معرفی انواع لرزشگیرهای دوربین (Stabilizer)

 

تکنولوژی لرزشگیر دست در دوربینهای عکاسی و فیلمبرداری دیجیتال

فناوری لرزش گیر دست

لرزش دست یکی از مواردی است که در شارپ بودن و وضوح عکس تأثیر مستقیم دارد. لرزش کم دست موجب میشود که از وضوح آن کاسته شود و لرزش زیاد آن حتی موجب خراب شدن کامل عکس میگردد. برای حل این معضل راهکارهای زیادی وجود دارد اما متأسفانه آن راهکارها به طور صد در صد رافع میشکل نیستند و این مشکل همچنان به قوه خود باقی است.

راهکارهای مختلفی در این خصوص ارائه شده برای مثال میتوان با تغییر و تنظیم سرعت شاتر ، دیافراگم ،‌ایزو و حتی در برخی موقعیتها میتوان با استفاده از فلاش برای نور رسانی بیشتر برای کاهش تأثیر لرزش دست استفاده نمود هما همانگونه که بیان شد، هیچکدام این موارد به صورت کامل و کارائی ندارند. درثانی تنظیم هر یک از موارد ذکر شده با توجه به اینکه به صورت زنجیر وار میباشند، به دانش و تجربه نسبتاَ بالایی در عکاسی نیاز است.

عکاسان حرفه ای نیز گاهی در شرایطی قرار میگیرند که قادر نیستند خطای به وجود آمده در اثر این مشکل را به طور کامل ازبین ببرند. به همین سبب استفاده از لنزهای ویژه ای که قادر به کاهش خطای لرزش دست میباشند و همچنین استفاده از تکنولوژی موجود در این زمینه در برخی موارد در حل مقطعی این معضل بسیار مؤثر خواهند بود.

از جمله مشکلاتی که عکاسان به خصوص عکاسان حرفه ای در گاهی اوقات با آن مواجه هستند، استفاده از لنزهای زوم یا تله برای عکسبرداری از فواصل دور است. شایع ترین زمان تأثیر لرزش دست در عکسبرداری در حالت زوم است که در این صورت استفاده از سه پایه و تک پایه برای لنزهای تله سنگین راهگشای خوبی خواهد بود اما حمل و انتقال سه پایه های دوربین و همچنین حجم زیادی که دارند موجب میشود که در همه جا امکان استفاده از آنها وجود نداشته باشد.

تکنولوژی لرزشگیری در دوربینها و لنزها که به عنوان Stabilization شناخته میشود مدتهاست که در حال بررسی و تکامل بوده تا به امروز که شاهد دوربینها و لنزهای جدیدی هستیم که قادرند مشکل لرزش را تا حد زیادی برطرف کرده و با آن مقابله کنند.

در صورتی که روند پیشرفت فناوری لرزشگیردست را بررسی کنیم متوجه خواهیم شد که در طول دوره تاریخ طراحی دوربینها و لنزها ، از ابزارهای مختلفی جهت مقابله با این نقیصه بهره گیری شده است و حالتهای متفاوت و مختلفی در زمینه طراحی را چه در درون لنز و چه در درون دوربین پیاده نموده اند.

Stabilization تنها مخصوص عکاسی و عکسبرداری نیست بلکه از این تکنولوژی در موارد بسیار زیادی همچون تلسکوپهای نجومی ، فیلمبرداری ها ، صنعت هوافضا و عکسبرداری هوایی ، علوم میکروبولوژیک،  پزشکی و … استفاده میشود.

لرزشگیری تصویر به دو صورت اپتیکال و دیجیتال صورت میگیرد که در ادامه به هر یک جداگانه میپردازیم.

لرزش گیر اپتیکال

در فناوری لرزشگیری عکس (تثبیت عکس) ، میتوان سرعت عکاسی را دو تا چهار استاپ آهسته تر انجام داد. به عبارت دیگر اگر در یک مورد یک سوژه خاص مجبور باشیم که سرعت شاتر مثلا 500-1  قرار دهیم ، وقتی که از لرزشگیر استفاده میکنیم میتوانیم سرعت شاتر خود را به نصف آن کاهش و یا حتی کمتر از نصف آن کاهش دهیم. (250-1 و یا حتی کمتر)

البته باید گفت تثبیت عکس تنها در موارد و شرایط جزئی مانند لرزش طبیعی دست کاربرد دارد و این بدان معناست که در زمانی که در حال عکاسی در حال حرکت شدید باشیم و یا در زمان حرکت ناگهانی سوژه یا دوربین، این قابلیت، کارایی خود را از دست داده و تصویر un-focus میشود.

