Aparat w telefonie stabilizuje obraz, naprawdę poruszając soczewką
Optyczna stabilizacja obrazu w smartfonie nie polega wyłącznie na programowym poprawianiu zdjęcia po jego wykonaniu. W wielu aparatach żyroskop wykrywa drobny ruch telefonu, a układ sterowania przesuwa element optyczny — najczęściej soczewkę lub cały moduł — tak, aby ograniczyć przesuwanie obrazu na matrycy w czasie ekspozycji. Elementy są zawieszone i mogą wykonywać bardzo małe, szybkie ruchy. To dlatego moduł aparatu w niektórych telefonach może delikatnie grzechotać po potrząśnięciu urządzeniem: ruchoma część stabilizatora ma niewielki zakres swobody. OIS nie usuwa każdego rodzaju rozmycia, ale potrafi znacząco ograniczyć skutki drgań ręki, szczególnie przy dłuższych czasach ekspozycji.
Co właściwie trzeba ustabilizować
Podczas robienia zdjęcia każdy punkt sceny powinien być odwzorowany w określonym miejscu matrycy. Jeśli telefon obraca się choćby o bardzo mały kąt podczas naświetlania, obraz przesuwa się po sensorze i szczegóły rozmazują się na wielu pikselach. Problem staje się szczególnie widoczny przy słabym świetle, kiedy aparat musi dłużej zbierać fotony. Samo zwiększanie rozdzielczości matrycy nie pomaga: im mniejsze są szczegóły, które chcemy zapisać, tym bardziej przeszkadza nawet drobne poruszenie.
Żyroskop wykrywa ruch, mechanika go kompensuje
Apple opisuje OIS jako układ, w którym żyroskop wykrywa poruszenie aparatem, a soczewka przesuwa się zgodnie z informacją o ruchu, aby zmniejszyć przesunięcie obrazu. W praktyce sterowanie działa w pętli: czujnik mierzy ruch, elektronika oblicza odpowiednią korektę, a miniaturowy aktuator przesuwa element optyczny. Korekta musi być szybka i bardzo precyzyjna, bo chodzi o ruchy występujące w czasie pojedynczej ekspozycji. System nie „zamraża telefonu”; porusza tylko małym elementem wewnątrz modułu aparatu.
Dlaczego element może grzechotać
Sony wyjaśnia, że w niektórych konstrukcjach moduł soczewki stabilizatora nie jest sztywno unieruchomiony, kiedy aparat nie pracuje. Po potrząśnięciu telefonem ruchomy element może zetknąć się z ogranicznikiem lub strukturą tłumiącą i wydać cichy dźwięk. Samo takie grzechotanie nie musi oznaczać uszkodzenia. Jest ono wręcz konsekwencją konstrukcji, która podczas pracy potrzebuje miejsca na kontrolowane przesunięcia. Oczywiście głośne lub nowe odgłosy po upadku mogą mieć inną przyczynę — istotny jest kontekst konkretnego urządzenia.
OIS nie zatrzymuje poruszającego się człowieka
Optyczna stabilizacja kompensuje przede wszystkim ruch aparatu, a nie ruch fotografowanego obiektu. Jeśli ktoś szybko macha ręką podczas długiej ekspozycji, jego obraz nadal przemieszcza się po matrycy, nawet gdy telefon jest idealnie stabilny. To ważne rozróżnienie: OIS może pozwolić użyć dłuższego czasu bez rozmazania spowodowanego drżeniem dłoni, ale czasem fotografowany ruch wymaga po prostu krótszej ekspozycji. Systemy obliczeniowe mogą dodatkowo składać wiele klatek, lecz to inny mechanizm niż fizyczne przesuwanie optyki.
Dlaczego magnes może przeszkadzać
W precyzyjnym układzie stabilizacji trzeba znać położenie ruchomego elementu i sterować nim za pomocą niewielkich sił. Apple ostrzega, że silne pola magnetyczne z niektórych akcesoriów mogą wpływać na działanie części systemów OIS lub autofocusu. Nie oznacza to, że każdy magnes natychmiast uszkodzi aparat, ale pokazuje, jak delikatnym urządzeniem jest moduł: soczewka, czujniki położenia i aktuatory tworzą mały układ mechatroniczny zamknięty w obudowie grubości kilku milimetrów.
Mechanika, optyka i elektronika w jednym module
OIS jest ciekawym przykładem układu, którego nie da się dobrze opisać jednym działem fizyki. Optyka mówi, jak ruch soczewki zmienia położenie obrazu. Mechanika opisuje zawieszenie ruchomego modułu, jego bezwładność i zakres ruchu. Elektronika mierzy sygnały z żyroskopu i steruje aktuatorami. Oprogramowanie decyduje, jaka korekta jest potrzebna w danej chwili. Efekt końcowy wygląda jak funkcja „aparatu”, ale powstaje dzięki ciągłej współpracy kilku fizycznych podsystemów.