, и потому у нее есть ряд недостатков. Во-первых, такой стабилизатор должен быть встроен в каждый объектив, а это увеличивает как стоимость, так и сложность оптической конструкции. Чем больше подвижных элементов, тем хуже оптические характеристики и надежность. По идее, это должно компенсироваться за счет идеального размещения каждого элемента таким образом, чтобы он был максимально устойчивым к смещению оптической оси. Это серьезный вызов инженерам. Кроме того, подвижные элементы должны быть достаточно маленькими и легкими, чтобы быстро менять свое положение. Но применение уменьшенных оптических элементов приводит к тому, что объективы со стабилизацией, как правило, дают более сильное виньетирование, да и потери в оптическом разрешении по краям становятся заметнее.

Еще одно ограничение вытекает из самого принципа подвижности оптических элементов: в процессе стабилизации поле зрения объектива смещается. В случае технической репродукционной съемки в результате такого сдвига кадр может быть испорчен, а объект съемки обрезан по одному из краев. При съемке со штатива стабилизатор следует обязательно отключать, чтобы элемент зафиксировался. Но порой парковка проходит неудачно, и в этом случае должного совмещения оптических осей всех элементов системы не происходит. И тогда изображение получается размытым — либо за счет несовпадения осей, либо в результате хроматических бликов. И эти блики действительно были обнаружены на наших высококонтрастных тестовых изображениях. С подобной проблемой сталкивались также авторы других обзоров, использовавшие объективы этой же модели.

Возможно, прочитав обо всех этих проблемах, кто-то может усомниться в работоспособности такой системы стабилизации, однако в большинстве случаев она достойно справляется со своими задачами. Главное — помнить о том, что за такую улучшенную практическую гибкость приходится платить повышенной стоимостью оптики и риском потери разрешения при идеальной диафрагме.

Дрожащий кремний
Второй подход к стабилизации изображения заключается в смещении матрицы. Принцип все тот же — гироскопы анализируют скорость, направление и амплитуду движения камеры и компенсируют смещение. Преимущества такого подхода очевидны — ведь получается, что стабилизация работает вне зависимости от того, какой у вас объектив. Кроме того, в результате такого подхода не возникает дополнительного виньетирования, и потери резкости по краям не происходит. К тому же, вопреки слухам, на работоспособность не влияет угол обзора объектива. Размытие — это результат линейного сдвига изображения, и оно превосходно компенсируется соответствующим смещением матрицы.

Но почему же производители так долго не давали нам возможность воспользоваться этой замечательной технологией? Разумеется, на то были причины, связанные с рядом ограничений и технических сложностей. Во-первых, матрица обладает гораздо большей массой, чем маленькая линза, к тому же она должна передавать данные по электрической цепи, а следовательно, не может просто плавать в жидкости. Поэтому для ее смещения необходимо затратить гораздо больше сил. И долгое время моторчиков, способных на это, просто не существовало. Современные же технологии обеспечивают достаточную мощность. Хотя, признаться, по эффективности они еще не приблизились к оптическим системам.

Следующая проблема — это сдвиг и наклон фокальной плоскости. Дело в том, что смещающиеся элементы должны быть легко подвижны, а значит, необходимо, чтобы механизм имел допуски на движение не только по вертикали и горизонтали, но и вперед-назад. А поворот матрицы неминуемо приводит к ненужной коррекции Шаймпфлюга. Соответственно, сдвигается и фокальная плоскость. Поэтому при максимально открытой диафрагме некоторые камеры дают расфокусированное в нижней или в верхней части изображение.

В качестве же бонуса представители Sony используют движения матрицы для ее очистки от пыли. Эффективность этого явления еще предстоит доказать, однако я не думаю, что она выше, чем у ультразвуковой системы очистки, применяемой в моделях Olympus, которая довольно хорошо успела зарекомендовать себя за два года испытаний в нашей лаборатории.

