为什么图像稳定有一个限制？

现在，有了用于测量图像稳定度的CIPA标准，越来越多的制造商在停止或半停止时都引用了其稳定的效率。例如，昨天，奥林巴斯发布了其M.Zuiko 12-100mm F / 4 IS PRO，它具有内置的图像稳定功能，并与高端Olympus无反光镜（如OM-D）中提供的5轴体内稳定功能相结合根据CIPA标准，E-M5 Mark II可提供6.5级的稳定度。

这似乎令人难以置信。了解Stop的含义意味着可以以2.6s的快门速度以12mm的速度拍摄，以1 / 3s的速度以100mm的速度拍摄！这是使用1 /有效焦距经验法则来计算的。尽管如此，即使一切都停止了，它仍然会给人留下深刻的印象。

但问题是，如果稳定能够持续这么长时间，为什么会停在那里呢？为什么它不能继续做自己正在做的事情并稳定5到10秒或更长时间？是什么让它在一段时间后停止工作？

是什么让它在一段时间后停止工作？

有根据的猜测：错误。

图像稳定系统就像通过航位推算导航一样，在导航系统中，您可以根据自己所处的位置，速度和方向变化来确定自己的位置。

如果您以60英里/小时的速度行驶5分钟，那么距起点的距离约为5英里。如果汽车实际上以59或61 mph的速度行驶，您可能会有点偏离，但最终您会到达您预测位置的步行距离之内，因此必须足够靠近。但是，如果您试图预测一个小时后而不是5分钟后的汽车行驶位置，那么同样的1英里每小时小错误将在更长的时间内累积，最终您将离预期位置整英里。这可能是一个比您愿意接受的错误更大的错误。

图像稳定系统也是一样。相机在空间上没有绝对的参考点-加速度计和陀螺仪只能测量相对的位移和旋转，尽管它们非常精确，但并不完美。而且，移动传感器或租赁元件以保持图像稳定的硬件将有其自身的错误。主动防抖系统中也存在一些固有的错误，原因是该系统必须先感应运动才能作出反应，因此一定会有延迟，导致系统无法完美地跟踪相机的运动。最后，很可能没有IS系统能够在补偿相机运动的同时确保完美的从角落到角落的图像配准。

所有这些错误将随着时间累积。一个好的IS系统可能比不使用IS的手持系统能够使手持设备拍摄10 s更好，但并不能使制造商愿意声称它在如此长的曝光设置下很有用。

换句话说：它不会停止工作；它只是到了不足之处。

我怀疑一个主要问题是累积错误。

没有任何测量是完美的。总是有错误。图像稳定必须测量相机的相对运动并抵消它。

在曝光期间，发生许多测量。每个都基于前一个的结果。这意味着错误也会累积。在某些时候，总误差被认为太大。我猜该标准规定了总误差的一定阈值，以及一定时间后达到误差的概率。

您是正确的，如果运动是周期性的并且从未超过稳定系统最大行程的极限，那么它应该可以无限期地持续下去。但是，如果沿轴在同一方向上运动，则系统最终将达到其行程极限。

主要的限制是在稳定系统到达其行程边缘之前可以容纳的运动范围。如果补偿系统在到达行程终点之前只能在同一方向上保持3°的运动，那么任何每秒超过1°的运动都意味着该系统最多只能保持3秒钟的补偿。

使用基于传感器的稳定性，当使用更长的镜头时，这个问题变得更加复杂，因为更长的焦距镜头需要较少的角度移动才能产生与短焦距镜头相同的模糊效果。具有全框系统的600mm镜头的对角FoV仅约为4°。1°角位移等于整个框架的1/4（25％）！相反，35mm镜头的对角FoV为63°。1°的移动仅相当于整个帧的1/63或不到1.6％。

这是主要原因，当他们开始提供更长焦距的镜头时，使用基于相机的防抖功能的制造商也开始支持基于镜头的补偿功能。基于镜头的稳定系统通常非常靠近镜头的中心，在这里很小的移动会影响光锥入射到传感器的位置上光斑的更大偏移。

根据奥林巴斯自己的说法，地球的自转使它们停止超过6.5级（然后与陀螺仪有关）。

我今天在PetaPixel上的一篇文章上阅读了这篇文章，他们自己从《业余摄影》杂志上取了下来，在那里他们接受了奥林巴斯副部门经理Setsuya Kataoka的采访：

