لرزش گیر چیست و انواع آن کدام است؟

لرزش‌گیر تصویر یا IS (مخفف Image Stabilization) تکنیکی است که امروزه در اکثر دوربین‌های دوچشمی، دوربین‌های عکاسی و فیلم‌برداری، تلسکوپ‌های نجومی و همچنین گوشی‌های هوشمند استفاده می‌شود و تاثیرات تکان‌های ناشی از حرکات دست را در زمان عکاسی کم می‌کند.

همان‌طور که می‌دانید در دوربین‌های عکاسی، هنگام ثبت تصور با سرعت‌ پایین شاتر یا فاصله‌ی کانونی طولانی (مانند تله‌فوتو یا زوم)، لرزش دوربین به هر دلیلی، می‌تواند باعث تار شدن تصویر نهایی شود. این عامل در دوربین‌های فیلمبرداری، لرزش‌هایی را در فریم‌های فیلم ایجاد می‌کند و در نجوم هم لرزش عدسی ممکن است در کنار تغییرات جوی، باعث تغییر موقعیت ظاهری اجسام در تصویر شود.

برای اجتناب از این مشکل راهکارهای متفاوتی وجود دارد؛ استفاده از دوربینی که قابلیت لرزش‌گیر تصویر داشته باشد، یکی از این راهکارها است. تکنیک‌های لرزش‌گیر تصویر، نحوه‌ی عملکرد و انواع آن‌ها، موضوعات بسیار جذاب و جالبی هستند که در این مقاله قصد داریم به طور مفصل درباره‌ی آ‌ن‌ها صحبت کنیم. قبل از شروع ابتدا برخی مفاهیم اولیه‌ی مرتبط با این موضوع را معرفی کنیم.

در عکاسی، نور همیشه مهم‌ترین نقش را برای ثبت تصویری مناسب ایفا می‌کند؛ این عامل به طور موثر به تغییر در میزان دیافراگم، تغییر در سرعت شاتر و تغییر در میزان حساسیت حسگر یا همان ایزو وابسته است و تغییر در هرکدام از آن‌ها میزان نور ورودی را کاهش یا افزایش می‌دهد.

مثلث نوردهی چیست؟

فاصله کانونی چیست؟

فاصله کانونی لنز دوربین، توان بزرگ‌نمایی یا کوچک‌نمایی آن را نشان می‌دهد و واحد آن نیز میلی‌متر است؛ فاصله کانونی ثابت در یک دوربین خاص ممکن است نسبت به دوربینی دیگر، بزرگ‌نمایی بیشتری یا کمتری داشته باشد.

فاصله کانونی لنز‌های تله‌فوتو، در دوربین‌های استاندارد ۳۵ میلی‌متری (فول‌فریم) بین ۷۰ تا ۱۰۰ میلی‌متر، فاصله کانونی لنزهای خیلی بزرگ بین ۳۰۰ تا بیش از ۸۰۰ میلی‌متر و فاصله‌ی کانونی دوربین‌های واید، ۳۵ میلی‌متر یا کمتر است. اعدادی که قبل از علامت mm در مشخصات دوربین نوشته شده‌اند فاصله‌ی کانونی لنز دوربین را نشان می‌دهد؛ فاصله‌ی کانونی لنزهای زوم را با بازه بیان بیان می‌کنند، اما فاصله‌ی کانونی لنزهای پرایم (لنزهایی که قابلیت بزرگ‌نمایی ندارند) عددی ثابت است.

دوربین فول فریم

اندازه‌ی حسگر یکی از مهم‌ترین فاکتورها در عکاسی است. در دنیای عکاسی دیجیتال دو دسته‌بندی اصلی برای دوربین‌ها وجود دارد؛ حسگر‌های فول‌ فریم و حسگر‌های کراپ.

