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VR fachsimpeln

masi1157

Kennt den Türsteher
Moin Nikon-Gemeinde!

Gleich vorweg will ich lieber warnen: Ich möchte hier gern technisch-physikalisch fachsimpeln, ganz ohne Praxisbezug, über eine Frage zu VR, die mich schon etwas länger beschäftigt. Nämlich:

Ich höre und lese immer mal wieder, dass (zumindest bei älteren VR-Objektiven) Aufnahmen vom Stativ mit eingeschaltetem VR unschärfer werden als ohne. Ich selber habe das nie ausprobiert, aber ich will das mal als wahr hinnehmen. Hat irgendjemand dafür eine plausible technisch-physikalische Erklärung? Der ganz einfache Denkansatz würde ja sagen, dass, wenn nichts wackelt (Stativ!) auch kein Verwackeln auszugleichen ist und die Regelung "ruhig" bleibt, also sollte das doch keinen Unterschied machen.

Die einzige Erklärung, die mir bisher dazu eingefallen ist, ist folgende: Wird möglicherweise das Linsenelement, das zum "Entwackeln" bewegt wird, kontinuierlich in winzig kleiner Bewegung gehalten, damit, wenn es darauf ankommt, nicht erst die Haftreibung überwunden werden muss?

Ich habe diese Frage schon mehrfach angerissen, aber irgendwie gibg's nie so richtig weiter. Weiß heute jemand mehr oder was besseres?

Gruß, Matthias
 

nikon_roy

Läuft öfters hier vorbei
Hallo Mathias,

ich trau mich mal
z04_pc5.gif

Ich denke das liegt am "elektronischen Grundrauschen" und die
Regelkreise schaukeln sich dann hoch. Das VR Objektiv sieht ja nichts sondern registriert nur Bewegungen.
Das Grundrauschen ist in allen elektronischen Regelungen ein gewisses "Problem".

Gruß
Roy
 

wilbourgh

Mitglied
ich bin da jetzt sicher auch nicht der richtige für eine erschöpfende antwort. aber vorstellbar wäre sicher das es so etwas wie eine ruheregelung gibt, soll heißen, dass die entsprechende linse immer in der schwebe gehalten wird. zwar nicht um die reibung zu überwinden, sondern weil eine bewegung in alle richtungen möglich sein muss. somit ist die linse also frei beweglich und wird fixiert.
Je nach genauigkeit schwingt die linse also immer etwas hin und her und könnte somit eine unkontroliierte unschärfe verursachen.
hmm, liest sich etwas wirr aber ich poste es trotzdem.

Auf der anderen seite ist mir dieses verhalten selbst noch nicht aufgefallen.
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Hallo Holger!


Im Grunde meinst Du, glaube ich, auch so eine Art "Haftreibung überwinden". Anderenfalls würde das ja bedeuten, dass die Linse "frei in der Luft hängt". Und selbst wenn sie das täte, gäbe es ja keinen Grund für eine Bewegung dieser Linse, denn schließlich klemmt das Objektiv unbeweglich auf einem Stativ.


Tja, das habe ich auch schon mehrfach gelesen. So richtig glauben mag ich's aber nicht, denn schließlich ist Nikon ja nicht der erste, der eine hochpräzise Lageregelung baut. Im allereinfachsten Fall könnten sie doch einfach den VR inaktiv schalten, wenn das Eingangssignal unter einer bestimmten Schwelle ist. Allerdings hätte man dann wohl das elektrische Pendant zur "Haftreibung": Es dauert vielleicht einfach zu lang, bis die Elektronik wieder zum Leben erwacht, wenn sie muss.

Im Grunde meinst Du, glaube ich, auch so eine Art "Haftreibung überwinden". Anderenfalls würde das ja bedeuten, dass die Linse "frei in der Luft hängt". Und selbst wenn sie das täte, gäbe es ja keinen Grund für eine Bewegung dieser Linse, denn schließlich klemmt das Objektiv unbeweglich auf einem Stativ.