این امر سبب گردیده است که حوزه این تکنولوژی ، فراتر از یک تثبیت کننده ساده عکس رفته و سیستم لرزشگیر به صورت اپتیکال را راهکاری در نظر بگیرند که مکمل سیستم ثبیت عکس به شیوه ابتدایی باشد.

لرزشگیری به صورت اپتیکال هم در دوربین های عکاسی و  هم در دوربین های فیلمبرداری کاربرد دارد. شیوه عملکرد آن نیز به صورت یک سیستم نسبتاَ هوشمند و پیچیده است که اگر بخواهیم آن را به صورت ساده و قابل درک معرفی کنیم فقط میتوان گفت که این لرزشگیری با تغییر دادن موقعیت و جابجایی های بسیار ریز و محدود در عدسی های یک لنز می باشد. این فناوری چون با تکیه بر عدسی لنزها پایه ریزی شده است ، لذا به آن اپتیکال گفته میشود.

هدف از استفاده آن، تثبیت تصویر تابانده شده بر روی سنسور است قبل از اینکه سنسور دوربین ، نورهای تابیده شده را به اطلاعات دیجیتالی تبدیل کند.

لرزشگیری اپتیکال به منظور تثبیت تصویری است که از لنزها بر روی سنسور تابانده میشود، این تثبیت در داخل خود لنز اعمال میشود و نتیجتاً یک تصویر شفاف و واضح (تصویر Focus) به روی سنسور تابانده شود پس بدون تردید تصویری که سنسور به اطلاعات دیجتالی تبدیل میکند ، همان اطلاعات یک تصویر کاملا واضح است.

به عبارت دیگر با لرزشگیر اپتیکال، این خود لنز است که وظیفه تثبیت تصویر و آماده سازی آن را قبل از ارسال به سنسور به دوش کشیده و یک تصویر صحیح و بی نقص را برای ثبت به سنسور تحویل میدهد.

لرزش گیر دیجیتال

استفاده از لرزشگیر دیجیتال ابتدا در دوربین های فیلمبرداری به کار گرفته شده بود. نیاز به استفاده از لرزشگیر دیجیتال زمانی احساس شد که فیلمبردار ناچار به فیلمبرداری از یک سوژه در حال حرکت ، با سرعت زیاد بود. مثلا فیلمبرداری از دویدن یک ورزشکار یا حرکت یک تله کابین که البته مشخصاَ نتیجه معلوم است، فیلمی که در صفحه نمایشگر یا تلویزیون مشاهده میشود چیزی جز سرگیجگی برای ببننده ارائه نمیکرد.

سیستم عملکرد این نور لرزشگیر به این گونه است که سنسوری خاص، تصویر دیجیتالی را به صورت فریم به فریم بررسی میکند و بدین شکل میزان حرکت و میزان انحراف آن را از بین میبرد. به عبارت دیگر از پیکسلهایی که در حاشیه هر فریم قرار گرفته اند استفاده نموده و لرزشهای منحرف کننده ی تصویر را اصلاح میکند. لازم به ذکر است که این نوع لرزشگیر را نمیتوان در خصوص جلوگیری از نویز به کار برد اما در مواردی بسیار خاص و تا حد بسیار کم میتوان از سیستم جهت برطرف کردن نویز استفاده کرد. مثلا در مواقعی که سوژه در تصویر دارای مرزهایی متشکل از اختلاف رنگ یا نور داشته باشد.

برخی از سازندگان دوربینهای عکاسی دیجیتالی نیز از این امکان دوربینهای فیلمبرداری ، در طرح های ساخت دوربینهای عکاسی نیز بهره بردند و توانستند دوربین های عکاسی را روانه بازار نمایند که لرزشگیر دیجیتال داشته و عکاس میتوانست از آن بهره مند شود.

