Bildstabilisator

Es war nacht und ich Stand auf dem Friedhof in Bensberg. Ich hatte einen schönen Blick über Bergisch Gladbach, Leverkusen und Köln. Die Kamera war auf einem soliden Stativ befestigt und ich hatte ihr die Wahl von Zeit und Belichtung überlassen. Nur die Spiegelvorauslösung hatte ich gewählt, was bei mehreren Sekunden Belichtungszeit eigentlich keine Rolle spielt. Der Verschluss öffnete für einige Sekunden. Doch was war das? Während die Kamera belichtete, knisterte es im Objektiv leise … später zeigte sich, dass diese Bilder alle unscharf waren.
Glücklicherweise hatte ich das Problem noch während der Aufnahmen bemerkt, den Bildstabilisator als Geräuschquelle identifiziert und seinen schlechten Einfluss auf die Bildqualität geahnt - seit dem ist mein Stabi aus, wenn die Kamera auf einem Dreibein montiert ist.

Schalter für den Image Stabilizer

Schalter für den Image Stabilizer an einem Canon-Objektiv

Immer wieder wird mal ein Bild unscharf. Dafür kann es viele Gründe geben und zu den häufigeren Gründen gehört das Verwackeln oder auch Verreißen mit der eigenen Kamera. Gegen dieses Problem wurden eine Reihe von Maßnahmen entwickelt, z.B. Stative oder empfindlichere Filme um die Belichtungszeit zu verkürzen. Zu den technisch anspruchsvollsten Maßnahmen gehört sicher der Bildstabilisator.

Noch zu Zeiten der analogen Kameras für Spiegelreflex-Systeme entwickelt, fand sich als sinnvollster Ort für diese Stabilisatoren das Objektiv, wo Linsen verschoben werden. Bei Canon weist das Kürzel IS (Image Stabilizer) auf den Stabilisator im Objektiv hin, bei Nikon ist es VR (VibrationReduction).

Nachdem der Film dann nicht mehr gewechselt werden musste, konnte bei digitalen Kameras auch der Sensor bewegt werden. Konica Minolta entwickelte ein System, welches mit der Foto-Sparte an Sony verkauft wurde. Auch Pentax, Kooperationspartner Samsung und andere setzen auf stabilisierende Sensoren.

Das Prinzip: Bildstabilisator als Regler

Beide Systeme setzten darauf, dass die Bewegung der Kamera mit Sensoren ermittelt wird. Entsprechend dieser Bewegung setzt die Elektronik entweder den Sensor in der Kamera oder Linsen im Objektiv in Bewegung, um diese Bewegungen zu kompensieren.

Systeme wie dieses, die auf eine Änderung (Störung) reagieren und versuchen, dieser entgegenzuwirken, sind in den Ingenieurwissenschaften gut erforscht und werden in der Regelungstechnik behandelt. Alle geregelten Systeme haben eine wichtige Einschränkung, wenn sie weit weg von der Entstehung der Störung sind und nicht lange genug vorher Informationen bekommen.

So ist es auch beim Bildstabilisator. Da der Stabilisator nicht erkennen kann, in welche Richtung das Zittern des Fotografen die Kamera als nächstes bewegt, muss er warten, bis er die Störung messen kann – dann gibt es aber schon eine Störung, d.h. die Kamera hat sich schon ein wenig bewegt.

Die Qualität eines Bewegungssensors entscheidet nun darüber, ob er schon kleine Störungen erkennen und an die Elektronik melden kann, oder ob er erst große Störungen erkennt. So kann es sein, dass der Sensor aufgrund seines Typs sehr langsame Bewegungen gar nicht erkennt und dementsprechend keine Reaktion des Bildstabilisators auslöst.

Im nächsten Schritt muss die Elektronik das Signal verarbeiten und eine mechanische Baugruppe in Bewegung bringen. Da jede Mechanik aufgrund der Massenträgheit eine gewisse Zeit benötigt, um die gewünschte Gegenbewegung aufzunehmen, wird die Störung in der Zwischenzeit noch größer. Man mag nun einwenden, dass sich kleinere Massen schneller bewegen lassen, das stimmt jedoch nur eingeschränkt, wenn man den 'Beweger' (Aktuator) außer Betracht lässt. Jeder Antrieb muss sich gegen seine Massenträgheit selbst in Bewegung versetzen. Je besser er das kann, um so mehr Leistung hat er, um so mehr Masse hat er. Diese Masse muss der Aktuator für eine Regelung auch wieder punktgenau abbremsen können.

Daraus erkennt man, dass das System etwas wie eine Regelgeschwindigkeit besitzt: Mit den Mitteln der Modalanalyse lässt sich zeigen, dass jedes mechanische Regelsystem irgendwann überfordert ist, wenn die Störungen immer schneller werden. Das kann z.B. heißen, dass auf einem Segelschiff bei leichtem Seegang das Verwackeln gut ausgeglichen werden kann. Wenn man dagegen die Kamera mit einem Saugnapf an der Windschutzscheibe eines rustikalen Diesels befestigt, wird das Regelsystem vermutlich überfordert sein.

