3 月
介紹
圖像穩定性指的是在攝像期間相機內部光學系統的穩定程度。如果相機不穩定，則圖像會顯得模糊。造成照片模糊的原因很多，例如光線不足，使用長焦距，快門速度慢，手持相機的相機抖動等。
背景
有時會光線不足，則必須調節進光量以實現正確的曝光。該調整是通過調整光圈，ISO感光度和快門速度進行的。例如，如果光線不足，則可以通過選擇較大的光圈，較高的感光度或較慢的快門速度來獲得較高的光量。
也可使用較長的曝光時間可以幫助在弱光條件下校正曝光，但是，快門速度越慢，尤其是對於手持相機，可能會捕獲到更多的相機振動並導致圖像模糊。
以較短的快門速度防止圖像模糊
通常，最低快門速度T至少與焦距focal length的倒數一致。
T = 1 /focal length
為避免攝像機產生圖像模糊，焦距越長（等效焦距為35 mm），所選的快門速度應越短。使用過長的焦距會導致可見抖動增加。
不同快門速度對比
ISO 100-f / 5.6-1 / 13s-200mm（左）
ISO 400-f /5.6-1 / 50s -200mm（中）
ISO 1600-f / 5.6-1 / 200s-200mm（右）
設置較短的快門速度
在大多數情況下，可以通過在相機設置中選擇更大的光圈或更高的ISO感光度來設置短快門速度。
但是，相機經常沒有提供有關攝影師偏好的正確設置。例如，攝影師可能需要比可用光圈數小的光圈數。
為解決此問題，可以選擇較高的ISO感光度，但這樣做通常會冒著將圖像信號放大到增加噪聲並降低圖像質量的風險。
如果使用相機設置無法達到較短的快門速度，則可以使用其他穩定方法來獲得無模糊圖像。
圖像穩定方法
短快門速度是捕獲快速移動物體的最佳解決方案。如果沒有短的快門速度，即使使用下面列出的穩定方法，移動物體的運動也會導致圖像模糊。
曝光期間的移動會導致模糊
當不移動時，可以清晰地捕獲圖像
三腳架固定相機
防止通過慢快門速度造成模糊的經典方法是使用三腳架。但三腳架並不是完美的，其有效性很大程度上取決於其所在表面的穩固程度。此外，手動拍攝可能會導致照相機輕微晃動，因此建議使用自拍定時器或照相機遙控器。
如今大多數相機和鏡頭都基於鏡頭（鏡頭內）或傳感器（相機內）內置了圖像穩定器件，可以補償諸如手抖之類的穩定問題。
光學影像穩定
鏡頭內方法中的光學圖像穩定器包含一個浮動透鏡元件，帶有可抵消振動的相應傳感器。
本質上，內部測量儀器會記錄由攝影師引起的運動，並將信息轉發給處理器，然後處理器在浮動元件的幫助下進行校正調整。元素可以在水平和垂直方向上移動，以平衡偏航（Y軸旋轉）和俯仰（X軸旋轉）。
光學穩定
圍繞 Y軸 的旋轉為 Yaw，而圍繞 X軸 的旋轉為 Pitch
浮動透鏡元件（綠色）在水平和垂直方向上移動，以補償繞x和y軸（右側）的旋轉運動
鏡頭內光學圖像穩定器在具有光學取景器（例如遠攝鏡頭）的相機中尤其重要。如果穩定器處於活動狀態，則一旦半按快門按鈕，穩定器便開始工作。從那裡開始，穩定的光信息通過相機的內部反光鏡傳遞到光學取景器，從而使被攝物體能夠平穩地放置在場景中。
光學鏡頭內圖像穩定器方法是較常見的圖像穩定方法之一，但並非適用於所有鏡頭。
傳感器補償光學防抖
一些製造商依賴於基於傳感器的（相機內）穩定器件。與固定傳感器的鏡頭內穩定器相比，此方法使用自由移動的傳感器來彌補相機抖動。換句話說，取決於相機的運動，傳感器沿著x軸或y軸在所需的方向上移動。除了穩定沿x和y軸的移動之外，傳感器移位穩定器還可以抵消沿光軸（滾動）的旋轉，從而消除了三個獨立軸的相機抖動。
傳感器位移穩定器能夠校正攝像機各個方向的抖動
重要的是要注意，相機內和鏡頭內穩定器都可以同時集成到相機和鏡頭系統中。在這些情況下，製造商必須確保不同穩定器彼此之間不會產生負面乾擾，並最終導致不必要的模糊圖像。
其他圖像穩定方法
一些手機製造商使用的方法是：通過將圖像之間相互配准並將信號電平組合為最終圖像，將具有較短曝光時間的多個曝光時間較短的圖像組合為規則曝光的圖像。
另一種方法是將規則曝光的模糊圖像與從曝光不足的清晰圖像中獲取的邊緣進行組合。這些方法的困難之一是為要報告的圖像定義「曝光時間」。同時，對用戶來說唯一重要的是即使在弱光條件下也能獲得清晰的圖像。
評估影像穩定系統的質量
測量相機系統中圖像穩定質量的最有效方法之一是使用抖動模擬設備和測試圖。
此方法在ISO 20954-1中進行了描述。使用這種類型的設備，您可以定義和控制相機晃動以產生可比的結果。設置好設備後，相機可以在不同的曝光時間捕獲具有清晰圖像和其他潛在結構的測試圖圖像。對邊緣的評估將報告哪些曝光時間將產生模糊的斜邊。
STEVE-6D
圖像8：使用 STEVE-6D 抖動設備和斜邊測試圖卡的示例設置。
如果無法控制曝光時間，則過程會稍微複雜一些。例如，當測試圖卡上的照明度被修改（降低）時，通過打開光圈，提高ISO感光度等級或增加曝光時間來迫使相機做出反應。
提高ISO感光度將導致較高的噪點或低對比度的細節（也稱為紋理損失）的損失（降噪）。在沒有圖像穩定方法的情況下，曝光時間的增加將再次導致邊緣模糊。
對於這些情況，測試圖卡將需要更加複雜，並具有用於分析噪聲和紋理損失的目標。
TE42-LL
示例測試圖卡，其中包含用於分析噪聲和紋理損失的測試目標
結論
圖像穩定性是指相機的光學系統在拍攝過程中的穩定程度。沒有穩定的系統，圖像將顯得模糊並影響整體圖像質量。
使用三腳架，光學穩定器或傳感器移位光學圖像穩定器等方法都可以幫助改善圖像穩定器，但是測試相機圖像穩定器功能的質量也很重要。
在測試相機時，我們建議遵循 ISO20954-1 並使用刃邊測試圖卡和相機抖動模擬設備。該設備將允許您定義抖動的級別，然後您可以使用傾斜的斜邊測試圖卡輕鬆測試各種曝光時間，並查看哪些曝光時間導致模糊。
對於弱光測試，我們建議使用圖卡，該圖卡還應具有測量噪聲和紋理損失的目標。
擴展閱讀
可以在我們官網查看針對手機行業進行圖像穩定性測量的技術文章：
https://www.image-engineering.de/library/conference-papers/861-image-stabilization-performance-existing-standards-and-the-challenges-for-mobile-imaging