اصطلاح فول فریم به اندازه حسگری گفته می‌شود ابعادی مشابه فرمت فیلم ۳۵ میلی‌متری داشته باشد. در قدیم برای ثبت تصاویر در دوربین‌های عکاسی، از فیلم‌هایی با اندازه‌ی ۳۵ میلی‌متری استفاده می‌کردند. این قالبِ ۳۵ میلی‌متر از سال ۱۹۰۹ به‌عنوان استانداردی برای کیفیت تصویر و تعادل در قیمت شناخته شد و پس از آن هم، حتی با توجه به اینکه دیگر در دوربین‌های عکاسی از فیلم استفاده نمی‌شود، اما همین نام را برای دوربین‌های فول‌فریم به کار می‌برند.

فاصله کانونی معادل ۳۵ میلی‌متر یا فاصله کانونی موثر، عبارتی است که برای یکسان‌سازی با تصویری که لنزی با حسگر ۳۵ میلی‌متری ثبت می‌کند، به کار می‌رود.

سنسور‌های کراپ هم به حسگرهای کوچک‌تر از اندازه‌ی استاندارد ۳۵ میلی‌متری گفته می‌شود. حسگر کراپ، کوچک‌تر از حسگر فول‌فریم (اندازه‌ی استاندارد ۳۵ میلی‌متر) است و لبه‌های عکس برای داشتن میدان دید تنگ‌تر، با ضریبی کراپ می‌شوند. برای یافتن زاویه‌ی دید معادل لنز در دوربین حاوی حسگر کراپ، کافی است مقدار بزرگنمایی را در فاصله کانونی لنز ضرب کنید.

دانستن معادل ۳۵ میلی‌متر برای عکاسان بسیار مهم است؛ چرا که در دوربین‌های مختلف، لنزها و حسگرهای مختلف با اندازه‌های متفاوتی به‌کار می‌روند و این اختلاف هم بر فاصله‌ی کانونی در دوربین گوشی تاثیر می‌گذارد. برای عکاسانی که از گوشی‌های هوشمند برای عکاسی استفاده می‌کنند نیز دانستن معادل ۳۵ میلی‌متری لنز دوربین گوشی، به درک آن‌ها از وسعت زاویه‌ی دیدِ لنز دوربین کمک می‌کند.

حسگر‌

حسگر‌ها اجزایی مستطیل‌شکل هستند که در مرکز دوربین‌ها قرار داشته و تصاویر را از روی لنز دوربین می‌خوانند. هر چه حسگری بزرگ‌تر باشد، دوربین می‌تواند نور و جزئیات بیشتری را دریافت کند و تصویر خروجی را با کیفیت بهتری ثبت کند.

دیافراگم

دیافراگم دریچه‌ای روی لنز و یکی از سه فاکتور مهم عکاسی‌ است که در دوربین‌های عکاسی یا دوربین‌های گوشی نقش مردمک چشم را ایفا می‌کند. دیافراگم بزرگ، نور بیشتری را به حسگر وارد می‌کند و به این ترتیب وضوح تصویر خروجی را بالا می‌برد؛ عکاسان هم معمولا در شرایط کم نور از بیشینه‌ی دیافراگم حسگر‌ها استفاده می‌کنند.

میزان دیافراگم با f-number نمایش داده می‌شود: f/1.4، f/2، f/5.6 و …

هرچه عدد موجود در f-number بزرگ‌تر باشد، دیافراگم کوچکتر است (دیافراگم f/2 بزرگتر از دیافراگم f/8 است) و از آنجا که دیافراگم روی عمق میدان هم تاثیر می‌گذارد، هرچه دیافراگم کوچک‌تر باشد، عمق میدان بیشتر است.

تمام مفاهیم بالا را برای توضیح مفهومی به نام استاپ معرفی کردیم، اما استاپ چیست؟ استاپ، راه‌حلی ساده برای درک ارتباط میان تغییر گشودگی دیافراگم، سرعت شاتر و حساسیت حسگر است که هرکدام با واحد اندازه‌گیری متفاوت، بر میزان نور ورودی به حسگر دوربین تاثیر می‌گذارند؛ هر استاپ کامل در هر کدام از این پارامتر‌ها میزان نور را دو برابر افزایش یا کاهش می‌دهد.