Im Grunde meinst Du, glaube ich, auch so eine Art "Haftreibung überwinden". Anderenfalls würde das ja bedeuten, dass die Linse "frei in der Luft hängt". Und selbst wenn sie das täte, gäbe es ja keinen Grund für eine Bewegung dieser Linse, denn schließlich klemmt das Objektiv unbeweglich auf einem Stativ.

Erstaunlicherweise steht in dem Link da, wo's interessant wird, nämlich unter "Tripod Detection", der bedeutungsschwere Satz: "This section is under construction."

Zu meiner Idee mit den "Mikrobewegungen" ist mir kürzlich eine Fernsehreklame aufgefallen, war's ein Rasierer? Weiß nicht mehr. Jedenfalls wurde dort als die sensationelle Neuerung eben eine solche "Mikrovibration" dargestellt, die für besonders gutes gleiten (oder was auch immer es war) sorgen soll. Weiß jemand, was ich meine?

Matthias
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Hoppla, editieren geht offenbar gar nicht gut. Ich wollte doch noch nur eine Doppel-Moppelung löschen. Ich tu es nie wieder!

Matthias
 

nikon_roy

Läuft öfters hier vorbei
Hallo Mathias,

das Thema hat ich jetzt auch neugierig gemacht.

Habe hier noch etwas sehr interessantes gefunden.
Vor allem der letzte Abschnitt erklärt warum VR bei Stativeinsatz nicht richtig funktioniert.

Leider nur auf englisch.

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Gruß
Roy
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Hallo Roy,

well, english shouldn't be a problem. I'm glad you didn't link to a japanese site.....

Nun, das klingt schon etwas glaubwürdiger: "...but camera shake can occur due to the movements of the quick-return mirror or shutter curtain, or winds. This camera shake movement has different characteristics compared to normal camera shake caused by handheld shooting. Nikon's VR technology makes it possible to detect and compensate this type of camera shake, as well. (Note: Some VR lenses do not have this function.)"

Der Unterschied dürfte da dann wohl in der, sagen wir mal, Impulshaftigkeit dieser Bewegungen liegen, im Unterschied zu einem eher gleichförmig-sanften Bewegung eines verwackelnden Benutzers. Oder, um das noch physikalischer auszudrücken, mit dem größeren hochfrequenten Anteil in diesen Bewegungen. Die Regelung hat vermutlich einen Tiefpass und ist damit dann schlicht und einfach gar nicht in der Lage, auf diese plötzlichen Bewegungen zu reagieren. Oder, noch schlimmer, sie reagiert mit einem großen langsamen Überschwingen.

Meinen die mit "...or winds.." etwa Wind? Na, ich weiß nicht. Oder gar einen "winder"? Der sollte doch wohl erst tätig werden, wenn's nichts mehr zu verwackeln gibt.

Wie auch immer, ich glaube, wir kommen der Sache näher. Aber gleich kommt mir die nächste Frage: Dass die neueren VR-Objektive solche plötzlichen Bewegungen erkennen, will ich noch glauben. Aber kompensieren? Das beste, was die tun können, wäre doch "fein still halten". Dann wackelt die Kamera aufgrund von Spiegel oder Verschluss eben mit und ohne VR gleich wenig.



Matthias
 

ohelm

Läuft öfters hier vorbei
Hallo,

ich hatte mal folgendes gelesen:


Wackelt man, "merkt" sich die Elektronik diese "Schwingungen" und führt sie (entgegengesetzt) weiter fort... denkt also immer etwas in die Zukunft.

Auf dem Stativ wackelt nix. Die Elektronik merkt nix, macht nix... so weit so gut. Doch dann kommt der Moment der Ausösung: Spiegelschlag, Arbeitsblende, Verschlussvorhang etc.... Wie Pölking schreibt: "In der Kamera bricht die Hölle los".
Das ist eigentlich völlig egal, denn dieses ganze Herumgezappel ist eh schon wieder vorbei, wenn das Bild belichtet wird bzw wie bei der SVA ist das nur bei den allermeisten Beichtungszeiten nicht zu sehen.
Es passieren also kurzzeitige Vibrationen, die eigentlich irrelevant sind, die VR Elektronik bemerkt sie jedoch, da sie das einzige sind, was überhaupt auf dem Stativ bemerkt werden könnte, denkt, das ginge nun so weiter und startet nun (völlig überflüssig) Gegenmaßnahmen, wo gar kein Wackeln mehr stattfindet...
Die VR Linse wackelt also "in guter Absicht" obwohl es gar keinen Grund mehr gibt und das Objektiv längst schon wieder still steht... Dadurch VERwackelt sie das Bild.


