對主流相機穩(wěn)定器劣勢分析以及優(yōu)勢整合研究

許 琛，卿梓易，盧夏佳，梁明強

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541000）

隨著信息時代和網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，視頻行業(yè)同樣發(fā)展迅猛，截至2021 年中國網(wǎng)民規(guī)模達10.32 億，手機網(wǎng)民規(guī)模達10.29 億，網(wǎng)民手機上網(wǎng)比例達99.7%。網(wǎng)絡視頻（含短視頻）用戶達9.75 億，占網(wǎng)民整體的94.5%[1]。巨大的市場催生出一眾視頻平臺和科技公司，龐大的平臺經(jīng)濟飛速發(fā)展并逐漸成為熱門領(lǐng)域，大型平臺的崛起推動了傳統(tǒng)的一切固有模式的變革和重塑。同時技術(shù)進步帶來的直接影響是技術(shù)的“下沉”，大眾群體也開始參與視頻創(chuàng)作，手機端APP 的存在極大地簡化了視頻剪輯方式，各大平臺都推出了自己的移動端剪輯APP 優(yōu)化剪輯流程，模板化剪輯。攝影的后期剪輯是在前期的基礎(chǔ)上進行拔高，前期準備直接決定視頻質(zhì)量的下限，但目前的視頻拍攝設備的升級相對滯后。直接體現(xiàn)就是手持云臺、無人機和運動相機的市場份額不斷擴大，但除此之外攝影中普遍使用的穩(wěn)定器依然是三腳架、手持穩(wěn)定器、滑軌，這些設備數(shù)量多、分量重、體積大，無形中提升個體攝影師的拍攝難度。同時這些設備自身存在限制，三腳架只能在固定機位進行俯仰和搖擺且不能圍繞物體運動，滑軌需要限制在軌道上，穩(wěn)定器需要人力操縱，存在隱形門檻，以上設備都需要進行專業(yè)學習才能使用，并且對體能有一定要求，且在狹窄的空間很難展開，環(huán)境對其有一定的限制，存在諸多痛點。因此具有更自由、廣闊的視野，同時兼顧廉價輕便的設備是必須的。消費級無人機和穩(wěn)定器公司的迅速崛起，就是直擊行業(yè)需要。本文將探索新的穩(wěn)定器設計，并制作實物填補當前市場空白，制作一件可以同時實現(xiàn)平移、旋轉(zhuǎn)、俯仰、自旋、繞物旋轉(zhuǎn)功能并且能夠擁有更多的視野、更自由的角度的相機穩(wěn)定器，解決在復雜環(huán)境下拍攝所面臨的限制。

1 當前相機穩(wěn)定器優(yōu)劣分析

穩(wěn)定器是近年新興的細分市場，利用陀螺儀感知設備晃動，利用反向電機保持畫面穩(wěn)定，通過驅(qū)動電機實現(xiàn)運動的效果，當前環(huán)境下穩(wěn)定器逐步代替斯坦尼康，更低廉的成本和方便操作是穩(wěn)定器在新媒體領(lǐng)域擴展市場的關(guān)鍵。更方便、更廉價、更高效的手持穩(wěn)定器實現(xiàn)了對斯坦尼康的降維打擊。穩(wěn)定器的使用甚至能給人帶來臨場感，能夠在更復雜的環(huán)境中進行拍攝，同時節(jié)省設備轉(zhuǎn)運的時間和成本。工具是人身體的延伸，并且要超越人體的機能。手持穩(wěn)定器在帶來了超高靈活性的同時，也帶來了一定程度的抖動和模糊，這種獨特的效果在一定程度上可以營造真實的環(huán)境氛圍，但在部分情況下可能會導致畫面信息傳遞的缺失，影響受眾體驗[2]。同時穩(wěn)定器的角度是受到限制的，以ZHIYUN CRNAE-M3 為例，理論上俯仰軸機械動作范圍為309°，橫滾軸機械動作范圍為333°，運動幅度并不小，但是依然有無法覆蓋的角度，鏡頭的俯仰及搖攝的靈活性相比斯坦尼康較低。并且穩(wěn)定器的發(fā)揮取決于使用者的素質(zhì)，使用穩(wěn)定器能提供穩(wěn)定的畫質(zhì)和鏡頭運動，但畫面的速度和節(jié)奏則取決于使用者的身體素質(zhì)和使用經(jīng)驗。