Merkmale für die Qualität der Bildstabilisierung

Zwischen Qualität eines Regelsystems und Kosten gibt es einen klaren Zielkonflikt. Häufig wird von Gyrosensoren (Beschleunigungsmessern) gesprochen, wenn es um die Bildstabilisierung geht. Solche Sensoren können entweder Bewegungen schlecht fühlen oder sie geraten bei schnelleren Bewegungen in Eigenschwingungen, die nichts mehr mit der Bewegung ihrer Umgebung zu tun haben, also auch nicht mehr für eine Stabilisierung verwendet werden können.

Das Problem des Gyrosensors liegt darin, dass der gewählte Bildausschnitt für die Dauer der Belichtung unverändert bleiben soll, aber statt das Bild des Suchers auszuwerten, versucht man auf andere Weise, die Bewegung festzustellen – nämlich über die Beschleunigung der Kamera (die Auswertung des Sucherbildes könnte andere Schwierigkeiten mitbringen, insbesondere bei bewegten Motiven). Nun bekommt die Elektronik vom Beschleunigungssensor nicht nur die Information, dass sich etwas bewegt, sondern auch ein wenig Rauschen vom Sensor mit. Die Elektronik kann aber gerade bei kleinen Bewegungen das Nutzsignal vom Rauschen kaum unterscheiden. Wenn also die Elektronik zu empfindlich ist, gleicht sie vielleicht auch dann aus, wenn die Kamera auf dem heimischen Steinfußboden liegt. Das Ergebnis wäre ein verwackeltes Bild, obwohl sich weder Kamera noch Motiv bewegt haben. Bessere Sensoren kosten meist mehr Geld.

Ähnliches gilt für den Aktuator: Je schneller der Aktuator den Sensor oder die Linsen zur richtigen Position bringen kann, und je näher er an die sich ständig ändernde, berechnete Position für den Ausgleich kommt, um so ruhiger wird das Bild. Die Kosten steigen auch hier mit der Geschwindigkeit und Genauigkeit der Aktuatoren.

Die Leistung des Systems ist außerdem beschränkt, da sowohl Sensor als auch Linsen nur um einen gewissen Weg verschoben werden können, weil dann ein Anschlag die Bewegung stoppt. Die Grenze der Verschiebung wird zum einen durch den Bildkreis des Objektivs und zum anderen durch die Mechanik vorgegeben. Eine zu große Amplitude der Bewegung kann daher nicht ausgeglichen werden. Der Extremfall einer solchen großen Bewegungsamplitude ist das 'Mitziehen', wenn der Fotograf beispielsweise ein fahrendes Auto verfolgt. In solchen Fällen kann man beispielsweise bei Canon dem Stabilisator durch eine andere Schalterstellung (Stabilizer Mode 2 im Bild) mitteilen, damit er mit dem Vorwissen aus der Schalterstellung schneller die unerwünschten Bewegungsanteile erkennt und ausgleichen kann.

Jeder Bildstabilisator braucht einen Augenblick, um aus seiner aktuellen Bewegung in eine neue Bewegung zu wechseln und richtig zu kompensieren, in der Schwingungstechnik wird dieser Vorgang auch als 'Einschwingen' bezeichnet. Ein schwieriger Fall für die Bildstabilisierung liegt beispielsweise vor, wenn die Schärfe- und Belichtungsspeicherung benutzt wird, wie das folgende Beispiel zeigt: Um zwei Personen, die nebeneinander stehen zu fotografieren, wählt man das Gesicht einer Person aus, lässt den Autofokus scharf stellen und schwenkt mit gedrücktem Auslöser zurück auf den Hintergrund zwischen den Personen. Dann sollte man dem Bildstabilisator noch einen Augenblick Zeit geben, die Situation zu erfassen, denn der Bildstabilisator kompensiert noch den Schwenk der Kamera und wurde von ihrem plötzlichen Stopp überrascht, der Fotograf erwartet aber schon den Ausgleich seines eigenen Verwackelns. In dieser Situation reicht es, wenn man sich selbst eine Zehntelsekunde nimmt, um sich beispielsweise vorzustellen, wie die eigene Körperhaltung für den Moment der Aufnahme einfriert.

Der Einfluss des Fotografen

In Diskussionen liest man häufig, dass eine schwerere Kamera schon durch ihr Gewicht eine stabilisierende Wirkung besitzt. Diese Annahme ist sicher richtig, wenn der Fotograf gerade mit der Arbeit angefangen hat. Wenn man allerdings eine ganze Veranstaltung von einem festen Standort aus beobachtet, z.B. ein Sportfest von einer Tribüne aus, kann die Muskelermüdung zu einem verstärkten Zittern des Fotografen führen. Entsprechend kann sich auch die Aktivität des Bildstabilisators in einen ungünstigeren Arbeitsbereich verlagern, so dass er durch den Fotografen überfordert wird.

