O IBIS reduz a resolução da imagem? Como ele se compara ao IS baseado em lente?

Ouvi muito sobre estabilização de imagem corporal recentemente e me pergunto como essa tecnologia funciona. Não quero dizer a parte mecânica (entendo como o sensor se move ao longo de diferentes eixos para compensar), mas a técnica em princípio:

Quando eu pego minha 5D III e uma lente como a 70-200 2.8 II IS USM com estabilização ativada, a IS move constantemente um elemento de vidro dentro da lente, de modo a direcionar o cone de luz exatamente para o sensor, portanto você sempre pode usar toda a área do sensor.

Quando o cone de luz passa por uma lente não estabilizada e você precisa mover o sensor - como ele pode capturar a mesma quantidade de luz? A luz entra na lente por um eixo fixo, diretamente através do centro da lente. Quando o sensor atualmente se move para baixo, por exemplo, para compensar uma trepidação, não consigo ver como ele ainda consegue capturar a resolução total? Quando uma parte do sensor está abaixo da posição padrão / calma, deve estar faltando a mesma parte no local oposto?

Só há uma maneira de eu imaginar o IBIS para trabalhar sem redução de resolução: se a área do sensor for significativamente maior que a área exposta à luz, para que ainda haja sensor disponível quando ele sair da posição inicial. Mas isso não seria (em parte) o mesmo que estabilização digital porque a imagem final é calculada a partir da área total do sensor menos a área não exposta?

Eu realmente gostaria de entender isso e seria ótimo se alguém pudesse "lançar alguma luz sobre isso".

Só há uma maneira de eu imaginar o IBIS para trabalhar sem redução de resolução: se a área do sensor for significativamente maior que a área exposta à luz, para que ainda haja sensor disponível quando ele sair da posição inicial.

Na verdade, é exatamente o oposto. O círculo da imagem - o resultado desse cone de luz atingindo o plano de imagem - é maior que o sensor. Tem que ser, primeiro porque essa é a única maneira de cortar um retângulo completo de um círculo, mas também porque as bordas do círculo não são bem definidas - é uma espécie de desbotamento feio com uma bagunça de artefatos. Portanto, o círculo cobre mais do que apenas o mínimo.

É verdade que, para que o IBIS seja eficaz, esse mínimo precisa ser um pouco maior. Para dar um exemplo concreto: um sensor de quadro completo é 36 × 24 mm, o que significa uma diagonal de cerca de 43,3 mm. Isso significa que o círculo mínimo sem mover o sensor precisa ter pelo menos 43,3 mm de diâmetro. A Pentax K-1 possui estabilização de imagem de deslocamento do sensor, permitindo movimentos de até 1,5 mm em qualquer direção - portanto, o sensor pode estar dentro de um espaço de 36 + 1,5 + 1,5 por 24 + 1,5 + 1,5 ou 39 × 27 mm. Isso significa que o diâmetro mínimo do círculo da imagem para evitar problemas é 47,4 mm - um pouco maior, mas não drasticamente.

Mas então, a resolução do sensor cortado do círculo ainda é a mesma. Apenas mudou um pouco.

Na verdade, é muito fácil encontrar alguns exemplos que demonstram o conceito de círculo de imagem, porque às vezes as pessoas usam lentes projetadas para sensores menores em câmeras com sensores maiores, o que resulta em uma cobertura de menos de todo o quadro. Aqui está um exemplo deste site ... não preste muita atenção à qualidade da imagem, pois essa é claramente uma foto de teste feita através de uma janela de vidro (com uma tela de janela). Mas ilustra o conceito:

Você pode ver o círculo redondo projetado pela lente. É cortado na parte superior porque o sensor é mais largo do que alto. Esse sensor mede (aproximadamente) 36 × 24 mm, mas a lente foi projetada para um sensor menor de 24 × 16 mm, para obter esse efeito.

Se pegarmos o original e desenharmos uma caixa vermelha descrevendo o tamanho do sensor "correto" menor, veremos:

Portanto, se a lente fosse tirada na câmera "correta", toda a imagem teria sido a área dentro da caixa:

Você provavelmente já ouviu falar em " fator de colheita ". Isso é literalmente isso.

