對主流相機穩定器劣勢分析以及優勢整合研究

許 琛，卿梓易，盧夏佳，梁明強

（桂林電子科技大學，廣西 桂林 541000）

隨著信息時代和網絡技術的飛速發展，視頻行業同樣發展迅猛，截至2021 年中國網民規模達10.32 億，手機網民規模達10.29 億，網民手機上網比例達99.7%。網絡視頻（含短視頻）用戶達9.75 億，占網民整體的94.5%[1]。巨大的市場催生出一眾視頻平臺和科技公司，龐大的平臺經濟飛速發展并逐漸成為熱門領域，大型平臺的崛起推動了傳統的一切固有模式的變革和重塑。同時技術進步帶來的直接影響是技術的“下沉”，大眾群體也開始參與視頻創作，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 優化剪輯流程，模板化剪輯。攝影的后期剪輯是在前期的基礎上進行拔高，前期準備直接決定視頻質量的下限，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定器依然是三腳架、手持穩定器、滑軌，這些設備數量多、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。消費級無人機和穩定器公司的迅速崛起，就是直擊行業需要。本文將探索新的穩定器設計，并制作實物填補當前市場空白，制作一件可以同時實現平移、旋轉、俯仰、自旋、繞物旋轉功能并且能夠擁有更多的視野、更自由的角度的相機穩定器，解決在復雜環境下拍攝所面臨的限制。

1 當前相機穩定器優劣分析

穩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定，通過驅動電機實現運動的效果，當前環境下穩定器逐步代替斯坦尼康，更低廉的成本和方便操作是穩定器在新媒體領域擴展市場的關鍵。更方便、更廉價、更高效的手持穩定器實現了對斯坦尼康的降維打擊。穩定器的使用甚至能給人帶來臨場感，能夠在更復雜的環境中進行拍攝，同時節省設備轉運的時間和成本。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。并且穩定器的發揮取決于使用者的素質，使用穩定器能提供穩定的畫質和鏡頭運動，但畫面的速度和節奏則取決于使用者的身體素質和使用經驗。

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，可以兼顧穩定和畫質，滑軌的穩定性更是超越了手持穩定器。延時攝影中應用滑軌疊加轉向電機使用，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，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、左右擺動的超常穩定性。使得拍攝中每一個細節都可以精準控制，以微距攝影為例，微距攝影中，每一個微小的變化都會對構圖和光影產生重大影響，而這就是三腳架最大的優勢。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，靈活度不如手持穩定器，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，眾多視頻創作者都是“帶著鐐銬跳舞”，在限制中進行創造。

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位可以補充，其實各大廠商都注意到了這一痛點，開發出了自己的解決方式，DJI Ronin 4D 便是將穩定器與相機融合，雖然本身依舊很重，但相比其他設備已經是目前較好的解決方案。包括運動相機的不斷出現，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，相機穩定器等設備僅限于自身迭代，因此，可以在充分利用傳統相機的前提下，在穩定器上進行整合升級，可以實現1+1+1＞3 的效果。

除設備自身的優劣，設備的使用環境也是影響拍攝效果和體驗的關鍵因素。面臨著越來越多的攝影環境，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極難使用，往往需要針對具體環境開發新的拍攝方法。同時伴隨著相機等設備的小型化的發展趨勢，手持穩定器成為適應狹窄空間、復雜場景拍攝的最優解。滑軌、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，經常面對各種特殊的環境和經費限制。即便是大型團隊，畫面有多元化的選擇不失為一種更優的解決方法。

2 整合裝置需求分析

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

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

穩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境下都可自如運用，尤其是在狹窄空間內的使用。

為實現以上需求，可以研究出一種全向移動角度不受限制的相機穩定器，使用新的機械結構，使其攜帶便利，節約空間；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。機械和電控同時發力，提高相機穩定器的實用性、易用性，解決當前存在的痛點。新產品主要應用于單反等相機的輔助拍攝中。

3 可行性方案

綜合產品的使用場景和功能需要考量，可以設計一款綜合穩定器、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境的新型穩定器。這些功能的實現主要依靠機械結構的創新。機械創新體現在：①機械臂采用雙節設計第一與第二節臂的驅動電機布置于底座上方，這樣可以使得機械臂的重心降低，增加穩定性，還能減小機械臂的轉動慣量，有利于提高控制精度、節省電量。②機械臂使用了雙四連桿結構，使得第一與第二節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為了實現手持穩定器的效果要保證穩定性和靈活性，產品結構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，這種材質可以在機械結構的強度和質量間達到完美的平衡。使用碳纖維，可以實現在固定模式下半徑50 cm 范圍的穩定自由活動。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定，滿足穩定性及靈活性需求。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定性進行有效統一。

為了實現三腳架的效果，穩定器需要在能夠進行各個方向的推拉搖移擺。實現這一功能需要著眼于機械結構，因此機械結構采用折疊結構、多段設計，使其具備6 個自由度。同時穩定器不同之處還在于較大的活動范圍，多節設計可以讓穩定器實現自旋和繞物旋轉，突破三腳架固定不能移動、不能旋轉的痛點，同時能實現當前市面上旋轉臺的功能。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，而是可以實現不同方向上的曲線運動和圓周運動。新的穩定器可以幫助更多人打開新視野和思路，利用相機發揮更多創意。

此設計不只是簡單地組合原有功能，更可以克服原本結構的劣勢，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。項目創新點如下：①功能一體化，體積質量相對變小，響應速度快，力矩穩定。可以勝任各種拍攝環境和畫面需要，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、質量輕，在視頻拍攝過程中可以更省時省力、節約空間，大幅度提高拍攝效率。④采用Ⅴ口電池供電，滿足絕大多數攝影師的需求，電池更換更加方便。

新的相機穩定器的制造，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，節約了組裝時間和移動時間，節約拍攝成本，為攝影師的拍攝畫面提供更高自由度，將人的靈活性和穩定器的穩定性更好地結合。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 結語

綜上所述，經過實際測試驗證，按照新的設計思路所制作的穩定器在穩定性和靈活性方面并不落后于傳統的攝影設備，同時還能實現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，更是對畫面內容和創作者思路的解放。

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