Что такое стабилизация в камерах GoPro

Наверняка, каждый из нас слышал о том, что существует такое понятие, как стабилизация камеры. Как и почти мифические, но так популярные ныне режимы 4К, Таймлапс, Protune, мало кто действительно понимает, что такое стабилизация, как она работает, и нужна ли стабилизация экшн-камере GoPro.

Давайте разберемся вместе.

Что такое стабилизация? Стабилизация изображения – это технология, применяемая в фото- и видеосъёмке, которая предотвращает смазывание изображения. Так называемая «шевеленка» на фото и видео – враг всех фотографов и операторов. Когда камера находится в руках, неизбежно смазывание кадра из-за неустойчивого положения рук, или любого движения оператора – ходьбы, бега, езды на велосипеде и т.д.

Стабилизированное изображение – это четкая картинка или плавное видео, без смазанных и размытых элементов.

Какая бывает стабилизация?

В современных камерах стабилизация бывает двух типов – цифровая и оптическая.

Цифровая стабилизация – программная технология, работающая с процессором камеры. Не предполагает использование в корпусе каких-либо дополнительных устройств. В действительности это работает так: снимается изображение большее по размеру, чем видимая часть фото, при смещении камеры видимая область изображения смещается вместе с камерой. До границ фактически снятого изображения. На матрице это выглядит так:

То, что видим мы без цифровой стабилизации: 

То, что мы видим при включении стабилизации:

Таким образом, цифровая стабилизация обрезает видимое изображение по периметру примерно на 10%, и вы получаете стабилизированное изображение без эффекта смазанного кадра.

Оптическая стабилизация – технология, при которой линзы в объективе камеры смещаются в сторону, противоположную движению камеры. То есть, стабилизация достигается за счет того, что оптика камеры устраняет причину смазывания изображения. 

Оптическая стабилизация показывает более высокие результаты, чем цифровая. Технология не влияет на качество фотографии и хорошо работает при любом увеличении (зуме). Но из-за нее неизбежно увеличение размера камеры, энергопотребления и ее стоимости.

Какая стабилизация применяется в камерах GoPro? 

В камерах GoPro пятой серии HERO5 Black и HERO5 Session используется цифровая система стабилизации. Благодаря этой системе вы получаете более четкую картинку, даже без использования штатива или специального устройства – оптического стабилизатора. В камере GoPro HERO6 Black установлена улучшенная версия цифровой стабилизации. 

Обратите внимание, стабилизация не работает в режиме высокой четкости – 4К или, как его еще называют, Ultra HD.

Если вы планируете съемку на экшн-камеры GoPro на бегу, при езде на велосипеде или другой высокой активности, которая предполагает тряску камеры, рекомендуем вам воспользоваться специальным устройством – стабилизатором. О том, как работает стабилизатор, и для чего он нужен – читайте здесь.

Рекомендации по стабилизации изображения без использования специальных устройств вы найдете в нашей статье.  

ᐉ Электронная система стабилизации управления автомобилем ESP

Для предотвращения потери управляемости автомобиля при экстренном торможении на современных автомобилях применяется электронная система стабилизации ESP (Electronic Stability Program – электронная программа стабилизации).

Статистика показывает, что электронная система стабилизации существенным образом влияет на безопасность движения. Например, по данным «Даймлер-Крайслер» количество аварий из-за потери водителем контроля над автомобилем снизилось с момента внедрения ESP в серию на 42%. Американская национальная служба безопасности движения NHTSA дает близкий показатель – 35%. Количество смертей в таких ДТП снизилось в США на 30%.

В систему стабилизации управления автомобилем входят:

• ABS (антиблокировочная система)
• EBV (электронное распределение тормозных усилий)
• ASR (антипробуксовочная система)
• EDS (электронная блокировка дифференциала)
• MSR (регулировка крутящего момента двигателя)
• HBA (гидравлический тормозной ассистент)

Конструктивные узлы ESP включает основные конструктивные узлы ABS. Дополнительными являются датчики угловых и поперечных ускорений и сенсор угла поворота рулевого колеса.