استاپ‌های گشودگی دیافراگم

دیافراگم دریچه‌ای است که نور قبل از رسیدن به حسگر از آن عبور می‌کند. f-number در لنزها، نسبت فاصله‌ی کانونی آن لنز تقسیم بر قطر دیافراگم است؛ در نتیجه هرچه دیافراگم بازتر یا گشوده‌تر باشد، f-number کوچکتر خواهد بود.

تصویر بالا استاپ‌های دیافراگم را نشان می‌دهد و همانطور که مشاهده می‌کنید، f/1.4 دوبرابر نور بیشتری در مقایسه با f/2 و ۸ برابر نور بیشتری در مقایسه با f/4 به سنسور وارد می‌کند. در واقع هرچه استاپ‌های دیافراگم کاهش یابد، دیافراگم گشوده‌تر بوده و نور بیشتری به حسگر می‌رسد.

استاپ‌های سرعت شاتر

سرعت شاتر با واحد زمان اندازه‌گیری می‌شود و زمانی که شاتر کنار می‌رود، نور به حسگر می‌رسد. برای اطلاع از سرعت شاتر دوربین می‌توانید مقدار آن را روی صفحه‌نمایش دوربین یا در چشمی مشاهده کنید؛ هرچه شاتر مدت زمان بیشتری باز باشد، نور بیشتری به حسگر می‌رسد.

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید هر استاپ با دو برابر شدن میزان نور ورودی برابر است؛ برای مثال اگر سرعت شاتر را از ۱/۶۰ ثانیه به ۱/۳۰ ثانیه تغییر دهید، میزان نور ورودی یک استاپ بیشتر می‌شود.

استاپ‌های حساسیت حسگر (ایزو)

ایزو میزان حساسیت حسگر به نور ورودی است که می‌توان آن را کاهش یا افزایش داد؛ افزایش ایزو در عین حالی که نور تصویر خروجی را افزایش می‌دهد، نویز بیشتری هم در تصویر ایجاد می‌کند و برعکس. برای مثال ایزوی ۴۰۰ دو برابر نور را نسبت به ایزو ۲۰۰ افزایش می‌دهد.

حال که با تمام مفاهیم مهم دنیای عکاسی و مفهوم استاپ آشنا شدیم، درک عبارت لرزش‌گیر تصویر در عکاسی می‌تواند سرعت شاتر را ۲ تا ۵٫۵ استاپ کاهش دهد، ساده‌تر است.

یک قاعده‌ی سرانگشتی به صورت تجربی بیان می‌کند: درصورتی که اندازه‌ی فیلم دوربین همان اندازه‌ی استاندارد ۳۵ میلی‌متری باشد؛‌ کندترین سرعت شاتر برای به حداقل رساندن تاری تصویر، هنگامی که دوربین را با دست نگه داشته‌اید و خبری از پایه نیست، برابر است با معکوس فاصله‌ی کانونی لنز.

برای مثال اگر فاصله‌ی کانونی دوربینی با اندازه‌ی فیلم استاندارد (۳۵ میلی‌متری)، ۱۲۵ میلی‌متر باشد، با تنظیم سرعت شاتر روی عددی کمتر از یک به صد‌و‌بیست‌وپنج ممکن است وضوح تصویر خروجی را کاهش دهد. حال اگر دوربینی با همین شرایط به لرزش‌گیر تصویر مجهز باشد، می‌توان سرعت شاتر را از این مقدار هم بیشتر و ۲ تا ۵٫۵ استاپ کاهش داد و کیفیت و وضوح تصویر خروجی را نیز حفظ کرد.

