Co je dobré vědět o stabilizaci
„Stabilizace obrazu“ je zastřešující termín, pod který lze zahrnout celkem pestrou skupinu postupů a technologií. Všechny však mají jeden společný účel: zmírňovat negativní vliv drobných, nechtěných pohybů fotoaparátu na pořizované snímky a videa. Stabilizace umožňuje pořizovat ostré fotky a neroztřesená videa i za podmínek, za jakých by se nám to bez jejího použití nedařilo.
Tři způsoby stabilizace
Snímek (resp. videozáznam) můžeme stabilizovat v různých fázích jeho vzniku. V zásadě existují tři hlavní úrovně, na kterých může stabilizace působit. Z těch následně vyplývají tři hlavní velké kategorie stabilizačních technologií:
Stabilizace celého fotoaparátu – řeší se pomocí externích zařízení. Ty mohou být čistě mechanické (např. stativ, steadicam) nebo mohou kombinovat mechanické a elektronické prvky (např. motorizovaný gimbal).
Externí stabilizace představuje jednoznačně nejlepší řešení, protože jako jediná řeší skutečně primární příčinu problému a nikoliv až její důsledky. Z pohledu uživatele se však jedná o řešení nejpracnější, které nejvíc zdržuje. Hodí se proto spíše pro klidné, pečlivé focení nebo pomalejší, high-end filmovou / video produkci.
Stabilizace v rámci snímací soustavy – realizuje se pomocí hardwarového stabilizátoru, což je mechanicko / opticko / elektronická součást, která se nachází uvnitř fotoaparátu (kamery) resp. objektivu.
Stabilizátor ve fotoaparátu / v objektivu představuje technicky nejsložitější řešení, uživatelsky je však paradoxně pohodlnější na používání než externí stabilizace. V základu stačí stabilizátor zapnout a je to. Proto se také těší značné oblibě. Dává „dost dobré“ až „výborné“ výsledky, mnohdy porovnatelné s externí stabilizací (ale ne vždy).
Stabilizace na úrovni zpracování výstupu – běžně se označuje jako tzv. „elektronická“ stabilizace, v mnoha případech by ovšem bylo přesnější spíše „digitální“ nebo „výpočetní“ stabilizace, neboť se mnohdy jedná o čistě softwarové řešení.
Tento typ stabilizace se uplatňuje hlavně tam, kde není fyzicky místo pro hardwarový stabilizátor nebo kde by se tento nevešel do rozpočtu. Tedy zejm. v mobilech, některých kompaktech, ultrazoomech, akčních kamerách, dronech. Elektronickou stabilizaci nabízejí též některé low-end bezzrcadlovky. Často ji ale najdeme též jako pomocnou, sekundární technologii i u zařízení, která mají současně i hardwarový stabilizátor.
Externí stabilizací se v tomto článku dále zabývat nebudu a to i přestože se ve skutečnosti jedná o nejlepší způsob, jak záběr stabilizovat. Zaměřím se na zbylé dva druhy stabilizačních technologií, které mívají podobu funkce fotoaparátu a nevyžadují žádné dodatečné příslušenství.
Elektronická stabilizace
Podobně jako pojem „stabilizace“ ani termín „elektronická stabilizace“ ve skutečnosti neoznačuje jednu konkrétní technologii. Opět se jedná o zastřešující pojem, pod který můžeme zahrnout řadu různých věcí. Všem je však společné jedno: korekce nechtěných pohybů se u nich provádí až na úrovni zpracování výstupního signálu. Principiálně se tedy jedná o úpravu / postproces, ovšem s tím, že tato úprava typicky probíhá už během pořizování záznamu.
V některých případech může elektronická stabilizace využívat informace ze senzorů pohybu a zrychlení, podobně jako hardwarový stabilizátor, jindy se může jednat o čistý postproces bez jakýchkoliv dalších vstupů, tedy o ryze softwarové řešení.
Jako příklad čistě softwarové stabilizace lze uvést základní, jednoduchou stabilizaci videa. Fotoaparát při natáčení analyzuje obsah jednotlivých zachycených framů a vyhodnocuje, jestli mezi nimi není patrný nějaký posun či nějaké pootočení. Pokud je detekuje, jednotlivé framy vůči sobě srovnává.