Принципиальное отличие ESP от ABS в том, что она непрерывно следит за соответствием ускорений автомобиля по желанию водителя, выраженному в повороте рулевого колеса, в то время как ABS включается только при торможении. Если ESP понимает, что ускорения машины достигли критических (начинается занос), система приступает к подтормаживанию колес, сбросу или прибавлению скорости вращения колес.

Общая компоновка ESP показана на рисунке:

Рис. Электронная система стабилизации управления автомобилем:
1 – электрогидравлический блок с контроллером; 2 – датчики частоты вращения колес; 3 ­– датчик угла поворота рулевого колеса; 4 – датчик линейных и угловых ускорений; 5 – электронный блок управления двигателем

ESP выбирает тормозные усилия для каждого колеса отдельно таким образом, чтобы результирующая тормозных сил противодействовала моменту, стремящемуся развернуть автомобиль вокруг вертикальной оси, и удерживала его на оптимальной траектории.

Если автомобиль плохо входит в поворот и скользит передними колесами наружу (недостаточная поворачиваемость), ESP притормаживает внутреннее заднее колесо.

В случае, когда автомобиль в результате заноса задней части пытается повернуть круче, чем необходимо (избыточная поворачиваемость), ESP исправляет ошибку притормаживанием наружного переднего колеса.

Чтобы предотвратить занос заднеприводного автомобиля, ESP уменьшает частоту вращения коленчатого вала двигателя. Благодаря этому возникает стабилизирующий момент сил, возвращающий автомобиль на безопасную траекторию движения.

При угрозе опрокидывания автомобиль стабилизируется за счет уменьшения поперечного ускорения, которое достигается достаточно сильным притормаживанием передних колес и одновременным снижением крутящего момента двигателя. Активный усилитель тормозов быстро нагнетает давление на входном трубопроводе насоса обратной подачи, благодаря этому давление в тормозном приводе моментально возрастает.

Функция стабилизации автопоезда используется на автомобилях с тягово-сцепным устройством. Слабое рыскание прицепа при определенных условиях может усилиться до опасных значений. Это происходит, как правило, в скоростном диапазоне от 75 до 120 км/ч. Если прицеп начал рыскать при некоторой критической скорости, то амплитуда рыскания постоянно увеличивается (явление резонанса). Рыскание передается буксиру, который тоже начинает совершать колебательные движения влево и вправо вокруг вертикальной оси. Такие колебательные движения регистрируются датчиком угла рысканья и анализируются блоком управления. При необходимости сначала оказывается регулирующее воздействие то на одно, то на другое переднее колесо. Если этого недостаточно, блок управления посылает сигнал блоку управления двигателя на уменьшение частоты вращения коленчатого вала, чтобы сбросить скорость, при этом одновременно притормаживаются все четыре колеса.

Наличие прицепа, подключенного к электросети автомобиля, распознается блоком управления автоматически. Функция стабилизации автопоезда отключается, потому что поведение автомобиля в условиях бездорожья может быть ошибочно принято за рыскание прицепа.

Современные системы ESP могут притормаживать одновременно до трех колес, причем каждое с разным усилием.

Кроме притормаживания колес ESP может автоматически вмешиваться в рулевое управление, выбирая наиболее оптимальный в данной ситуации угол поворота рулевого колеса, а также изменять характеристики амортизаторов подвески и трансмиссии. Если система ESP выявит склонность водителя к гоночному стилю, порог чувствительности системы снижается, чтобы приспособиться к данному стилю вождения. Система ESP может принудительно отключаться по желанию водителя, но после выключения зажигания ESP вновь активируется.

Электронная блокировка дифференциала EDS применяется для устранения пробуксовки колес при сохранении приемлимых ходовых качеств автомобиля, без вмешательства водителя. Устройство управления блокировкой дифференциала контролирует при помощи датчиков АБС частоту вращения колес.

Если дорожное покрытие под одной стороной автомобиля скользкое, вследствие чего при скорости до 80 км/ч возникает различие в частоте вращения ведущих колес примерно в 100 об/мин, тогда путем притормаживания пробуксовывающего колеса частота вращения колес выравнивается, а на другое колесо посредством действия дифференциала передается повышенное тяговое усилие.