滑軌對視頻畫面的提升幫助很大，能極大提升視頻的高級感，可以兼顧穩(wěn)定和畫質(zhì)，滑軌的穩(wěn)定性更是超越了手持穩(wěn)定器。延時攝影中應用滑軌疊加轉(zhuǎn)向電機使用，畫面往往更具動感。但在滑軌移動過程中很難一次就決定相機的機位，往往要進行多次測試，且只能進行直線運動不能進行曲線運動，更做不到繞物體進行旋轉(zhuǎn)，滑軌自身的運動方向極受限制，缺少足夠的靈活性。與滑軌工作原理相同的軌道車可以讓包括攝影師在內(nèi)的攝影機組順滑運動，但這些移動方式同樣無法完成過于復雜的運動，且裝置流程煩瑣。在復雜和較大的場景中較多的拍攝道具容易導致穿幫。對使用場景要求很高，需要提供足夠的展開空間并保持水平，甚至有些過于狹窄的空間無法鋪設軌道。

三腳架的主要功能則是固定相機，給予相機上下移動、左右擺動的超常穩(wěn)定性。使得拍攝中每一個細節(jié)都可以精準控制，以微距攝影為例，微距攝影中，每一個微小的變化都會對構(gòu)圖和光影產(chǎn)生重大影響，而這就是三腳架最大的優(yōu)勢。同時可變化的腿部支撐能夠適應較為復雜的空間。除此外相機三腳架的運動僅限于以自身為圓心進行旋轉(zhuǎn)，靈活度不如手持穩(wěn)定器，為了獲得額外的角度，往往需要搭配其他配件一起使用。即使使用了三腳架，往往也需要搭配多個三腳架，以便滿足不同場景的需要，三腳架的增加產(chǎn)生的負重會影響攝影者的拍攝體驗。綜上所述，攝影師在使用過程中會直面痛點，但市場上當前沒有更好的相機設備，眾多視頻創(chuàng)作者都是“帶著鐐銬跳舞”，在限制中進行創(chuàng)造。

以上例子并非為了說明這些設備應該被淘汰，而是市場上有一個空缺的生態(tài)位可以補充，其實各大廠商都注意到了這一痛點，開發(fā)出了自己的解決方式，DJI Ronin 4D 便是將穩(wěn)定器與相機融合，雖然本身依舊很重，但相比其他設備已經(jīng)是目前較好的解決方案。包括運動相機的不斷出現(xiàn)，本身都在拓展更加新奇特殊的角度和更大的靈活性，為視頻創(chuàng)作者提供更自由的想法和施展空間。不過由于當前市場主要集中在對相機的升級，相機穩(wěn)定器等設備僅限于自身迭代，因此，可以在充分利用傳統(tǒng)相機的前提下，在穩(wěn)定器上進行整合升級，可以實現(xiàn)1+1+1＞3 的效果。

除設備自身的優(yōu)劣，設備的使用環(huán)境也是影響拍攝效果和體驗的關(guān)鍵因素。面臨著越來越多的攝影環(huán)境，狹窄空間也是困擾影視拍攝的重要難題，龐大的移動設備在復雜的空間內(nèi)極難使用，往往需要針對具體環(huán)境開發(fā)新的拍攝方法。同時伴隨著相機等設備的小型化的發(fā)展趨勢，手持穩(wěn)定器成為適應狹窄空間、復雜場景拍攝的最優(yōu)解?；?、三腳架這兩種設備在面臨狹窄復雜的拍攝場景時，處在瞬息萬變的拍攝環(huán)境中，缺少足夠的便捷性和靈活性。另一大攝影中的痛點則是性價比，中小型的攝影團隊尤其是個人攝影，往往沒有較多選擇的余地，經(jīng)常面對各種特殊的環(huán)境和經(jīng)費限制。即便是大型團隊，畫面有多元化的選擇不失為一種更優(yōu)的解決方法。