Aby mohl tento typ stabilizace dobře fungovat, je nutné provést drobné oříznutí videa. Fotoaparát totiž potřebuje získat trochu materiálu po obvodu obrazového pole, aby následně mohl provádět potřebné posuny a rotace a ve výsledném videu pak nikde nic nechybělo. Při aktivaci funkce elektronické stabilizace si proto často lze všimnout nepatrného zúžení záběru. Připomíná to drobné přizoomování.
Stojí za zmínku, že digitální stabilizaci videa založenou na této metodě nemusí provádět vždy jen fotoaparát. Dá se realizovat i dodatečně, ve fázi postprocesu, až na počítači. Tak např. v Adobe Premiere Pro (program na stříhání videa) je možné roztřesený videozáznam stabilizovat za pomoci efektového filtru jménem Warp Stabilizer.
V oblasti fotografování se elektronická stabilizace uplatňuje také. Nemá ale až tak velký význam u „velkých“ fotoaparátů, protože ty mívají dnes typicky hardwarový stabilizátor v objektivu nebo v těle přístroje. Důležitá je spíše u mobilů, akčních kamer, dronů, apod.
Jedna celkem rozšířená technika kupříkladu funguje následovně: mobil při stisknutí spouště vyfotí nikoliv jeden, ale celou sérii snímků, velmi rychle po sobě. Dostane tak sérii obsahově téměř identických fotek. Tyto snímky následně zanalyzuje, vybere z nich ten s nejmenším pohybovým rozostřením a tento snímek uloží jako výsledné foto. Jednoduché, ale účinné. Někdy též může prolnout více ostrých fotek dohromady a docílit tak obrázku s vyšší technickou kvalitou. Toto vše přitom probíhá velmi rychle a skrytě, takže uživatel mobilu celý tento proces vůbec neregistruje. Zdá se mu, že prostě „vyfotil foto“, netuší, co vše se dělo na pozadí.
Elektronická stabilizace však má své limitace. Tak např. digitálně stabilizované video sice bývá méně roztřesené, ale může mít některé dílčí framy mázlé nebo zdeformované v důsledku tzv. rolling shutter efektu.
Hlavní problém elektronické stabilizace spočívá v tom, že působí v příliš pozdní fázi vzniku obrazového záznamu, skoro až na konci celého procesu. Tedy řeší problém, který už stihl vzniknout, naplno se projevit a propsat se do obrazových dat.
Tzn. ta elektronická stabilizace je sice fajn, ale není to plnohodnotná náhrada hardwarového stabilizátoru a už vůbec ne externí stabilizace.
Optická stabilizace v objektivu (OIS)
Optická stabilizace v objektivu (zkr. OIS z angl. „Optical Image Stabilizer“) funguje na principu detekování jemných pohybů fotoaparátu (objektivu) a následného vytváření protichůdných, kompenzačních pohybů vybraných optických členů. Tzn. dochází k nepatrným posunům některých čoček, čímž se docílí stabilizování obrazu přímo optickou cestou.
O detekci pohybů se starají MEMS gyro senzory (detekují úhlovou rychlost) a někdy též akcelerometry (detekují zrychlení), dnes zpravidla integrované dohromady do kombinovaných senzorů. Ty se nacházejí uvnitř objektivu, po obvodu jeho tubusu.
Vlastní stabilizaci obrazu pak provádí tzv. plovoucí optická skupina (typicky je to achromát, někdy apochromát). Ta není v objektivu ukotvená zcela napevno, ale v částečně pohyblivém závěsu. Plovoucí skupina má tzv. nulovou polohu, ve které se nachází, když je stabilizátor vypnutý. Při aktivní stabilizaci ji z této nulové polohy vychyluje soustava pevných magnetů a elektromagnetů.
Samotný proces stabilizace má charakter regulační smyčky, v rámci které se zpracovávají vstupy ze senzorů, vhodně se přepočítávají a případně kombinují s predikcí dalšího pohybu a výsledným signálem se řídí aktuátory, které ovlivňují přesnou polohu plovoucí skupiny.