Для того чтобы тормозной механизм приторможенного колеса слишком сильно не нагревался, блокировка дифференциа­ла при больших нагрузках ав­томатически отключается. Как только тормозной механизм охладится, противобуксовочная система колеса автоматически включается вновь.

При необходимости ESP вмешивается в работу системы управления двигателем и изменяет крутящий момент в со­ответствии с ситуацией.

Системы стабилизации и как они работают

Стабилизация — это развивающаяся технология в радиоуправляемом хобби. Если вы еще не заметили, многие из современных радиоуправляемых моделей, таких как мультикоптеры, невозможно запустить без их сложных систем стабилизации. Вы также можете быть удивлены, узнав, что многие самолеты RTF (Ready to Fly) используют какой-либо стабилизатор. Теперь давайте посмотрим, как это произошло и как работает стабилизация.

Системы стабилизации состоят из какого-то датчика, чего-то, что интерпретирует сигналы от этого датчика (обычно небольшой микропроцессор), и способа смешивания этих сигналов с физическим управлением чем-либо, что стабилизируется. Эти части работают вместе, чтобы измерять изменения в движении и положении, например, в радиоуправляемом самолете. Информация используется, чтобы смягчить или скорректировать эти изменения. Сенсор — это сложная часть, и то, что стало миниатюрным, о чем я расскажу позже.

Одним из первых способов измерения изменений в движении было использование физического вращающегося гироскопа. Если масса вращается с достаточно высокой скоростью, она может проявлять характеристики гироскопа, подобные многим игрушкам, с которыми мы, вероятно, играли. Гироскоп сопротивляется движению по одной оси и может использоваться в качестве точки отсчета для измерения фиксированного положения относительно движущегося тела.

Одними из первых радиоуправляемых самолетов, нуждавшихся в какой-либо стабилизации, были радиоуправляемые вертолеты, особенно по оси рыскания, где небольшие изменения газа, шага лопастей, поступательного движения или ветра могли привести к тому, что вертолет вышел из-под контроля слишком быстро для ручного управления. коррекция. Гироскопы, подобные тем, что я описал ранее, использовались для измерения изменений оси рыскания и стабилизации самолета.

Набор тяжелых вращающихся дисков создал гироскоп. Положение измерялось с помощью магнитных или соединительных переключателей. Это измеренное изменение углового ускорения — когда самолет начинал рыскать — механически увеличивало или уменьшало шаг лопастей хвостового винта, прежде чем вертолет вышел из-под контроля. Флайбар на радиоуправляемом вертолете также является еще одной формой гироскопического стабилизатора.

Однако не ищите большие вращающиеся диски на плате контроллера мультикоптера. Более простой способ измерения изменений в движении сегодня называется MEMS (микроэлектромеханические системы). Как следует из названия, это крошечные механические измерительные устройства, выгравированные на кремнии, использующие пьезоэлектрические колебания вместо вращающегося гироскопа для измерения угловых ускорений. Сногсшибательно!

Это изображение МЭМС-гироскопа, полученное с помощью электронного микроскопа. Этот конкретный датчик был взят из iPhone, но похож на те, что находятся в платах полетных контроллеров. Фото предоставлено: iFixit.com. Изображение использовано по лицензии Creative Commons: www.ifixit.com/Guide/Image/meta/MeunHawo54qPRY5S.

Проще говоря, точно так же, как вращающийся диск любит оставаться фиксированным на определенной оси, вибрирующий стержень хочет вибрировать в своей текущей плоскости и будет сопротивляться вращению или перемещению из своего положения. Вибрируя крошечную гребенчатую структуру с помощью электричества, можно обнаружить изменения в том, как быстро вибрирует этот гребень и как сильно он вибрирует, и использовать для измерения изменений внешних ускорений. Существует много видов МЭМС-гироскопов, и я рекомендую вам ознакомиться с технологией, если вы хотите узнать о них больше. Они действительно увлекательны.