Eine weitere Möglichkeit, die Bildstabilisierung zu unterstützen oder ohne sie auszukommen, ist ein bewussteres Auslösen. Wer beim Auslösen versucht, den Auslöser schnell durchzudrücken, macht dies gelegentlich mit viel Kraftaufwand. Die Muskelkoordination der Hand ist dabei meist nicht ausreichend trainiert, weshalb beim Auslösen die Hand mit der Kamera mehr oder weniger in Bewegungsrichtung des auslösenden Fingers gekippt wird. Wenn man sich vor jedem jedem Auslösen klar macht, dass man sanft Auslösen und den Druckpunkt erfühlen möchte, dann reduziert sich diese störende Bewegung. Durch das regelmäßige Training fotografiert man auch dann ruhiger, wenn man schnell einen Schnappschuss machen möchte. Einen ähnlichen Effekt habe ich beim Schießen zu Bundeswehrzeiten kennen gelernt, dort konnte ich in ähnlicher Weise meine Ergebnisse verbessern.

Eine sehr gute Ergänzung für längere Beobachtungen ist das Einbeinstativ (Monopod), mit dem die Kamera ohne Kraftaufwand ständig im Anschlag gehalten werden kann. Das Einbein hilft auch besonders dem, der keine Bildstabilisierung in der Kamera bzw. im Objektiv hat.

Was sind die Vorteile der Systeme?

Wie erwähnt, lässt sich ein technischer Vergleich mangels Daten kaum durchführen. Aber aus Sicht des Anwenders lassen sich beide Systeme grundsätzlich vergleichen:

Sensor wird bewegt

Linse(ngruppe) im Objektiv wird bewegt

Alle Objektive werden stabilisiert.

Nur das Objektiv mit dem Bildstabilisator bringt den Nutzen, der Stabi muss aber auch jedes mal bezahlt werden.

Mit dem Wechsel der Kamera kommt auch eine neue Generation der Bildstabilisierung. Derzeit folgen die Innovationen bei Kameras schneller aufeinander, als bei Objektiven.

Objektive werden meist länger als die Kameras verwendet und Updates der Objektive durch den Anwender wird derzeit noch nicht so unterstützt, wie das bei Kameras der Fall ist. Fehler bei Nischen-Objektiven (z.B. wenn sie die Bildstabilisierung betreffen) werden möglicherweise erst spät bekannt oder nachgebessert.

Der Fotograf erkennt erst nach der Aufnahme, ob die Bildstabilisierung ausreichend war. Ein Gefühl für den Nutzen und die Leistungsfähigkeit des Systems kann sich beim Fotografen nicht entwickeln.

Der Fotograf kann schon bei der Wahl des Motivs entscheiden, ob die Bildstabilisierung reicht oder ob andere Maßnahmen ergriffen werden müssen. Spiegelreflextypisch sieht der Fotograf genau das, was auf den Sensor kommt.

Der einzige praktische Vorteil zu Gunsten eines Stabilisators im Objektiv dürfte sicher dann entfallen, wenn sich elektronische Sucher für Kameras der Spiegelreflexklasse durchsetzen.

Bildstabilisator bei Nachtaufnahmen?

Es wurden schon Beispiele genannt, bei denen man einen Bildstabilisator trotz Stativ verwenden könnte. Bei Nachtaufnahmen (oder allgemein bei längeren Belichtungszeiten) auf einem soliden Stativ mit Spiegelvorauslösung und Fernauslöser habe ich die Erfahrung gemacht, dass mein Bildstabilisator zu unscharfen Bildern führt. Der Grund war hörbar, bei eingeschaltetem Stabilisator arbeitete dieser unnötigerweise und regelte offenbar das Rauschen der Gyrosensoren aus. Entsprechend unscharf wurde das Bild.

Zusammenfassung

Für die Arbeit mit dem Bildstabilisator lässt sich Folgendes festhalten:

Die Regelgüte von Bildstabilisatoren bietet auch weiterhin Potential für Verbesserungen. Allerdings sind Werbeaussagen wie 'x Blendenstufen' kaum aussagefähig und vermutlich nach einer hauseigenen Spezifikation des Herstellers getestet, die entweder den Hersteller selbst begünstigt oder vielleicht nur aus seiner Sicht des Fotografenalltags entstanden ist.

Es ist in jedem Falle besser, dem Verwackeln/Verreißen entgegenzuwirken als diese Einflüsse mit einer Bildstabilisierung wieder zu kompensieren. Die Bildstabilisierung ist ein Hilfsmittel, um unter schwierigen Situationen bessere Bilder zu machen, sie hilft aber nicht, um unter guten Bedingungen noch bessere Bilder zu machen.