Obs so ist, weiß ich nicht. Dachte aber immer, das wars, weil ich mal hier und da was in dieser Richtung gelesen hatte.
Neue VR Objektive würden erkennen, ob es sich um echtes Wackeln handelt oder um den Spiegelschlag.


Grüße,

Axel
 

ziege

Kennt den Türsteher
Hallo Axel,

sehr schön beschrieben, klingt sehr plausiebel und ist vermutlich auch so, also liegt es dann doch nicht an der globalen Erderwärmung, verursacht durch Zigarren rauchen, da kann ich ja beruhigt weiterschmauchen.
z04_cowboy.gif


Gut Licht und gute Nacht, bis bald, Richard
 

Hatschi

Kennt den Türsteher
Halli Hallo

Mechanischer Ausgleich, umgelegt auf ein CD/DVD-Spieler Pickup.
"Vordernken" ist hier nicht angesagt, die Elektronik und Mechanik regelt schnell genug um dies in Echtzeit zu machen.

So wie mir bekannt ist es nur bei älteren VR nicht erlaubt es am Stativ zu verwenden.

Mögliche Gründe:

- der verwendete Beschleunigungssensor (Gyro) konnte so kurze Impulse nicht oder nur unzureichend registrieren
- die Mechanik des VR war zu langsam um so kurzen Ausgleichsbewegungen zu folgen

Aufgrund heutig verfügbarer Elektronikkomponenten sehe ich das Problem bei der Mechanik.

Natürlich alles nur Spekulation meinerseits.

Hatschi
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Guten Morgen!

Hier ist es ja sogar noch weitergegangen! Ich bin wohl zu früh in's Bett gegangen. Bin ich wirklich, denn ich habe eine ganze Weile wach gelegen und weitergegrübelt. Nämlich:

Beruflich beschäftige ich mich (am Rande) mit aktiver Schallunterdrückung, neudeutsch Active Noise Control. Und die Prinzipien von da habe ich auf VR "umgegrübelt".

Zuallererst gibt's da den Unterschied zwischen "feed-foreward" und "feed-back" Systemen. Ein feed-foreward-System wäre z.B. in einem Schornstein einsetzbar. Man misst am Fuß des Schornsteins den ankommenden Lärm, und dann haben Elektronik und Lautsprecher Zeit, bis der Schall oben am Schornstein angekommen ist, das Gegensignal zu berechnen und abzustrahlen. Das ist die technisch viel einfachere Variante, funktioniert (im Prinzip) auch bei völlig zufälligen Signalen, ist aber bei VR leider nicht einsetzbar. Es gibt da nun mal leider keinen Einleitungspunkt, an dem man die Vibrationen messen könnte, und es gibt keine Übertragungsstrecke, die einem die Zeit gibt, das Gegensignal zu erzeugen.

Wir haben es bei VR also mit so etwas ähnlichem wie einem feed-back-System zu tun. Da man bei denen das ankommende Störsignal nicht schon vorher messen kann, muss man es vorher kennen. Z.B. kann man bei drehenden Geräten davon ausgehen, dass in der nächsten Umdrehung nahezu das selbe passiert wie in der letzten. Also kennt man sein voraussichtliches Störsignal schon vorher, wenn nicht etwas zufälliges unvorhergesehenes dazwischen kommt. Das dürfte ungefähr das sein, was Axel (ohelm) oben in hübscheren Worten beschrieben hat:

Das VR-System hat eine ungefähre Ahnung, wie eine Verwackelbewegung voraussichtlich weitergeht, und wackelt gewissermaßen vorausschauend "prophylaktisch" gegenan.