Эти новые датчики стали доступны потребителям в конце 1990-х и начале 2000-х годов. Они были меньше и легче, чем любой из механических предшественников. Их начали использовать радиоуправляемые вертолеты, что позволило использовать вертолеты меньшего размера. Позже было добавлено больше гироскопов, чтобы ощущать изменения во всех трех осях, создавая вертолеты без флайбара.

Когда появились МЭМС-гироскопы, старые физические гироскопы были заменены небольшими легкими коробками, которые не потребляли много энергии и были более точными.

Примерно в то же время люди брали одноосные радиоуправляемые гироскопы рыскания для вертолетов и ориентировали, соединяли, смешивали, паяли и собирали их вместе, чтобы сделать первые системы стабилизации для радиоуправляемых мультикоптеров. Что было интересно в мультироторах, так это то, что вы могли скомбинировать несколько регуляторов скорости и получить управление газом, тангажем, креном и рысканием без гироскопов, но на них невозможно было летать без какой-либо стабилизации из-за присущей конструкции нестабильности. Эти импровизированные самодельные стабилизаторы были грубыми и ограниченными в возможностях настройки.

Вскоре люди начали самостоятельно использовать новые МЭМС-гироскопы и создавать специальные платы управления полетом и стабилизации для коптеров, но возникла проблема. Гироскопы могут измерять только изменения в движении; они не могут отличить верх от низа. Гироскопы MEMS также дрейфуют, теряя свою точность на протяжении всего полета. Если бы у вас был мультикоптер только с гироскопами, вам все равно пришлось бы вручную зависать на месте и постоянно подравнивать его, чтобы он летал ровно.

Решение состояло в том, чтобы использовать другой датчик MEMS, называемый акселерометром, который может быть похож на конструкцию вышеупомянутого гироскопа MEMS, но настроен на измерение линейного ускорения, а не углового ускорения. Акселерометр может измерять силу гравитации по всем трем осям и с помощью некоторой тригонометрии может определять, где находится верх и низ (именно так ваш смартфон может определить, где верх, а где низ).

Эта информация используется вместе с показаниями гироскопов для корректировки любых отклонений и добавления нескольких дополнительных режимов стабилизации, таких как блокировка горизонта и автоматическое выравнивание. Пара трехосевых акселерометров и гироскопов используется почти на всех платах полетных контроллеров для точных измерений ориентации самолета.

Позднее в самолетах стали использовать гироскопы и платы управления. Это помогло более сложным и меньшим моделям легче управлять и сделать их более устойчивыми к ветру. Сейчас можно найти множество самолетов RTF или BNF (Bind-N-Fly) таких компаний, как Horizon Hobby (horizonhobby.com) и HobbyKing (hobbyking.com), которые имеют встроенные системы стабилизации. Вы даже можете купить радиоуправляемые приемники со встроенными трехосевыми гироскопами и акселерометрами!

Системы стабилизации также используются в трехмерных пилотажных радиоуправляемых самолетах. Они помогают самолету быть более стабильным и более легким в управлении при выполнении маневров, таких как зависание, лезвие ножа, плоское вращение, общий полет при сильном ветре и т. д. Конечно, это вызвало обсуждение того, когда справедливо использовать стабилизацию. .

Это первая плата полетного контроллера, которую я купил и с которой летал. Спереди три серебряных коробки. Это гироскопы MEMS на их осях ориентации.

Во время любых соревнований по высшему пилотажу или гонок на самолетах использование какой-либо стабилизации для улучшения характеристик самолета может быть неуместным. С другой стороны, мультикоптеры для гонок должны использовать стабилизаторы для полета, и настройки, которые выбирает каждый гонщик, указывают на его или ее индивидуальные навыки и стиль полета. Хотя это могло бы быть темой совершенно другой статьи, те же самые системы, которые многие могут счесть обманом, позволяют начинающим пилотам быстрее учиться и преодолевать некоторые разочарования, связанные с обучением полетам на радиоуправлении.