همان‌طور که می‌دانید، تاری تصاویر ثبت شده به دلیل لرزش‌های دست، اتفاقی ناخوشایندی برای عکاسان محسوب می‌شود. اگر تا به حال با سرعت شاتر پایین عکسی ثبت کرده باشید، دقیقاً می‌دانید که لرزش دوربین چه تاثیری می‌تواند بر وضوح تصویر داشته باشد. برای اجتناب از این تاری ناخواسته، سه راه پیش رو دارید: تغییر و تنظیم سرعت شاتر، دیافراگم و ایزو، استفاده از سه‌پایه استفاده کنید و استفاده از دوربینی که قابلیت لرزش‌گیر تصویر داشته باشد.

دقت داشته باشید که لرزش‌گیر تصویر نمی‌تواند تاری حرکتِ ناشی از حرکت‌ سوژه یا حرکات شدید دوربین را از بین ببرد و تنها برای کاهش تاریِ ناشی از تکان‌های دست عکاس، طراحی شده است. لرزش‌‌گیر تصویر فناوری تخصصی تعبیه شده در لنز، دوربین یا نرم‌افزار است که به کاهشِ تاری ناشی از لرزش دوربین کمک می‌کند؛ این فناوری در دو نوع اپتیکال و دیجیتال (الکترونیکی) ارائه می‌شود.

لرزش‌گیر تصویر اپتیکال یا نوری (OIS: Optical Image Stabilizer، IS: Image Stabilizer یا OS: Optical Stabilizer) مکانیزمی است که در اواسط دهه‌ی ۱۹۹۰ میلادی در دوربین‌های کامپکت و لنزهای DSLR رونق گرفت.

لرزش گیر اپتیکال، مسیر حرکت تصویر را از لنز تا سنسور دوربین هدایت می‌کند. زمانی که دست عکاس حرکت لرزشی داشته باشد، لنز دوربین بر خلاف جهت آن حرکت خواهد کرد تا تصویر مسیری ثابت را طی کند. حرکت المان‌های لنز دوربین، اکثرا توسط موتورهای الکترومگنتی انجام می‌شود.

این فناوری امروزه در دوربین گوشی‌های هوشمند نیز برای ثبت تصاویر با کمترین تاری و بالاترین کیفیت مورد استفاده قرار می‌گیرد و امکان ثبت تصاویر با نوردهی طولانی‌مدت را با کمترین افت کیفیت بدون استفاده از سه‌پایه فراهم می‌کند.

قابلیت لرزش‌گیر تصویر را می توان روی لنز یا روی حسگر اعمال کرد؛ هر رو روش مزایا و معایبِ خاص خود را دارند. شرکت‌های مختلف نام‌های مختلفی برای فناوری OIS خود دارند:

• نیکون (Nikon): کاهش لرزش یا VR (مخفف Vibration Reduction)؛ نیکون اولین لرزش‌گیر اپتیکال دو محوره را در سال ۱۹۹۴ در Zoom 700VR ارائه کرد.
• کَنون (Canon): لرزش‌گیر تصویر یا IS (مخفف Image Stabilization)؛ کنون اولین لرزش‌گیر اپتیکال خود را در سال ۱۹۹۵ معرفی کرد.
• تامرون (Tamron): کنترل لرزش یا VC (مخفف Vibration Control).
• سیگما (Sigma): لرزش‌گیر اپتیکال یا OS (مخفف Optical Stabilization).
• سونی (Sony): لرزش‌‌گیر ترکیبی یا OSS (مخفف Optical Steady Shot).
• پنتاکس (Pentax): کاهش لرزش یا SR (مخفف Shake Reduction).
• پاناسونیک (Panasonic) و لایکا (Leica): لرزش‌گیر اپتیکال MegaOIS و PowerOIS
• نوکیا (Nokia): لرزش‌گیر اپتیکال PureView؛ نوکیا اولین لرزش‌گیر اپتیکال گوشی خود را در لومیا 920 ارائه کرد.