Agora, se o IBIS precisar mover bastante o sensor (aqui, a mesma quantidade relativa do limite de deslocamento de 1,5 mm no quadro completo Pentax), você poderá ver isso, com a linha vermelha mais clara representando a posição original e a nova mudança. Você pode ver que, embora o canto esteja se aproximando, ele ainda está dentro do círculo:

resultando nesta imagem:

Na verdade, se você olhar para o canto inferior direito muito extremo, há um pouco de sombreamento que não deveria estar lá - este exemplo artificial vai um pouco longe demais. No caso extremo de uma lente projetada para empurrar as bordas do mínimo (para economizar custo, peso, tamanho etc.), quando o sistema IBIS precisa fazer a mudança mais extrema, é realmente possível ver artefatos aumentados, como isso nos cantos afetados da imagem. Mas, esse é um caso raro na vida real.

Como observa Michael Clark, geralmente é verdade que a qualidade da imagem cai perto da borda da lente e, se você estiver buscando uma resolução máxima (no sentido de detalhes capturados ), mudar o centro pode impactar isso. Mas em termos de pixels capturados , a contagem é idêntica.

Além do problema de centralização, isso também pode afetar a composição: se você estiver tentando ser muito cuidadoso ao incluir ou excluir algo de uma borda do quadro, mas não está parado, pode ter algo em torno de 5% sobre você pensou que estava. Mas, é claro, se você não está parado, pode conseguir isso apenas com o movimento.

De fato, a Pentax (pelo menos) realmente usa isso para oferecer um recurso novo: você pode usar uma configuração para mudar intencionalmente o sensor, permitindo uma composição diferente (o mesmo que uma pequena quantidade de mudança de uma câmera de fole ou de uma lente de mudança de inclinação) ) Isso pode ser particularmente útil na fotografia arquitetônica. (Veja isso em ação neste vídeo .)

Além disso: vale a pena pensar no que está acontecendo ao longo da exposição . O objetivo é reduzir o desfoque, certo? Se a câmera estiver perfeitamente parada (e assumindo foco perfeito, é claro), todas as fontes de luz na imagem vão para um lugar, resultando em um desenho perfeitamente nítido dessa fonte na imagem. Mas vamos examinar uma velocidade do obturador de meio segundo bastante longa, durante a qual a câmera se move. Então você obtém algo assim:

… Onde o movimento da câmera durante a exposição fez desenhar uma linha em vez de pontos. Para compensar isso, a estabilização da imagem, seja na lente ou na troca do sensor, não apenas pula para um novo local. (Da melhor maneira possível) segue esse movimento possivelmente errático quando o obturador é aberto. Para o vídeo, você pode fazer uma correção baseada em software comparando diferenças quadro a quadro. Para uma única exposição fotográfica, não existe tal coisa, portanto não pode funcionar como em sua citação na parte superior desta resposta. Em vez disso, você precisa de uma solução mecânica sofisticada.

O IBIS e o IS baseado em lente (LBIS) têm seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens. O que é "melhor" depende de um grande número de variáveis. A hierarquia dessas variáveis ​​será diferente de um fotógrafo para o próximo e até de uma foto específica para o próximo. Assim como acontece com muitas coisas na fotografia, você paga o seu dinheiro e faz a escolha que acha que funcionará melhor para você e os tipos de fotos que deseja fazer.

A resposta de mattdm explica muito bem que o círculo da imagem deve ser maior que a diagonal do sensor para que o IBIS funcione. O corolário disso é que, quando o sensor é deslocado, o centro do eixo óptico da lente está se projetando para um ponto diferente do centro do sensor. Assim, uma borda (ou canto) do sensor está mais próxima de uma borda do círculo da imagem do que quando o sensor está centralizado. A principal desvantagem disso é, é claro, que as bordas dos círculos da imagem geralmente não são tão boas opticamente quanto o centro dos círculos da imagem. Geralmente, há mais distorção, mais queda de luz, resolução mais baixa etc. na borda do círculo da imagem do que no centro.