Некоторые новые учебные самолеты, такие как Horizon Hobby Apprentice, даже имеют датчики уклонения от земли и встроенную систему автопилота, которая может управлять самолетом вместо вас, если вы потеряете управление. Теперь, вместо того, чтобы нажимать переключатель тренера, как это делается при использовании ящика для друзей, самолет может самокорректироваться и вернуть вам управление!

Эта технология в конечном итоге означает, что хобби становится более доступным для людей, которые используют эти новые самолеты для начинающих. Эти же люди могут затем начать другие проекты в хобби, которые, возможно, не нуждаются в стабилизации. Несмотря на это, стабилизация станет неотъемлемой частью формирования того, как будет выглядеть RC в будущем, и я в восторге от возможностей

Системы стабилизации оружия | Стабилизаторы оружия и усилители контроля прицеливания

Найдите производителей систем стабилизации оружия и поставщиков стабилизаторов оружия и усилителей контроля прицеливания для военных и оборонных приложений.

Поставщики Продукция Статьи Обзор

Обзор Системы стабилизации оружия

Автор Майк Болл Последнее обновление: 19 июня 2022 г.

Боевые системы стабилизации вооружения помогают обеспечить успешную работу танковых и бронетранспортерных орудий, артиллерийских орудий, корабельных орудий и дистанционно управляемых орудий (ДУВ), компенсируя движения, такие как вибрация, отдача оружия, перемещение транспортного средства, неровной местности и бурной воды. Системы позволяют пушкам оставаться наведенными на цели независимо от таких движений.

Точность наведения особенно важна для оружейных платформ, которым, возможно, придется поражать цели прямой видимости (LOS) на расстоянии в несколько километров.

Стабилизаторы орудий

Стабилизаторы орудий могут обеспечивать стабилизацию по одной или нескольким осям (обычно поворот и/или наклон), а транспортные средства, такие как танки, могут иметь несколько систем стабилизаторов для башни и для оружия. Стабилизация обычно обеспечивается гироскопами, которые могут быть ВОГ (волоконно-оптические гироскопы), RLG (кольцевые лазерные гироскопы) или МЭМС (микроэлектромеханические системы).

Существует множество способов стабилизации орудия, в том числе одноплоскостной стабилизатор — простая система стабилизатора, которая стабилизируется только по вертикальной оси, стабилизатор с плечевым упором и двухплоскостной стабилизатор, который стабилизируется по горизонтальной и вертикальной осям.

Системы гироскопической стабилизации

IMU для стабилизации и наведения от Inertial Labs

Гироскопические стабилизаторы оружия работают, используя гироскоп для создания углового момента, который сопротивляется попыткам изменить его направление. Это означает, что он обеспечивает стабильное опорное направление, которое остается стабильным, даже несмотря на движения платформы. Исходное направление может быть связано с петлей обратной связи, включающей серводвигатели, которые работают, чтобы удерживать ствол пушки в нужном направлении.

Некоторые оружейные системы или платформы имеют отдельные системы стабилизации для разных частей орудия. Например, на танках, где один сервопривод стабилизирует башню, а другой используется для подъема орудия. Затем прицеливание осуществляется путем управления механизмом, а не непосредственно на оружии. Механизм управления имеет и другие функции, такие как применение сверхвысокой высоты и прицеливание перед целью в зависимости от скорости цели, что делает его системой управления огнем — такая система означает, что некоторые орудия полностью автоматические.

Стабилизаторы военного оружия

ISA-100C – IMU тактического класса производства Hexagon NovAtel

Системы стабилизации также разрабатываются для пехотного оружия. Предлагаемое решение использует камеру и баллистический вычислитель для расчета ошибок, а также электромеханическую систему для физической корректировки прицеливания, перенаправления линии прицеливания оружия и обеспечения функции «привязки к цели». Система предназначена для устранения влияния человеческой ошибки, такой как тряска.

Усилитель управления прицеливанием (ACE)

Армия США в настоящее время тестирует стабилизирующую систему под названием Aim Control Enhancer (ACE) для более точного прицеливания винтовок следующего поколения.