内置稳定器本身可以提供5.5级光圈，而OIS镜头可以使Sync IS提供6.5级光圈。由于地球的旋转会干扰陀螺仪传感器，因此6.5挡实际上是目前的理论限制。

这些数字并没有真正反映出任何硬性限制，它们反映了一种可能性。我们可以认为相机抖动实际上是随机的，所以任何拍摄都有机会被相机震动所模糊。曝光时间越长，抖动加起来足以破坏图像的机会就越大。图像稳定可以在合理的条件下抵消大部分抖动，但并非所有抖动都可以消除，原因是其他人已经解释了-加速度传感器不够完美，电机不能立即做出反应，运动受到物理限制，等等。相机抖动的剩余部分仍会导致图像模糊的可能性，它的执行速度较慢，因为它的数量较少。如果他们声称要改善6个停顿点，则意味着抖动引起的模糊平均以平均速度的 1/64累积开启IS时与关闭IS时一样，但是每次拍摄都不同。如果没有IS，您可能会遇到好运，与此同时，您也会遇到厄运。防抖的实际测试包括在启用和关闭防抖的情况下，以不同的快门速度拍摄大量照片，并比较两个图像之间可接受的图像比例或平均模糊程度。如果某个相机/镜头组合在关闭IS的情况下在1/30秒钟内90％的时间获得了可接受的图像，但是在关闭IS的情况下仍可以在1s的情况下90％的时间内获得了可接受的图像，则该数据点显示5级改善。借助许多类似的数据点，我们可以总结绩效（或者，如果我们是市场部门，则选择最佳的）。

摄影师和相机本质上是开环系统。摄影师通过将相机对准主体来进行输入，而相机则无法影响该输入。因此，如果尝试在较长时期内进行稳定化，则累积的误差很快会淹没有用的图像数据。

请注意，在天文学等其他应用中，定位系统由成像过程直接控制，从而使系统闭环：望远镜跟随被拍摄的物体。结果，闻闻数秒甚至数分钟的稳定期并非闻所未闻。这是一个望远镜的示例，该望远镜旨在拍摄微弱至24 级的物体的图像，该图像可使图像稳定长达1分钟：

保罗的回答终究是有道理的，但这些技术不太可能很快应用于摄影。也许有一天，相机会带有神经接口来控制摄影师的手，但是稳定时间达数秒的镜头将不得不等到那时。

但问题是，如果稳定能够持续这么长时间，为什么会停在那里呢？为什么它不能继续做自己正在做的事情并稳定5到10秒或更长时间？是什么让它在一段时间后停止工作？

我所使用的各种图像稳定的佳能镜头并没有完全停止运动。他们只是放慢了速度。通过在取景器中观察效果，​​可以清楚地看到曝光不会是无限的。我所有的IS镜头都在70-300mm的范围内，使用短镜头却可以实现非常低的曝光，效果可能不太明显，但是我怀疑结果是相似的。

2秒以上的曝光（即使是短镜头）也会经常出现，这有点让人怀疑。

当一个人拿着相机时，您将涉及许多根本不同的动作。它们的频率和幅度都不同。图像稳定器可以很好地应对由肌肉震颤引起的运动，这些振动（相对而言）的频率较高而幅度较小。对于大约十分之一秒左右的曝光，效果很好。

在几秒钟的曝光中，您需要处理的动作完全不同。例如，您的大部分上半身在呼吸时都会有些移动。该运动要慢得多，但在很多情况下也要大得多。这导致两个问题。首先，它的速度非常慢，以至于大多数加速度计都没有经过校准以很好地测量它们。第二（更难处理）典型的稳定系统只能移动几毫米左右。呼吸引起的运动可能比这大得多。

即使一次只能完全静止不动几秒钟也变得困难。如果您尝试进行手持微距摄影，这一点尤其明显。如果您距离很近（景深很小），通常很难站直以保持对象聚焦。同样，这里的运动通常约为（例如）厘米，而不是稳定系统通常可以很好地补偿的毫米。

在实践中，当需要极高的精度时，可以采用嵌套系统，其中在合理精确的稳定系统中（该系统经过优化以抑制较大的运动），您放置了一种更复杂的系统，该系统可以补偿运动中的微小波动，这些波动是运动的残余。第一个系统。在该系统内，您可以放置​​另一层，依此类推。相机稳定系统使用一层，因此有很大的改进空间（但成本可能会很高）。

这样的系统通常使用被动和主动阻尼机制。您希望第二层与第一层隔离，因此有一个被动阻尼系统将各层连接在一起。还有一个主动系统可以补偿运动。在分层系统中，最好的方法是测量前一层的运动，然后计算通过阻尼机制的传播，以达到所需的补偿。