O IBIS reduz a resolução da imagem?

Para a maioria das lentes, se a lente não conseguir ultrapassar o sensor nas bordas do círculo da imagem , em um lado do quadro, ela o fará. No outro lado do quadro, ela aumentará ligeiramente a resolução, com a borda / canto do sensor mais próximo do eixo central da lente. Pode ser notado nas fotografias se a resolução na extremidade do círculo da imagem da lente for suficientemente inferior à resolução no ponto no círculo da imagem que seria projetado na borda / canto do sensor quando o sensor estiver centralizado. eixo óptico da lente.

Se, por outro lado, a lente ainda conseguir resolver o sensor em excesso, mesmo na borda do círculo de luz projetado, não haverá diferença perceptível. O óbvio é que, em um sensor de megapixels muito altos com photosites muito pequenos, os efeitos serão mais visíveis do que quando se usa uma câmera com photosites muito maiores (poços de pixels) que não podem mostrar os limites dos recursos da lente.

A principal vantagem do IBIS que os profissionais de marketing costumavam divulgar é que ele pode ser usado com todas as lentes.¹ Mas as lentes antigas herdadas podem ter círculos de imagem menores do que as lentes mais novas projetadas para uma câmera com o IBIS. Isso não é um problema se as lentes mais antigas forem para filmes de formato 35mm de 135 mm e a câmera tiver um sensor APS-C, mas pode ser um problema se a câmera for uma câmera digital de formato 135 de quadro inteiro (36x24mm) com IBIS. Atualmente, a principal vantagem do IBIS enfatizada é a capacidade de corrigir os movimentos da câmera em eixos para os quais o IS baseado em lente não pode compensar. A principal desvantagem do IBIS é que as distâncias focais mais longas que precisam de IS são as que mais beneficiam do IBIS, pois a mesma quantidade de movimento do sensor pode neutralizar menos movimentos da câmera com uma lente telefoto mais longa do que com uma lente grande angular.

Com o IS baseado em lente, os movimentos do elemento / grupo IS introduzem leve desalinhamento da lente. Isso é considerado aceitável se o desfoque introduzido pelo alinhamento óptico menos do que 'perfeito' da lente² induzido por um movimento IS for menor que o desfoque que seria introduzido pelo movimento da lente / câmera. A maior vantagem do LBIS é que, para ângulos de visão estreitos (distâncias focais longas), muito mais correção pode ser feita do que o deslocamento de um sensor limitado pelo tamanho do círculo da imagem e pela velocidade e distância em que Os servos da câmera podem mover o sensor, mantendo-se relativamente compacto e eficiente em relação ao custo / consumo de energia / bateria.

_{¹ Supostamente, isso resulta em lentes mais baratas para sistemas que usam IBIS quando comparados a sistemas que usam lentes IS. Tente uma pesquisa de lentes comparáveis ​​entre, digamos, a linha EF de lentes IS da Canon ou a linha de montagem VR da Nikon e as lentes de montagem não IS da Sony e lentes de montagem E não anteriores da IS com o IBIS. Eles podem tentar vender você com o argumento de que colocar a estabilização (e até mesmo um motor de foco) no corpo da câmera torna as lentes não estabilizadas (às vezes sem o uso de um motor de foco) mais baratas, mas uma visão comparativa dos preços dos acessórios não- da Sony. as lentes estabilizadas versus as lentes estabilizadas da Canon / Nikon indicam que há pouca ou nenhuma diferença de preço entre as lentes que são comparáveis.
² Não existe uma lente composta alinhada 'perfeitamente', mesmo entre as lentes prime não IS. Sempre há tolerâncias de fabricação a serem consideradas.}

O sensor se move com , e não contra a imagem projetada pela lente, e desde que não se force tão longe do centro que deixa o círculo de imagem da lente (ou entra nas franjas onde sofrem falhas de imagem além do tolerável) ), não deve haver problema. Na verdade, algumas câmeras aproveitam o sensor móvel para aumentar a resolução, fazendo várias exposições com o sensor alternado em meio pixel a cada vez e intercalando os pixels (o chamado modo de deslocamento de pixel).