Stabilizace v objektivu má (oproti stabilizaci v těle, o ní viz dále) některé výhody, ale i nevýhody. K výhodám patří zejm. skutečnost, že OIS může být dobře optimalizovaná pro konkrétní typ objektivu a dále též to, že funguje i na fotoaparátech, které nemají stabilizovaný senzor. U teleobjektivů bývá OIS účinnější než stabilizace v těle.
Hlavní nevýhodou je pak to, že optický stabilizátor vůbec nedokáže korigovat rotaci objektivu kolem své vlastní optické osy a neumí moc dobře řešit ani translační pohyby (posuny). Nejlépe funguje pro náklony ve smyslu nahoru / dolů a vlevo / vpravo. Za podstatnou praktickou nevýhodu lze považovat i to, že pro každý objektiv potřebujeme samostatný stabilizátor, což zvyšuje složitost a tím pádem i cenu objektivů.
Stabilizace v těle fotoaparátu (IBIS)
Další typ představuje stabilizace v těle fotoaparátu, někdy označovaná také jako stabilizace senzoru nebo IBIS (z angl. „In-body Image Stabilizer“). Funguje v zásadě na stejném principu jako optická stabilizace v objektivu, stabilizační mechanismus se však nachází přímo v komoře fotoaparátu a hýbá nikoliv čočkami, ale samotným senzorem přístroje.
Velkou výhodou stabilizace v těle je to, že funguje univerzálně, s jakýmkoliv objektivem, dokonce i se starými skly. Navíc dokáže senzorem nejenom posouvat a naklánět jej, ale umí s ním i rotovat kolem optické osy optiky a tedy řeší jednu z hlavních slabin OIS. U krátkých a středních ohniskových vzdáleností proto IBIS často dosahuje lepšího účinku. Účinnější je též ve videu natáčeném za chůze.
IBIS též bývá mechanicky odolnější než OIS. Tedy je u něj lepší šance, že přežije např. pád fotoaparátu na zem. Což ovšem samozřejmě neznamená, že by mu to dělalo dobře.
Nevýhodou IBIS je pak to, že pro některé typy objektivů nemusí dávat tak dobré výsledky jako stabilizace v objektivu. Platí to zejm. pro teleobjektivy s velmi dlouhým ohniskem.
Hybridní přístupy
V některých případech se využívá více různých typů stabilizace současně. Tak např. je možné kombinovat stabilizaci v objektivu a stabilizaci senzoru. Kombinováním více technologií zpravidla nezískáme o mnoho vyšší celkový stabilizační účinek, spíše si tím rozšíříme spektrum situací, za kterých se stabilizace bude chovat dobře. Tedy není to o tom, že bychom s dvěma či více technologiemi ustabilizovali výrazně delší časy, ale spíš o tom, že hybridní stabilizace bude tak nějak celkově fungovat lépe a spolehlivěji.
Uplatnění stabilizace
V případě focení se stabilizace hodí zejm. pro fotografování z ruky. Umožní nám dobrat se ostrých snímků s o něco delšími časy, než jaké bychom zvládli udržet bez stabilizace. Tak např. pokud bychom bez stabilizace udrželi 1/50s, se stabilizací to bude třeba 1/10s nebo 1/5s. Nehodí se však pro focení vysloveně dlouhých expozic s expozičními časy v řádu jednotek či desítek sekund.
Stabilizaci přitom nejvíce oceníme při focení s delšími ohniskovými vzdálenostmi. Je to logické. Každý fotograf zná známé „reciproční pravidlo“, které říká, že při focení z ruky je potřeba fotit s expozičními časy alespoň 1/[ohnisková vzdálenost v milimetrech] nebo kratšími.
Z toho logicky plyne, že stabilizaci více oceníme na teleobjektivu, tzn. na objektivu s ohniskovou vzdáleností řekněme 300mm, spíše než na širokáči, který má ohniskovou vzdálenost např. 20mm. To protože s širokáčem bez problémů udržíme v ruce i čas 1/30s, s teleobjektivem nikoliv. To je mimochodem jeden z důvodů, proč širokoúhlé objektivy stabilizaci často vůbec nemají. Není u nich tolik potřebná.