在LIGO实验就是这样的方法来得到振动非常精确的补偿一个很好的例子。

有趣的问题，但我认为某些前提是错误的。

可以以2.6s的快门速度以12mm的速度拍摄

真？摄影师会静止不动2.6秒吗？

物理图像稳定系统依赖于物质的一种物理特性：惯性。

这就像拉桌子上的布，不理alone盘子的技巧。

如果某个组件彼此之间有些松动，则可以在不移动其他组件的情况下在一定程度上移动一个组件。

它们还设计用于某些类型的频率。

钟摆产生共振的频率。如果您用扫帚上下颠倒来创造一些平衡，则您将应用相同的原理。但是您需要以适当的速度进行补偿。

现在想象一下，您想重新构图，而防抖系统可以避免这种情况。“哦，不，那是个摇晃，我会留在原地！”

是。大型望远镜的质量更大，我敢肯定，与手持摄像机相比，重新构架要花费更多的时间。但是在手持相机上，您在稳定性上有一些限制。

顺便说一句，提供更长稳定性的另一设备称为三脚架。并依靠地球的质量。

我可能会再次得到大量的赞成票...但是以上所有答案从头到尾都是错误的。答案已经在您的问题中：

有用于测量图像稳定度的CIPA标准

就这样。这里的概念是“参考框架”：作为一项标准，必须有一种方法可以以相同的方式测试所有摄像机，并产生一个有效的指标数字，即它在各个摄像机之间是“可比的”。

CIPA测试：如何运作

（也可能在CIPA标准化之前进行内部测试）

正如“有用于测量图像稳定度的CIPA标准”一样，稳定度的5停（例如）是标准测试的结果，该测试在特定条件下测量在发生某些特定事件（即散景）之前可以将相机推入多少距离。降级和运动模糊）。

_{注意：CIPA图像稳定度测试程序手册中至少有50页。而且我不记得所有这些内容，也没有大脑了解它们的每个方面（即使我为振动测试平台开发了软件：-D）；以下解释是一个过分的简化，如果某人想详细介绍细节，他可以自己阅读程序，那是公开的}

CIPA标准使用振动平台测试相机。那是魔术。

摄像机放在会产生振动的平台上，并对准“标准图像”。关闭平台电源，并进行参考拍摄。然后，平台上电，产生一系列振动，以不同的快门速度拍摄很多照片，相机开始产生不良照片的那一刻就是IS无法校正曝光的那一刻。然后想象一下，初始快门速度与最后一个快门速度之间的差异（以光圈表示）是相机稳定系统能够控制的光圈数量。

此外，您提出的问题还有一个问题：

可以在12mm的情况下以2.6s的快门速度拍摄，在100mm的情况下以1 / 3s的速度拍摄！这是使用1 /有效焦距法则来计算的

为什么无法以大于1/3的快门速度进行100mm拍摄？很简单，因为您自己在示例中强加了它！:-)

如果您确定了该手柄，则可以以最大1 / 100s的速度拍摄100mm，然后应用5个光圈，并且以最大1/3的速度拍摄...这是因为您进行了数学计算，而不是因为图像稳定系统将在关闭后关闭1/3秒，也不会因为在那之后开始工作不正常！的确，（如果我没记错的话）对图像稳定系统进行了长达32秒的曝光测试：-D

您在此处设置参考系，说“我采用1 / mm规则并应用停止因子”，因此您将自己逼到了角落。如果某人的手非常稳定，可以以100mm @ 1sec的速度射击，该怎么办？系统是否即使在1/3秒后也不会停止工作，因为您不能超过100mm @ 1/100秒？