Разрешение и диафрагма
Оба объектива обладают примерно одинаковым фокусным расстоянием и светосилой. Их максимальное увеличение — 1:1. Оптика Nikon более современная — быстрый ультразвуковой мотор, обеспечивающий практически бесшумную и к тому же внутреннюю фокусировку, обновленный дизайн, резиновое кольцо на байонете. Объектив Sony был создан на базе модели Minolta 90-х гг. Там автофокус управляется механически через камеру, и совмещенным режимом AF/MF воспользоваться не получится. Оба объектива отлично справляются с бликами благодаря качественно зачерненным внутренним элементам и фаскам линз.

Алгоритм обработки в камере Nikon изменился со времен D2X. Новая модель D2Xs пропускает к матрице больше высоких частот, поэтому артефакты на богатых деталями изображениях заметнее. Из-за слабой фильтрации низких частот (low-pass-filtering) на картинках с вертикальными элементами проявляется хроматических муар, яркостной виден на любых наклонных объектах, также диагонали страдают от алиасинга (aliasing — ступенчатость). Контрастность текстур со средней детальностью тоже небольшая, что также приводит к уменьшению разрешения.

При открытой диафрагме вступают в силу соответствующие оптические ограничения. При диафрагмировании до f/4 достигается максимальное разрешение, начиная же с f/5.6 оно снова падает. Довольно неплохой результат, поскольку дифракция начинает влиять на изображение столь рано. Получается, что идеальные значения диафрагмы составляют диапазон из трех ступеней — на практике это обеспечивает неплохую гибкость. Оптическая дисторсия находится в разумных пределах даже по вполне профессиональным меркам. Однако при съемке, когда необходима максимальная точность, бочкообразная дисторсия 0,2% может сыграть роль ограничивающего фактора. В целом, учитывая увеличенный круг поля изображения и ориентацию на телемакроконструкцию, это хороший результат. При максимально открытой диафрагме затемнение по углам становится очевидным. Но это свойственно всем объективам со стабилизатором. При диафрагмировании виньетирование уже можно не учитывать.

Проверенный ветеран
Несмотря на старый оптический дизайн, объектив Sony на открытой диафрагме показал результаты, которые можно позиционировать между очень хорошими и превосходными. Если же диафрагму прикрыть на одну-две ступени, разрешение получается чрезвычайно высоким. В результате сильной оптической модуляции дифракция начинает смягчать картинку довольно рано. Ближе к значениям f/8–11 детализация становится не такой агрессивной, а к f/13 картинка получается сравнительно мягкой.

Такой результат является следствием того, как камера, оснащенная данным объективом, воспроизводит детали. Наклонные края имеют яркостной муар такой же степени, как у Nikon, есть лишь небольшое преимущество при отображении диагональных текстур. На вертикальных и горизонтальных текстурах заметны следы хроматического муара, но здесь он не такой цветастый. На диагоналях также присутствует алиасинг. В результате высокого контраста как сильно-, так и среднедетализированных текстур, разрешение можно охарактеризовать как превосходное, а изображения, получаемые с помощью этого тандема, отличаются четкостью и хорошей детализацией.

Оптическая дисторсия настолько незначительна, что этот комплект можно применять даже для точной технической съемки. Виньетирование также выигрывает за счет большого поля изображения — даже на открытой диафрагме оно едва заметно, а при закрытой этот эффект идеально сбалансирован.

Меньше пикселей, больше разрешение
В этот раз я не стал использовать стандартную систему измерения разрешения. Вместо коэффициента разрешения — величины, показывающей относительную производительность системы, я взял чистый объем файла. Этот показатель отображает абсолютный объем информации в файле, касающейся разрешения. В результате стало очевидно, что комплект Sony дает больше информации, даже несмотря на отставание в 2 млн пикс. от своего конкурента. Абсолютное разрешение у Nikon получилось меньше.

Заключение
Выводы этого исследования радуют — оказывается, старая и известная проблема хорошо решается с помощью нового и менее популярного подхода. И порой такое решение даже лучше. В данном случае на высоте оказался тандем Sony, не страдающий от ограничений оптического дизайна. А незначительным диафрагмированием можно сделать передачу текстур более натуральной. Объектив Nikon также довольно неплох, он обеспечивает достойный результат, однако не может конкурировать ни с моделью Sony, ни со своим предшественником, обладающим таким же фокусным расстоянием, но без системы стабилизации.
F&V