: архив : архив журнала "625" : 1996 : #8

Оптический стабилизатор изображения
Федор Самойлов

Canon - мировой лидер в производстве высококачественных объективов широкого назначения. Фирма вновь порадовала телеоператоров, на этот раз на рынок профессионального телеоборудования выпущена очень интересная и, главное, полезная оптическая система стабилизации изображения модели IS-20B. Эта система присоединяется к фронтальной части объектива, например, Canon J20ax 8В, предназначенного для портативных телекамер видеожурналистского применения или внестудий-ного производства. Стабилизатор IS-20B разработан на базе уже получившей положительную оценку специалистов технологии Canon "Vary-Angle Prism" (VAP - Призма с переменным углом обзора). Он компенсирует дрожания изображения при видеосъемке с подвижных объектов - ими могут быть автомобиль или вертолет. При этом стабилизатор IS-20B, в принципе, не снижает уровень эксплуатационных оптических характеристик объектива. Это означает, что оператор может, как и прежде, пользоваться стандартным набором функций и параметров объектива, например, J20a x 8B, включая максимальное значение раскрыва апертуры F1,7 и фокусное расстояние от 8 до 320 мм.

Призма - компенсатор колебаний: а - гибкие "меха—гармошки "; б - плоское стекло; в - жидкость с большим коэффициентом преломления

При съемке с автомобиля или вертолета на объектив поступает информация о механических вибрациях, создаваемых двигателями или просто неровностями дороги. Телеоператоры хорошо знают, что даже съемка с плеча, порой, в зависимости от условий, вызывает заметные колебания камеры и объектива. К таким неблагоприятным условиям можно отнести, например, сильные порывы ветра или неровную поверхность под ногами оператора. Если объектив подвергается вибрациям, то горизонтальная ось вибрационной волны проходит через оптическую ось объектива, распространяясь на плоскость изображения, которое, разумеется, начинает дрожать. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем сильнее сказываются колебания изображения - эти параметры прямо пропорциональны.

Призма с переменным углом обзора состоит из двух плоских стеклянных линз, объединенных с гибкими "мехами-гармошками", сделанными из специальной пластиковой пленки. Они, если потребуется, могут сдвигаться или раздвигаться. Пространство между двумя стеклянными пластинами заполнено специальной жидкостью с высоким коэффициентом преломления.

Эта жидкость специально разработана специалистами фирмы Canon, в ее основе - силиконовое масло. Одна из стеклянных пластинок призмы вращается ортогонально, другая параллельно оптической оси объектива. Максимальный угол компенсации колебаний объектива зависит от того, насколько сдвигаются и раздвигаются "меха-гармошки".

В стабилизирующей системе IS-20B призма VAP крепится, как уже подчеркивалось, к передней части объектива J20a х 8B. "Меха-гармошки" в определенном интервале углов меняют взаимное положение пластин компенсатора. В соответствии с законами преломления света в призмах изменяется направление оси угла обзора объектива. "Мехами" управляет сигнал, поступающий с датчиков вибраций, он изменяет положение "мехов" в соответствии с углом и направлением вибраций. Под воздействием вибраций ось объектива "гуляет". Сигнал, управляющий "мехами", меняет угол преломления компенсирующей призмы так, что выходная ось обзора остается неподвижной. В итоге само изображение остается стабильным.

В системную конфигурацию нового устройства входят Vary-Angle Prism, сенсорные датчики вибрации (один регистрирует вибрации в поперечном, а второй в продольном направлениях), исполнительное устройство управления призмой, сенсорный датчик угла обзора призмы и микропроцессор. Как только возникают вибрации, сенсорные датчики вырабатывают соответствующий сигнал, пропорциональный уровню вибраций. Этот сигнал обрабатывается микропроцессором, а затем поступает на исполнительное устройство призмы VAP.

Фирмой Canon ранее уже были предложены две оптические системы стабилизации изображения для объективов с переменным фокусным расстоянием: J14x 17B KRS-V

(длиннофокусный телеобъектив) и J13 х 9В KRS-V (широкоугольный объектив).

Оба эти объектива имели большой успех на рынке. Убедившись в надежности и эффективности системы стабилизации с помощью управляемой призмы, потребитель стал настойчиво требовать систему стабилизации в виде адаптера, годного для любых объективов. При этом адаптер должен устанавливаться перед объективом. Отсюда возникает необходимость в призмах VAP очень большого размера. Главная трудность здесь связана с очень большой мощностью, необходимой для управления призмой. При этом следует учитывать, что призма должна устанавливаться спереди объектива. Дело в том, что эта мощность пропорциональна пятой степени размера (диаметра) призмы. К слову, диаметр призмы оптической системы IS-20B без малого в три раза больше, чем диаметр объективов J14 х 17B KRS-V или J13 х 9В KRS-V А это значит, что для управления оптической системой IS-20B следует затратить, если задачу решать в лоб, в 140 раз большую мощность. Ясно, что такое решение неприемлемо. Поэтому, на предварительных этапах разработки новой системы стабилизации изображения специалисты фирмы Canon искали оптимальные пути снижения мощности, необходимой для управление призмой.

Первое и наиболее очевидное направление связано со снижением массы самой призмы VAP. Была существенно пересмотрена и вся механическая структура компенсатора, в которую, в частности, вошла новая система прямого управления призмой. Потребовалась и разработка специального программного обеспечения работ с оптической системой большого диаметра. Огромное число типовых команд микропроцессора позволяет практически моментально, в реальном времени обрабатывать поступающие от сенсорных датчиков данные, обеспечивающие компенсацию даже незначительных вибраций. При этом частотный интервал компенсации вибраций захватывает как самые низкие частоты, связанные, например, с естественным тремором руки оператора при проведении съемок с плеча, так и самые высокие, возникающие, например, при съемках с движущегося автомобиля или летящего вертолета. В системе стабилизации даже предусмотрен