Co se týče videa, tam je nějaká forma stabilizace záběru v podstatě nutností, protože roztřesené video bývá nepoužitelné. Tzn. nějakou formu stabilizace potřebujeme vždy. Ideální je stabilizovat fotoaparát externě, např. za pomoci stativu, gimbalu, steadicamu, slideru, apod. Pakliže ale zrovna nemáme žádný takový prostředek k dispozici, je řešením právě nějaká forma stabilizace ve fotoaparátu.
Dá se tedy říct, že pro video je stabilizace ještě důležitější nežli pro foto. A opět i zde platí, že čím delším ohniskem se natáčí, tím důležitější a tím obtížnější je záběr dobře stabilizovat.
Stabilizace foto vs. video
Stojí určitě za zmínku, že stabilizace statických snímků vs. stabilizace videa jsou ve skutečnosti dvě odlišné disciplíny. Mají sice hodně společného, ale současně jsou mezi nimi i dost podstatné rozdíly. Pokaždé totiž od té stabilizace chceme něco jiného.
Při fotografování potřebujeme, aby stabilizátor co nejdokonaleji ustálil obraz po dobu trvání expozice. To bývá typicky jen zlomek sekundy. Co se děje předtím nebo potom, to je nám v zásadě jedno. Potřebujeme tedy co nejlepší výkon na krátký čas a nevadí nám prudké, trhavé pohyby před a po expozici. Optimální proto bývá poměrně agresivní řízení stabilizátoru.
U videozáznamu je situace odlišná v tom, že videozáznam bývá mnohem delší. Taktéž u něj chceme odstranit drobný třes, zároveň ale potřebujeme vyřešit ještě i to, aby nedocházelo k nápadnému trhání vlivem funkce stabilizátoru. Stabilizace proto řeší vlastně dvě věci naráz – jak co nejlépe potlačit tu „rychlou“ složku a zároveň jak zachovat co nejplynulejší výstup u delšího záznamu.
Stabilizátor optimalizovaný pro video se tedy chová jinak než stabilizátor optimalizovaný pro focení.
Účinek stabilizace
To, jak je stabilizace v praxi účinná, se u různých konkrétních řešení liší, často docela významně. Účinek se zpravidla vyjadřuje počtem expozičních stupňů, o které je možné prodloužit expoziční čas, aniž by došlo k rozmazání fotografie. Myšleno ve srovnání se stavem bez použití stabilizace. U soudobé techniky se účinek stabilizace pohybuje nejčastěji v rozmezí 3-5 EV.
Je však třeba upozornit na dvě důležité věci: Za prvé, uváděný a reálný účinek stabilizace se často liší. Zpravidla v tom smyslu, že marketing bývá ve srovnání s reálnými zkušenostmi uživatelů spíš mírně optimistický. A za druhé, hodnoty účinnosti nejsou porovnatelné napříč různými výrobci fototechniky. Každý totiž používá jinou metodiku, jak účinek stabilizace měří.
U videa se účinnost a chování stabilizace nedá moc smysluplně vyjádřit pomocí čísla, chce to spoléhat spíš na reálné zkušenosti uživatelů.
Limitace stabilizace
Ačkoliv je stabilizace (v podobě funkce fotoaparátu) technologie bezesporu přínosná, není všemocná. Ze samotného principu jejího fungování logicky plyne, že je schopná kompenzovat nežádoucí pohyby fotoaparátu jen v určitém, omezeném rozsahu a jen po určitou dobu.
Od stabilizace tedy v žádném případě nelze očekávat, že s ní budeme moci fotit z ruky např. desetisekundovou expozici a dostaneme perfektně ostré foto. Tak dobře ten stabilizační mechanismus zkrátka nefunguje. Toto je důvod, proč stabilizaci nelze považovat za plnohodnotnou náhradu stativu.
Dále je důležité si uvědomit, že stabilizace řeší skutečně jen a pouze pohyby fotoaparátu, nikoliv pohyby ve scéně. Budeme-li chtít vyfotit třeba rybu mrskající se v podběráku, potřebujeme krátký čas nebo blesk, stabilizace nijak nepomůže.
Stabilizace dále nedokáže nijak vyřešit změnu perspektivy resp. úhlu pohledu. Pokud totiž posuneme fotoaparátem např. mírně doleva, fotíme reálně něco jiného, než před chvílí a žádné náklony senzoru či optiky tohle zcela nevyřeší.