2 整合裝置需求分析

作為一個機械臂要優(yōu)先保證設備的穩(wěn)定性，對穩(wěn)定的需求壓倒一切，不論在何種地形平面都可以做到穩(wěn)定運行，同時設備本身也要足夠穩(wěn)定。為保持畫面穩(wěn)定和畫質(zhì)清晰，電機驅(qū)動下的穩(wěn)定器不論是做勻速運動、加減速運動，或者是自旋、繞物旋轉(zhuǎn)運動，穩(wěn)定器結(jié)構(gòu)都要能保持平穩(wěn)，避免晃動，通過電機驅(qū)動保持自身穩(wěn)定，避免像斯坦尼康一樣易受外界影響[3]。

為了確保穩(wěn)定器的靈活性，需要各電機間轉(zhuǎn)動與軸轉(zhuǎn)動同步，盡量減重，減少延時。同時機械結(jié)構(gòu)可以保證穩(wěn)定器向任意方向移動、旋轉(zhuǎn)，能夠從任意角度拍攝畫面。

穩(wěn)定器要減小操作人員的操作難度，保證人員能夠快速掌握機器性能，使操作人員在各種復雜環(huán)境下都可自如運用，尤其是在狹窄空間內(nèi)的使用。

為實現(xiàn)以上需求，可以研究出一種全向移動角度不受限制的相機穩(wěn)定器，使用新的機械結(jié)構(gòu)，使其攜帶便利，節(jié)約空間；使用過程中更省力，減輕使用者的勞動強度；賦予更高的自由度和靈活性，提高用戶體驗。同時采用APP 來進行操控，用移動設備操作所連接的相機，增強交互性的同時大幅度降低拍攝人員的使用門檻。機械和電控同時發(fā)力，提高相機穩(wěn)定器的實用性、易用性，解決當前存在的痛點。新產(chǎn)品主要應用于單反等相機的輔助拍攝中。

3 可行性方案

綜合產(chǎn)品的使用場景和功能需要考量，可以設計一款綜合穩(wěn)定器、三腳架、滑軌的擁有諸多功能同時能夠自由運動、適應各種復雜使用環(huán)境的新型穩(wěn)定器。這些功能的實現(xiàn)主要依靠機械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。機械創(chuàng)新體現(xiàn)在：①機械臂采用雙節(jié)設計第一與第二節(jié)臂的驅(qū)動電機布置于底座上方，這樣可以使得機械臂的重心降低，增加穩(wěn)定性，還能減小機械臂的轉(zhuǎn)動慣量，有利于提高控制精度、節(jié)省電量。②機械臂使用了雙四連桿結(jié)構(gòu)，使得第一與第二節(jié)臂在活動時前端的自由度模塊保持相對平行，讓控制算法一定程度上得以簡化。③為了實現(xiàn)手持穩(wěn)定器的效果要保證穩(wěn)定性和靈活性，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)需要足夠的輕且硬度不能降低，因此整體采用比重輕、強度高的碳纖維材質(zhì)，這種材質(zhì)可以在機械結(jié)構(gòu)的強度和質(zhì)量間達到完美的平衡。使用碳纖維，可以實現(xiàn)在固定模式下半徑50 cm 范圍的穩(wěn)定自由活動。同時舵機采用Lx-224 智能串行總線舵機，可以滿足機械臂負重500 g，底部預留了3/8 in（1 in≈2.54 cm）安裝孔，市場上通用的單反相機都可匹配保證兼容性。同時SRC-MR 磁編碼360°系列舵機適用不同的角度變化保持設備穩(wěn)定，滿足穩(wěn)定性及靈活性需求。同時操作方式采用移動端控制，但也可以手動移動，因此，為操作人員使用便利，在穩(wěn)定器前端加裝操作把手，左右都進行安裝，操作更加靈活，把人的靈活性和機器的穩(wěn)定性進行有效統(tǒng)一。