Und noch was anderes habe ich begrübelt: So ein VR-System ist strenggenommen gar keine Regelung, denn das Endergebnis, das hier minimiert werden soll, kann gar nicht während des Prozesses gemessen werden: Die Unschärfe der Abbildung. Stattdessen wird nur die Bewegung des Linsenelements so geregelt, dass hinterher "im Mittel" möglichst wenig Unschärfe dabei rauskommt. Und das heißt aber, dass die optimale Bewegung des Linsenelements vorher im Labor bestimmt wurde, und zwar für eine Anzahl von Durchschnittssituationen. Die optimale "Entwackelung" in der aktuellen Situation wird aber nicht erreicht.

Auf's tägliche Leben übersetzt: Es ist ein Unterschied, ob ich einen Thermostaten auf 20°C einstelle und der dann wirklich die Temperatur (in Grenzen) regelt, oder ob ich ein Heizungsventil auf "halb" stelle, weil ich weiß, dass dann die Temperatur halbwegs stimmt.

So, jetzt weiter Brötchen verdienen.

Gruß, Matthias
 

redscan

Läuft öfters hier vorbei
Hallo zusammen,

Masis Vergleich mit "Active noise control" ist, glaube ich sehr passend.

Auch die Feststellung, dass es strenggenommen gar keine Regelung sein kann, stimmt im ersten Hinsehen. Man könnte aber eine Regelung hinbekommen, wenn der Bewegungssensor mit der Linsengruppe verbunden wäre. Dann muß die Regelung "einfach" den Beschleunigungswert auf Null halten.

Hierfür wird ein bestimmtes Regelverhalten programmiert. Dafür ist die Art der zu erwartenden "Störung" schon wichtig für die Regelcharakteristik. Ein Wackeln in der Hand des Fotografen hat halt eine andere (eher sinusförmige) Charakteristik im Gegensatz zur schlagartigen (impulsförmigen) Störung die von der Spiegelauslösung verursacht wird.

Das die unterschiedliche Störcharakteristik eine wichtige Rolle spielt, wird schon dadurch deutlich, dass unterschiedliche VR-Modi vorgesehen sind.

Die Spiegelvibration ist deshalb nicht vorgesehen, weil die normalerweise aus der Hand fotografiert gar keine spürbare Auswirkung auf das Foto hat, da dieser impulsförmige Schlag von der Handfläche weitgehend gedämpft bzw. geschluckt wird (jedenfalls in Relation zur Störwirkung durch Verwackeln).

Auf dem Stativ wird dieser Impuls nicht gedämpft und die Elektronik erkennt fälschlicherweise ein Verwackeln und reagiert mit Gegenbewegungen, aber halt für sinusförmigen Verlauf und nicht für impulsförmigen Verlauf.

Tückisch dabei ist, dass in jedem Impuls auch niederfrequente Sinusanteile enthalten sind, die kurzzeitig auch als solche erkannt werden können. Abhilfe wäre hier ein "Tiefpassfilter" welches aber wieder den Nachteil hat, dass der das System langsamer machen kann.

Das Ausgleichen von gleichmäßigen Störvibrationen, welches ja auch eine vorgesehen einstellbare VR-Betriebsart ist, ist da noch die einfachste Aufgabe, da immer wiederkehrend und damit im voraus berechenbar.

Ist alles so ein bischen wie eine gute Fahrwerksabstimmung beim PKW zu bekommen; der Hacken ist in beiden Fällen der Gleiche; VR1=komfortabele (langsame weiche)Abstimmung auf ebene Autobahn oder Umschalten auf VR2=sportliche (schnelle/harte) Abstimmung für die Schotterpiste ;-)

Gruß
Armin

(...der die härtere Schotterabstimmung bevorzugt ;-)
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Huch? Ich dachte, ich hätte gestern abend noch geantwortet? ist wohl verloren gegangen...

Mit dem allermeisten bin ich einverstanden, und schön erklärt ist's auch. Bloß hier erhebe ich Widerspruch:
Nicht das Linsenelement muss auf "a=0" gehalten werden, sondern das Abbild auf Film/Sensor. Und um das zu erreichen, muss die Linsengruppe sogar "gegen die Verwackelungsrichtung" des Objektivs bewegt werden.