Obecně řečeno tedy platí, že stabilizace dokáže rozmazání obrazu zmírňovat, často výrazně, ale nikoliv zcela odstranit. Nejvíce patrný je tento problém u makra. U toho totiž bývají změny perspektivy ve skutečnosti větším problémem, než náklony anebo rotace záběru. U makro scén se proto stabilizace jeví jako méně účinná. Není to přitom chyba objektivu ani fotoaparátu, je to způsobené focením na velmi krátkou vzdálenost. Pro makro je proto často lepší použít stativ anebo krátký čas, spíše než stabilizátor.
Dále je dobré vědět, že zapnutá stabilizace vždy zanáší do procesu fotografování a natáčení určitý element nejistoty a nekonzistence a zároveň způsobuje i velmi mírnou degradaci obrazové kvality – sice jen nepatrnou, ale jasně doložitelnou.
A konečně u některých konkrétních implementací stabilizátoru se může stát, že pro nějaký konkrétní expoziční čas dostaneme se zapnutým stabilizátorem paradoxně menší procento ostrých fotek, než když jej vypneme. Souvisí to s tím, že každý stabilizátor reaguje vždy s určitým, drobným zpožděním a jeho regulační smyčka pracuje na určité frekvenci. Pokud se nešťastným způsobem sejde např. vibrace od zrcátka, čas závěrky a prodleva stabilizátoru, může stabilizátor fotky paradoxně spíše kazit.
Toto sice není moc časté, ale občas se to děje. Pokud se Vám tedy při nějakém konkrétním nastavení ze záhadných důvodů nedaří pořídit perfektně ostré foto, přestože máte dojem, že „všechno děláte správně“, zkuste vypnout stabilizátor. Někdy to pomůže.
Tzn. zapnutá stabilizace nemusí být nutně vždy a za všech okolností přínosem.
Kdy stabilizace spíše škodí
Existují i situace, kdy se zapnutá stabilizace stává vysloveně kontraproduktivní.
Jedním takovým případem je fotografování ze stativu, velmi dlouhými expozicemi. V této situaci stabilizace většinou udělá více škody než užitku. Senzory, pomocí kterých stabilizace detekuje pohyby fotoaparátu, totiž nejsou dokonalé. Pracují s určitou, byť malou chybou. I když je tedy fotoaparát na stativu a dokonale nehybný, stabilizátor přesto může (chybně) detekovat nepatrné pohyby. Tyto domnělé, neexistující pohyby se následně snaží kompenzovat a fotku tím pádem rozmaže. V takovém případě je stabilizaci potřeba vypnout.
Obecně platí, že při focení ze stativu bývá stabilizace většinou spíše kontraproduktivní a tedy většinou se vypíná. Ale pozor! Klíčové je zde slovo „většinou“. Neplatí to totiž vždy. V některých velmi specifických situacích totiž kombinované použití stativu a stabilizace smysl dává.
Tak např. při fotografování velmi dlouhým teleobjektivem, s ohniskem třeba 500mm, ve větru, při použití expozičních časů kolem 1/50s. Za takovéto situace pravděpodobně zjistíte, že kombinace stativ + stabilizace bude dávat ostřejší fotky nežli jen samotný stativ nebo jen samotná stabilizace. Velmi dlouhá ohniska jsou totiž mnohem citlivější na drobné pohyby fotoaparátu a ve větru je prakticky nemožné docílit u nich zcela dokonalého znehybnění. I s kvalitním, robustním stativem se za takovýchto podmínek ten záběr prostě bude chvět. A tehdy stabilizace přijde vhod.
Stabilizaci je občas potřeba vypnout i u videa. Tak např. při natáčení s ultraširokoúhlým objektivem. Velmi krátká ohniska nejenže většinou stabilizovat nepotřebují, často je u nich stabilizace vysloveně nežádoucí, neboť může způsobovat nepřirozené vlnění obrazu. Stabilizace může škodit též při natáčení záběrů, při kterých se samotný fotoaparát pohybuje.
Dá se obejít bez stabilizace?