為了實現(xiàn)三腳架的效果，穩(wěn)定器需要在能夠進行各個方向的推拉搖移擺。實現(xiàn)這一功能需要著眼于機械結(jié)構(gòu)，因此機械結(jié)構(gòu)采用折疊結(jié)構(gòu)、多段設計，使其具備6 個自由度。同時穩(wěn)定器不同之處還在于較大的活動范圍，多節(jié)設計可以讓穩(wěn)定器實現(xiàn)自旋和繞物旋轉(zhuǎn)，突破三腳架固定不能移動、不能旋轉(zhuǎn)的痛點，同時能實現(xiàn)當前市面上旋轉(zhuǎn)臺的功能。同時滑軌的移動能力也可以得到保存，并且不只是簡單做直線運動，而是可以實現(xiàn)不同方向上的曲線運動和圓周運動。新的穩(wěn)定器可以幫助更多人打開新視野和思路，利用相機發(fā)揮更多創(chuàng)意。

此設計不只是簡單地組合原有功能，更可以克服原本結(jié)構(gòu)的劣勢，可以在忽略自身存在下進行全方向的移動，還可以不斷變化角度和方位。項目創(chuàng)新點如下：①功能一體化，體積質(zhì)量相對變小，響應速度快，力矩穩(wěn)定?？梢詣偃胃鞣N拍攝環(huán)境和畫面需要，豐富視頻畫面。②無線控制，遠程遙控，可以連接移動端APP，從而控制穩(wěn)定器，簡單快捷易學習，可以降低高級視頻的拍攝門檻。③體積小、種類少、質(zhì)量輕，在視頻拍攝過程中可以更省時省力、節(jié)約空間，大幅度提高拍攝效率。④采用Ⅴ口電池供電，滿足絕大多數(shù)攝影師的需求，電池更換更加方便。

新的相機穩(wěn)定器的制造，可以提升攝影師的效率和機動性，可以跟隨拍攝對象進行運動、旋轉(zhuǎn)，節(jié)約了組裝時間和移動時間，節(jié)約拍攝成本，為攝影師的拍攝畫面提供更高自由度，將人的靈活性和穩(wěn)定器的穩(wěn)定性更好地結(jié)合。設備本身為了影片的情緒和故事服務，更高的靈活度、更少的限制，能讓視頻拍攝更加自由。

4 結(jié)語

綜上所述，經(jīng)過實際測試驗證，按照新的設計思路所制作的穩(wěn)定器在穩(wěn)定性和靈活性方面并不落后于傳統(tǒng)的攝影設備，同時還能實現(xiàn)更自由的攝影角度和想法。設備的升級不是簡單地對設備的改造，更是對畫面內(nèi)容和創(chuàng)作者思路的解放。

“電影技術(shù)的發(fā)展史，從總的方面來說，可以看成攝影機獲得解放的歷史?！彪娪暗恼Q生，便是依托著影像技術(shù)的突破——人類發(fā)明出可以拍攝活動影像的攝影機。視頻畫面的發(fā)展亦是如此，視頻畫面作為一種藝術(shù)形式和信息傳播的工具，自誕生之日就與技術(shù)進步結(jié)伴而行，吸收一切為其所用的優(yōu)秀科技成果，這種對技術(shù)的兼容性，是其他藝術(shù)所不具備的優(yōu)勢，技術(shù)進步推動視頻的發(fā)展，視頻發(fā)展的需求反過來促進技術(shù)的進步。每一次技術(shù)進步都對視頻的發(fā)展有重大影響。技術(shù)本身的存在就是不斷推動社會發(fā)展，讓更多人能夠參與社會內(nèi)容的生產(chǎn)。新的生產(chǎn)工具可以作為一種解題思路，未來可能會有更好的發(fā)展或者誕生新的方案。