Und jetzt muss ich mich weiter mit "passive noise control" befassen, bis später.

Matthias
 

redscan

Läuft öfters hier vorbei
Hallo Matthias,

vielen Dank für Deine Antwort.

So war das auch gemeint; und meiner Meinung nach muß genau deswegen eben doch das Linsenelement auf "a=0" geregelt werden:

Objektiv bewegt sich z.B. nach oben, gleichzeitig wird die Linsengruppe innerhalb des Objektivs in gleicher Weise (relativ zum Objektiv!) nach unten bewegt; -> Position der Linsengruppe im Raum (in Relation zum Motiv) bleibt unverändert -> Beschleunigung [a]=0 -> Abbild auf Sensor ist stabil ;-)

Also steht die a=0 Regelung der Linsengruppe doch stellvertretend für ein verwackelungsreduziertes Abbild auf dem Bild-Sensor ;-)

Dabei drängt sich mir eine andere Frage auf, die ich noch sehr viel interessanter finde:

Welche Methode zur Verwackelungsreduzierung ist denn die Bessere?!! Das nikon VR-System (Einwirkung im Objektiv) oder andere Systeme, die das im Kameragehäuse machen (z. B. Sony)?!


Gruß
Armin
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Moin Armin!

Es hilft nichts, ich muss nochmal widerspreche:
Verwackeln ist doch im wesentlichen eine Drehbewegung um die vertikale und/oder eine horizontale Achse (aber nicht die Objektivachse). Jedenfalls stellt
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das so dar und hat auch dafür die "angular velocity sensors" (=Winkelgeschwindigkeits-Sensoren) eingebaut. Anderswo heißen die auch Gyro-Sensoren, und das schon einige Verwirrung in Richtung Kreisel ausgelöst. Im übrigen könnte ich schwören, dass in Wirklichkeit Winkelbeschleunigungs-Sensoren benutzt werden. Aber egal.

Jedenfalls würde ein Verwackeln um die horizontale Achse, wie dort gezeigt, dazu führen, dass sich der Film/Sensor auf und ab bewegt. Es hilft dann also nichts, wenn die Linse starr im Raum stehen bleibt, sie muss das Bild doch hinter dem Film/Sensor herführen, also aktiv bewegt werden, relativ zur Kamera sowieso, aber auch absolut.

Dazu kann ich nun gar nichts sagen. Wir haben zwar beide Systeme in der Familie, aber einen auch nur annähernd aussagekräftigen Vergleichstest würde ich mir im Moment "mit Bordmitteln" nicht vorstellen können. Funktionieren tun jedenfalls beide, aber nur meine auch mit Film....

Gruß, Matthias
 

redscan

Läuft öfters hier vorbei
Hallo Matthias,

vielen Dank für Deinen Widerspruch ;-)
Okay stimmt - so wie das dort abgebildet wird, liegt der Drehpunkt der Nickbewegung vor der Sensorebene. In dem Fall würde ein "Einfrieren" der Linsenposition nichts bringen.

Wenn ich das jetzt richtig verstehe, funtioniert das Ganze nur, wenn der Drehpunkt der Nickbewegung immer an der gleichen Stelle sitzt. Für diesen Fall gibt es eine eindeutige Beziehung zwischen Nickwinkel und dazugehöriger Korrekturbewegung der Linse um den Punkt auf der Sensorebene "einzufrieren". Die unterschiedlichen Verwackelungsbewegungen der Fotografen können so schon recht gut kompensiert werden, aber nur dann, wenn der tatsächliche "Nickpunkt" auch da liegt, wo Ihn die Konstrukteure angenommen haben.

Das heißt, die Regelung regelt die Linse nicht auf "a=0" sondern auf eine vorher berechnete Position, die in einer Tabelle abgelegt sein kann.