لرزش‌گیر مبتنی بر لنز به کمک لنزی شناور، لرزش را با استفاده از حسگرهای ژیروسکوپی تشخیص می‌دهد. نیکون و کنون از اولین تولید‌کنندگانی هستند که فناوری لرزش‌گیر تصویر را دوربین‌های خود پیاده‌سازی کردند. در این فناوری از لنز شناوری عمود به محور نوری لنز استفاده می‌شود که به کمک آهنرباهای الکتریکی حرکت می‌کند.

ارتعاش با دو حسگر یکی برای تشخیص حرکت افقی و دیگری برای تشخیص حرکت عمودی تشخیص داده می‌شود. این بدان معنی است که نمی‌توانند حرکات چرخشی را شناسایی کرده و لرزش‌های ناشی از آن‌ها را از بین ببرند؛ نقطه قوت این نوع لرزش‌گیرها، برتری آن ها در کاهش ارزش در فواصل کانونی طولانی‌تر است.

اکثر سازندگان دوربین‌های عکاسی پیشنهاد می‌کنند که وقتی لنز روی سه‌پایه نصب می‌شود، قابلیت لرزش‌گیر تصویر را در صورت امکان غیرفعال کنید؛ چرا که در آن شرایط ممکن است تصویر خروجی با آنچه عکاس می‌بیند تفاوت داشته باشد و به طور کلی هم فعال بودن قابلیت لرزش‌گیر غیرضروری است.

بسیاری از لنزهای مجهز به فناوری لرزش‌گیر مدرن و امروزی (به ویژه لنزهای جدیدتر کنون) می‌توانند به‌طور خودکار، قرار داده شدن روی سه‌پایه را تشخیص داده و IS را غیرفعال کنند. علاوه بر‌این غیرفعال کردن لرزش‌گیر تصویر، در کاهش مصرف باتری موثر است.

لرزش‌گیر تصویر درون دوربین و روی حسگر (IBIS - مخفف In Body Image Stabilizer) به فناوری سنسور شیفت مجهز است و خودِ حسگر برای مقابله با لرزش‌های دوربین حرکت می‌کند. سنسورهای ژیروسکوپی درون دوربین حرکت را تشخیص داده و اطلاعات را به محرک‌های جابجایی حسگر تصویر در جهت مخالف، ارسال می‌کنند.

در فناوری سنسورشیفت، حسگری دریافت‌کننده‌ی تصویر می‌تواند به گونه‌ای جابجا شود که لرزش‌های ناشی از حرکت دوربین را خنثی کند. در این فناوری، زمانی دوربین تکان می‌خورد، ژیروسکوپ‌ها اطلاعات را به محرکی که حسگر را حرکت می‌دهد، ارسال می‌کنند و حسگر هم برای ثابت نگه داشتن تصویر، با تابعی از فاصله‌ی کانونی لنز، حرکت می‌کند.

مزیت سنسور شیف، نسبت به لرزش‌گیر تصویر روی لنز، توانایی خنثی کردن لرزش‌های ناشی از حرکات در پنج محور (horizontal، vertical، roll، pitch و yaw)، یعنی سه محور بیشتر است.

محورهای افقی و عمودی حرکات دوربین به سمت بالا و پایین یا چپ و راست را بیان می‌کنند، Roll زمانی است که دوربین در امتداد محور افقی می‌چرخد، Pitch زمانی است که دوربین به سمت بالا یا پایین متمایل می‌شود و Yaw زمانی است که به چپ یا راست متمایل می شود.

توانایی خنثی کردن حرکات در پنج محور این معنی است که لرزش‌گیر روی حسگر عموماً تطبیق‌پذیرتر و دقیق‌تر از لرزش‌گیر تصویر روی لنز عمل می‌کند؛ علاوه‌بر‌این، لرزش‌گیر روی حسگر عموما ارزان‌تر و سبک‌تر است.