图像稳定度由MEMS陀螺仪控制。虽然我没有有关相机使用情况的完整信息，但我可以向后工作。首先，许多大学和研究中心都使用MEMS陀螺仪测量地球的自转。这些陀螺仪用于传感器。将陀螺仪推离其轴时，它将施加力以保持其位置。然后可以测量该力。然后可以使用该测量的处理来确定对此施加的运动力。然后，在稳定系统中，这将导致反力以维持位置，而陀螺仪的测量值控制着反力。当地球旋转时，它在陀螺仪上的作用力压力可以对其进行测量。我注意到他说理论上限制为6.5级。理论上的限制意味着可以无错误且完美无缺地实现的最大值。我质疑他的说法，即他们的相机处于理论极限，因为这从未实现过。总会有身体上的限制。我没有他的数学表述。它必须包括其相机系统响应的最小作用力。在6.5停止后，来自地球自转的力大于此最小移动量，此时系统不知道相机所指向的对象也已移动，然后会尝试将相机对准它认为仍然静止的位置是。然后，发生这种情况的数学运算将涉及像素大小，它可以校正的最小和最大限制，并且更多地涉及光学和系统内置的阻尼。其中包括持有它的人。由于摄像机从飞机上掉落并被远程触发，因此在1秒钟的时间内不会给出清晰的图像，而在更长的时间内则不会那么明显。对于相机，我建议解决方案是相机中的传感器过大，以移动图像来源的传感器部分以及传感器的光学和物理运动。为此，他们需要一个存储区域并连续读取将图像存储在存储区域中的传感器并添加到已经存在的传感器中。我觉得这可以通过专用处理器来实现，并允许更长的时间稳定图像。但是仍然有一个限制。顺便说一句，这种类型的系统在一些费用无关紧要的地方使用。回到最初的问题，它没有说明这是极限。赤道上的极限可能较小，而两极上的极限可能更大。同样，当今大多数相机使用更长的镜头也能提供更多的稳定性，而使用更短的镜头可以减少停顿。这又回到了他的6.5停止评论，而没有涉及焦距或实际时间。我倾向于认为这更多地是限制了在不同平面上运行的多个陀螺仪以及它们之间的相互作用的限制，因为使用陀螺仪可以很容易地确定摄像机相对于地球旋转的方向，然后对其进行编程进入稳定处理器。互联网上有关测量地球自转的文章中有很多数学运算。我希望这是对为什么陀螺仪系统无法克服的局限性的简单英语解释。5停止评论，不涉及焦距或实际时间。我倾向于认为这更多地是限制了在不同平面上运行的多个陀螺仪以及它们之间的相互作用的限制，因为使用陀螺仪可以很容易地确定摄像机相对于地球旋转的方向，然后对其进行编程进入稳定处理器。互联网上有关测量地球自转的文章中有很多数学运算。我希望这是对为什么陀螺仪系统无法克服的局限性的简单英语解释。5停止评论，不涉及焦距或实际时间。我倾向于认为这更多地是限制了在不同平面上运行的多个陀螺仪以及它们之间的相互作用的限制，因为使用陀螺仪可以很容易地确定摄像机相对于地球旋转的方向，然后对其进行编程进入稳定处理器。互联网上有关测量地球自转的文章中有很多数学运算。我希望这是对为什么陀螺仪系统无法克服的局限性的简单英语解释。我倾向于认为这更多地是限制了在不同平面上运行的多个陀螺仪以及它们之间的相互作用的限制，因为使用陀螺仪可以很容易地确定摄像机相对于地球旋转的方向，然后对其进行编程进入稳定处理器。互联网上有关测量地球自转的文章中有很多数学运算。我希望这是对为什么陀螺仪系统无法克服的局限性的简单英语解释。我倾向于认为这更多地是限制了在不同平面上运行的多个陀螺仪以及它们之间的相互作用的限制，因为使用陀螺仪可以很容易地确定摄像机相对于地球旋转的方向，然后对其进行编程进入稳定处理器。互联网上有关测量地球自转的文章中有很多数学运算。我希望这是对为什么陀螺仪系统无法克服的局限性的简单英语解释。

我建议你是正确的，没有绝对的限制。您应该能够稳定10分钟或2个小时。

已经提到了作为稳定机制的开环控制系统中的累积误差。开放式控制系统可能会超出无法补偿的范围。这是孩子们的控制系统101，这个问题已经在几百年前的机械工程中解决了。只需闭合反馈即可。

如果考虑一下相机的两个部分，则有一个镜头和一个传感器。（稳定的）镜头移动以更改传感器看到的内容，并且传感器看到透镜指向的内容。用反馈回路连接两者。数字信号处理器应该能够锁定图像目标（毕竟我们具有基本的面部跟踪功能）并检测图像是否偏移。然后将偏移反馈给镜头运动控制，镜头朝相反方向偏移。诀窍在于检测像素电平偏移。这就是为什么我们还没有这些的原因，但是我所概述的一切在身体上似乎都是不可能的。只要镜头足够准确地对准目标，您就可以整天曝光。

我有信心这样做的原因是它已经完成了。如今，望远镜具有主动/柔性镜，可以不断调整其几何形状，以稳定大气湍流和自重变形。他们还锁定目标并对其进行跟踪。

等不及要购买可以稳定一整天的镜头了。