Die andere Variante, die im Kameragehäuse eingebaut ist, wird dann wohl in gleicher Weise funktionieren, nur dass dort nicht die Linsengruppe bewegt wird, sondern der Sensor. Das Funktionsprinzip ist demnach aber das Gleiche und wird daher auch nicht sehr viel besser oder schlechter funktionieren als das nikon-VR. Vielleicht ist der Aufwand und die Lebensdauer der kamerainternen Lösung aber etwas besser, da ein Sensorchip sicher einfacher zu bewegen ist, als eine ganze Linsengruppe im Objektiv. Weiterhin könnte ich mir auch vorstellen, dass der Regelbereich im Kameragehäuse größer ist als bei der Objektivlösung.

So ich glaube jetzt hammers wohl hinbekommen - oder?

Jetzt warte ich nur noch auf die Meldung meines Händlers, dass mein bestelltes 70-200/2,8 VR endlich da ist und ich die ersten Praxiserfahrungen sammeln kann. Ich werde dann als erstes den hoffentlich markierten "Verwackelungsdrehpunkt" suchen ;-)

Gruß
Armin
 

masi1157

Kennt den Türsteher
Was, willst Du schon aufgeben? Ich wüsste noch ein paar Punkte...
Der "Nickpunkt" (schönes Wort!) liegt doch bestimmt nicht da, wo er in der kleinen Animation angedeutet ist, sondern näherungsweise im gemeinsamen Schwerpunkt von Kamera und Objektiv. Und wo der liegt, hängt von Objektiv und Kamera ab. Da das VR-System im Objektiv (und sein Entwickler) nicht wissen wird, ob hinten eine F55 oder eine F6 dran hängt, kann doch bestenfalls auf einen "Mittelwert" optimiert werden. Mit einer "zu schweren" oder "zu leichten" Kamera handelt man sich also eine Abweichung vom Optimum ein.
Genau! Es wird also nicht auf minimale Verwackelung der Abbildung geregelt, sondern auf ein vorher im Labor bestimmtes (für verschieden schwere Kameras und verschiedene menschliche "Verwackler") gemitteltes Optimum. Das hatte ich gemeint, als ich geschrieben habe, dass es strenggenommen gar keine Regelung ist.
Viel Spaß! Und immer schön im Schwerpunkt abstützen, dann triffst Du's halbwegs.

Gruß, Matthias
 

upu

Läuft öfters hier vorbei
Mal anders philosophiert:

Das Stativ stellt eine gedaempfte Feder dar.
Das VR-Objektiv stellt ebenfalls eine Art gedaempfte Feder dar.

D.h. wir haben eine harte, schnell schwingende Feder (Stativ) und daran gekoppelt eine im Vergleich dazu weich korrigierende Feder (VR Objektiv). Hinzu kommt, dass die Stative aufgrund unterscheidlichen Designs und verwendeten Materialien unterschiedliche Federkonstanten haben und damit jedes Stativ sein eigenes Einschwingverhalten hat -> und damit jedes System eine andere Eigenfrequenz.

Wenn ich mich recht erinnere haben gekoppelte Federsysteme eine Eigenfrequenzen, die durch Loesung des sogenannten Eigenwertproblems bestimmt werden koennen (part. Diff. Gleichungen, Daempfung, Freiheitsgrade, und richtig kompliziert faellt mir noch ein, numerisch loesbar - ist schon 25 Jahre her ... ).

Die Regelungs-SW wird richtig gross und kompliziert => d.h., lange Rechenzeit => d.h., ein Ergebnis liegt evtl. erst vor, wenn das Problem nicht mehr existiert => d.h., das System regelt gegen etwas, was evtl. garnicht mehr da ist => d.h, es begibt sich in Eigenschwingung => d.h., Unschaerfe

Ich bin kein Physiker, aber ich koennte mir vorstellen, das hier auch noch ein paar Gruende begraben liegen ... wie gesagt, eben mal anders philosophiert.

Gruss

UPu

p.s.: Alleine die Regelung des VR ohne Stativ ist schon hoechste Ingenieurskunst und kompliziert genug. Hut ab vor allen, die einen solchen Regelkreis entwickelt haben!
 
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