یکی از ایراد‌های لرزش‌گیر روی حسگر این است که لرزش‌ها را بدون هیچ کاهشی در منظره‌یاب اپتیکال (OVF) نمایش می‌دهد؛ درواقع فرآیند لرزش‌گیر تصویر بعد از نمایشِ آن در منظره‌یاب اپتیکال (OVF) اعمال می‌شود و برخلاف خروجی، عکاس هنگام ثبت عکس، دید لرزانی خواهد داشت. این موضوع ممکن به‌خصوص در فواصل کانونی طولانی هنگام ردیابی سوژه‌هایی که سریع حرکت می‌کنند، مشکل‌ ایجاد کند.

البته در دوربین‌های بدون آینه (Mirrorless)، تصویری که در منظره‌یاب الکترونیکی (EVF) نمایش داده می‌شود، مستقیماً از حسگر رد شده و قبل از رسیدن به چشم عکاس، تثبیت می‌شود.

برخی از شرکت‌های تولید‌کننده‌ی دوربین، مانند پاناسونیک از ترکیب این دو فناوری بهره می‌برند. پاناسونیک از سال ۲۰۱۵ علاوه‌ بر لرزش‌گیر مبتنی بر لنز از سنسورشیفت هم بهره گرفت. پس از آن هم کنون و نیکون دوربین‌های بدون آینه‌ی فول‌فریم خود را هم با IBIS (سنسورشیفت) و هم با لرزش‌گیر مبتنی بر لنز عرضه کردند.

لرزش‌گیر تصویر دیجیتال که با عنوان لرزش‌گیر تصویر الکترونیکی نیز شناخته می‌شود، در برخی از دوربین‌ها (عمدتاً برای فیلمبرداری) به‌کار‌ می‌رود. در این فناوری ابتدا هر فریم برای تشخیص لرزش تجزیه و تحلیل شده و سپس در صورت نیاز پیکسل به پیکسل آن‌ها برای ایجاد تصویری پایدار، تغییر داده می‌شوند. این تکنیک می‌تواند لرزش دوربین را کاهش دهد و ویدیویی پایدار ایجاد کند.

همان تاثیر لرزش‌گیر تصویر دیجیتال را می‌توان در نرم‌افزارهای پس‌پردازش، مانند Adobe Premiere Pro’s Warp Stabilizer نیز انجام داد.

نقطه ضعف این فناوری این است که دوربین برای دستیابی به تصویری بدون تاری، به برش تصویر نیاز دارد. درواقع در فناوری لرزش‌گیر تصویر دیجیتال از پیکسل‌های خارج از کادر به عنوان بافر برای خنثی کردن لرزش استفاده می‌شود و در نتیجه هرچه لرزش دوربین بیشتر باشد، برش هم بیشتر خواهد بود.

لرزش‌گیر تصویر دیجیتال برای سوژه‌هایی که آهسته حرکت می‌کنند مناسب است و در عین حالی که می‌تواند خروجی چشمگیری داشته باشد، اما ممکن است کمی پیکسل‌های غیرواقعی یا نویز هم به تصویر شما اضافه کند.

امروزه با پیشرفت فناوری و ترکیب OIS و EIS، دوربین‌هایی با لرزش‌گیر تصویر هیبریدی هم معرفی شده‌اند. در این فناوری، لرزش‌گیر اپتیکال به کمک سخت‌افزار فراهم شده و تاری ناشی از حرکت دوربین را تا جای ممکن کاهش می‌دهد و سپس لرزش‌گیر دیجیتالی برای ثبات بیشتر به کمک قابلیت HDR و نوردهی چندگانه در شرایط نور کم، خروجی نهایی را چکش‌کاری می‌کند.

چنانچه به EIS دسترسی ندارید، بهترین تکنیک برای لرزش‌گیری تصویر، استفاده از لرزش‌گیر اپتیکال برای گرفتن پایدارترین خروجی و سپس استفاده از نرم‌افزار برای ویرایش‌های نهایی است.