اما این شیوه نیز مشکلات خود را به همراه دارد مثلا از این نوع لرزشگیر تنها در زمانی که سوژه به آهستگی حرکت میکند متواند کاربرد داشته باشد و از طرفی نیز نباید از نویزی که بر روی عکسها می اندازد غافل بود.

چرا که تصاویر گرفته شده در زمانی که لرزشگیر فعال باشد و سوژه نیز در حال حرکت باشد به صورت مطلوب و شارپ نیست و همین امر میتواند برای افراد حرفه ای و نیمه حرفه ای بسیار مهم باشد. به همین دلیل است که از نظر اینگونه عکاسان لرزشگیر اپتیکال نسبت به لرزشگیر دیجیتال اولویت و ارجحیت دارد که البته با قاطعیت میتوان گفت این نظر کاملاً درست است.

در زیر چگونگی عملکرد لرزشگیری در لنز و سنسور دوربین به صورت مفهوم تری نمایش داده شده است.

ژایروسکوپ (Gyroscope) و استفاده آن در صنعت عکاسی و فیلمبرداری

ژایروسکوپ به وسیله‌ای گفته میشود که برای اندازه‌گیری و یا حفظ جهت کاربرد دارد. ژایروسکوپ بر اساس بقای تکانهٔ زاویه‌ای عمل میکند. یک ژایروسکوپ مکانیکی در واقع وسیله ای است که یک چرخ یا دیسک چرخنده با محور آزاد دارد که قادر است در هر جهت و هر زاویه ای قرار گیرد. عملکرد  یک ژایروسکوپ مکانیکی نشانگر پایستگی ویژگی‌های تکانهٔ زاویه‌ای (مقدار انرژی جنبشی و جهت آن به عنوان یک مقدار برداری) است. تغییر این جهت گیری در ژایروسکوپ بر اثر گشتاور خارجی بسیار ناچیز است که دلیل آن نیز ممان زاویه‌ای بزرگ خود به همراه نرخ زیاد چرخش آن است. به دلیل اینکه گشتاور خارجی توسط نگاه داشتن وسیله در یک حلقه ، کمینه می‌شود جهت آن تقریباً ثابت می‌ماند، و این امر صرفنظر از این است که سطحی که وسیله روی آن قرار گرفته چقدر حرکت می‌کند.

از ژایروسکوپ در صنعت عکاسی به دو صورت استفاده میشود. 1- بستری که صفحه ای ثابت دارد دو با توجه به حرکات مختلف اطراف دوربین ،‌ صفحه ثابت محلی بدون لرزش را برای دوربین پدید می آورد 2- استفاده از اصل ژایروسکوپ در ثابت نگاهداشتن خود سنسور دوربین

1- استفاده از ژایروسکوپ جهت تهیه ی بستری ثابت:

جهت درک بهتر این مطلب به تصویر ذیل دقت کنید، همانگونه که در تصویر مشهود است با وجود اینکه اهرامهای هدایت اطراف به جهات مختلف حرکت میکند اما صفحه زرد رنگ کاملاً ثابت است، حال فرض کنید روی این صفحه ثابت یک دوربین قرار بگیرد. در این صورت شاهد خواهیم بود که دوربین کاملاً ثابت خواهد بود هر چند که بر روی یک چرخ فلک سوار شده باشد!

کلیپ ذیل نمونه واقعی آن را در صنعت فیلمبرداری نمایش میدهد.

 

2- استفاده از ژایروسکوپ در ثابت نگاه داشتن سنسور داخل دوربین:

فرض کنید میخواهیم از یک سوژه در حال حرکت تصویر برداری کنیم، در این صورت با توجه به اینکه حرکت همانند چرخ فلک دورانی نیست و به صورت برداری رو به جلو با لرزشهای بالا و پایین است لذا در این صورت از ژایروسکوپ در درون دوربین خود دوربین و  به عنوان وسیله ای استفاده میشود که وظیفه اش پایدار نگه داشتن لنز و سنسور است. توضیح عملکرد این سیستم نیازمند ارائه مطلبی تخصصی و طولانی است که بیان آنها از حوصله این مقاله خارج است اما بطور  اختصار میتوان حالات آن را چنین برشمرد:

سیستمی که فی الحال در حال گسترش است و به عنوان Sensor shift  شناخته میشود در واقع  سیستمی است که عملکرد آن به این صورت است که در درون دوربین ها ژایرسکوپی وجود دارد که اطلاعات حرکت را در ابتدا Encode  نموده و به Actuator  های موجود در سنسور ارسال می‌کند. این حرکت دهنده ها (Actuators  ) ، سنسور را متناسب با اطلاعاتی که  از ژایرسکوپ دریافت کرده اند حرکت می دهند و به این صورت یک تصویر کاملاً شفاف و صحیح روی آن نقش بسته و به تصویر کشیده میشود.