Ano, dá. Stabilizace ve fotoaparátu, ať už na úrovni senzoru nebo na úrovni objektivu, je funkce užitečná, ale rozhodně ne nepostradatelná. Zejm. to platí pro focení. Perfektně ostré fotky se totiž dají bez problémů fotit i s technikou, která stabilizací obrazu vybavená není. Stačí jen nastavit o něco vyšší hodnotu ISO a o něco kratší expoziční čas. Nebo použít stativ, což beztak většinou bývá nejlepší řešení (externí stabilizace je vždy lepší než interní).
V případě videa je stabilizátor velkým přínosem, ani zde se o něm však nedá mluvit jako o absolutní nezbytnosti. I video se totiž dá stabilizovat externě a tedy i video se dá úspěšně natáčet bez stabilizace ve fotoaparátu. Pokud ale počítáte s natáčením z ruky a nechcete-li se zabývat externí stabilizací, pak stabilizátor přímo ve fotoaparátu velmi oceníte.
Sečteno a podtrženo, interní stabilizátor je užitečný, avšak v principu postradatelný. Nejlepší je vnímat jej jako šikovného pomocníka, který je vždy po ruce a který dobře vyřeší spoustu situací, avšak bez kterého se v principu dá obejít. Není proto na místě vyžadovat, aby byly stabilizátorem vybavené úplně všechny fotoaparáty a objektivy, které pořizujeme.
Ostatně do některých high-end objektivů se ve skutečnosti stabilizace záměrně nedává. Ne protože by výrobce stabilizátor neuměl vyrobit, ale protože chce docílit co nejjednodušší, nejspolehlivější a konstrukčně „nejčistší“ optiky, která nabídne maximální předvídatelnost a konzistenci výstupu. U těchto objektivů se počítá s používáním externí stabilizace.
Není stabilizace jako stabilizace
Dále je myslím důležité zmínit ještě to, že ačkoliv ten základní, obecný mechanizmus fungování stabilizace je u různých značek principiálně podobný, tak ale reálné implementace se liší a liší se tím pádem i to, jak se ty různé stabilizátory v praxi chovají a jaké výsledky dávají.
Tzn. např. reálné chování stabilizace v objektivech zn. Nikon se může celkem dost významně odlišovat od reálného chování stabilizace v objektivech zn. Sigma. A to nejen ve smyslu jejich celkové účinnosti (vyjádřené v EV), ale také např. ve smyslu vhodnosti pro video, hlučnosti a v dalších ohledech.
Různé implementace stabilizace se navíc mohou lišit i z hlediska nabízených funkcí a možností nastavení. Tak např. některé stabilizátory mají detekci stativu, takže je není nutné na stativu vypínat. Některé taktéž nabízejí více různých režimů fungování, např. mohou mít zvláštní režim pro focení pohybujících se objektů nebo třeba pro focení z nestabilní platformy, např. z auta.
Zkrátka a dobře, není stabilizace jako stabilizace. Stabilizaci je proto vhodné chápat ne jako jednu technologii, ale spíše jako rodinu příbuzných technologií, které, ač principiálně podobné, nejsou všechny úplně stejné.
V reálné praxi je proto důležité nastudovat si, jak se chová stabilizace u konkrétní značky či třídy výrobků, jak se správně používá a jaká má specifika. Neméně důležité je pak získat s konkrétní implementací stabilizace i dostatek reálné praxe. Spoustu podstatných věcí totiž nevyčtete z marketingových letáků ani z technických listů. Musíte je zjistit sami, reálným používáním.
Vliv lidského faktoru
A konečně je dobré si uvědomit ještě jednu věc: stabilizace je z povahy věci technologie, u které hraje dost velkou roli i lidský faktor. Stabilizátor totiž vlastně řeší problém, který do procesu tvorby zanáší konkrétní člověk.
Každý přitom používáme trochu jiný úchop, ruce se nám každému třesou trochu jinak, spoušť mačkáme každý trochu odlišně, atd. Reálná zkušenost s konkrétním stabilizátorem se proto může lišit, člověk od člověka, a to i když se bude jednat o jednu a tu samou techniku.
I proto je klíčové mít s konkrétním stabilizátorem vlastní, reálnou zkušenost. Jen díky té se totiž dozvíte, kdy je pro Vás konkrétní stabilizace doopravdy přínosná, kdy moc ne, a kdy se stává vysloveně kontraproduktivní a tedy je potřeba ji vypnout.