کلیپ ذیل نمایش قابل درکی از مطلب ما را نشان میدهد.

لنزهایی که لرزشگیر اپتیکال دارند بسیار سنگینتر و در ابعاد بزرگتر و قیمت بسیار بالاتری تولید شوند به طور مثال یک لنز که مجهز به سیستم لرزشگیر اپتیکال بسیار پیچیده است نسبت به همان لنز اما بدون لرزشگیر، بسیار سنگین تر و بزرگتر و گرانتر است که البته با توجه به نتیجه خوبی این اینگونه لنز ها به عکاس میدهند لذا حجم و وزن سنگین آنها چندان پررنگ به نظر نمی آیند.

اما در صورتی که شما نیاز به عکسهایی با کیفیت بسیار بالا نداشته باشید و یا به عبارت دیگر شما عکاسی کاملاً حرفه ای نباشید با خرید دوربین هایی که سنسور متحرک با سیستم مبتنی بر ژایروسکوپ دارند ، بدون در نظر گرفتن اینکه میخواهید از چه لنزی استفاده کنید ، میتوانید همواره دارای یک سیستم لرزشگیر باشید که قاعدتاً این دوربین ها شما را از پرداخت هزینه‌های بسیار گزاف برای تعویض یا خرید لنزهای مجهز به این لرزشگیری اپتیکال و همچنین از سنگین کردن وزن دوربینتان نجات می دهند.

لرزشگیر 5 محوره:

با دقت به تصویر ذیل ، ممکن است یک دوربین از جهاتی لرزش پیدا کند که این جهات در ذیل به صورت پیکانهایی نامگذاری شده مشخص شده اند:

1. محور x یا محورهای مستقیم طولی
2. محور y یا محورهای مستقیم عرضی
3. محور yaw یا محورهای منحی طولی
4. محور pitch یا محورهای منحی عرضی
5. محور Roll یا محورهای چرخشی دوربین

دوربینهایی که مجهز به لرزشگیر 5 محوره هستند در واقع پنج نوع جابجایی yaw و pitch، x و y و در نهایت دوران(roll) را توسط سیستم خود خنثی میکنند. این دوربینها که مجهز باز هم بر پایه ژایرسکوپ عمل میکنند در دنیای دوربین ها، برای سیستم لرزشگیر نوری بنا شده اند. عموماً  هر تولید کننده دوربینی که برند خاص خود را دارد،  تلاش میکند که مکانیزم منحصر به فرد خود را در درون دوربین و لنز جای می دهند. اما اساس کار یکی است و آن بکارگیری موتورهایی است که با جابجایی بخشی از لنز، لرزش وارده را خنثی می کنند.

دو جابجایی که آنها را به yaw و pitch می شناسیم ، زمانی رخ می دهند که یک عکاس یا فیلمبردار به صورت ناخواسته کناره های دوربین را در جهت های افقی و یا عمودی بچرخاند.

yaw و pitch بارزترین تاثیر خود را وقتی نشان می دهند که عکاس یا فیلمبردار قصد عکاسی با لنزهای تله فوتو را داشته باشد. سوای از این، عمدتا در عکاسی های ماکرو ، جابجایی های افقی و عمودی در دو محور y و x  نیز در دوربین می تواند نتیجه نهایی را کاملاً نابود سازد.

سیستم جدید لرزشگیر 5 محوره با بهره گیری توأمان از دو سیستم درون لنز و دوربین، به بهترین نتیجه در عکاسی و فیلمبرداری میرسد که ویژگی بارزش،  این است که در صورت استفاده از یک لنز بدون لرزشگیر، همچنان از طرف دوربین قابلیت استفاده از لرزشگیر وجود دارد