许 琛，卿梓易，卢夏佳，梁明强
（桂林电子科技大学，广西 桂林 541000）
随着信息时代和网络技术的飞速发展，视频行业同样发展迅猛，截至2021 年中国网民规模达10.32 亿，手机网民规模达10.29 亿，网民手机上网比例达99.7%。网络视频（含短视频）用户达9.75 亿，占网民整体的94.5%[1]。巨大的市场催生出一众视频平台和科技公司，庞大的平台经济飞速发展并逐渐成为热门领域，大型平台的崛起推动了传统的一切固有模式的变革和重塑。同时技术进步带来的直接影响是技术的“下沉”，大众群体也开始参与视频创作，手机端APP 的存在极大地简化了视频剪辑方式，各大平台都推出了自己的移动端剪辑APP 优化剪辑流程，模板化剪辑。摄影的后期剪辑是在前期的基础上进行拔高，前期准备直接决定视频质量的下限，但目前的视频拍摄设备的升级相对滞后。直接体现就是手持云台、无人机和运动相机的市场份额不断扩大，但除此之外摄影中普遍使用的稳定器依然是三脚架、手持稳定器、滑轨，这些设备数量多、分量重、体积大，无形中提升个体摄影师的拍摄难度。同时这些设备自身存在限制，三脚架只能在固定机位进行俯仰和摇摆且不能围绕物体运动，滑轨需要限制在轨道上，稳定器需要人力操纵，存在隐形门槛，以上设备都需要进行专业学习才能使用，并且对体能有一定要求，且在狭窄的空间很难展开，环境对其有一定的限制，存在诸多痛点。因此具有更自由、广阔的视野，同时兼顾廉价轻便的设备是必须的。消费级无人机和稳定器公司的迅速崛起，就是直击行业需要。本文将探索新的稳定器设计，并制作实物填补当前市场空白，制作一件可以同时实现平移、旋转、俯仰、自旋、绕物旋转功能并且能够拥有更多的视野、更自由的角度的相机稳定器，解决在复杂环境下拍摄所面临的限制。
稳定器是近年新兴的细分市场，利用陀螺仪感知设备晃动，利用反向电机保持画面稳定，通过驱动电机实现运动的效果，当前环境下稳定器逐步代替斯坦尼康，更低廉的成本和方便操作是稳定器在新媒体领域扩展市场的关键。更方便、更廉价、更高效的手持稳定器实现了对斯坦尼康的降维打击。稳定器的使用甚至能给人带来临场感，能够在更复杂的环境中进行拍摄，同时节省设备转运的时间和成本。工具是人身体的延伸，并且要超越人体的机能。手持稳定器在带来了超高灵活性的同时，也带来了一定程度的抖动和模糊，这种独特的效果在一定程度上可以营造真实的环境氛围，但在部分情况下可能会导致画面信息传递的缺失，影响受众体验[2]。同时稳定器的角度是受到限制的，以ZHIYUN CRNAE-M3 为例，理论上俯仰轴机械动作范围为309°，横滚轴机械动作范围为333°，运动幅度并不小，但是依然有无法覆盖的角度，镜头的俯仰及摇摄的灵活性相比斯坦尼康较低。并且稳定器的发挥取决于使用者的素质，使用稳定器能提供稳定的画质和镜头运动，但画面的速度和节奏则取决于使用者的身体素质和使用经验。
滑轨对视频画面的提升帮助很大，能极大提升视频的高级感，可以兼顾稳定和画质，滑轨的稳定性更是超越了手持稳定器。延时摄影中应用滑轨叠加转向电机使用，画面往往更具动感。但在滑轨移动过程中很难一次就决定相机的机位，往往要进行多次测试，且只能进行直线运动不能进行曲线运动，更做不到绕物体进行旋转，滑轨自身的运动方向极受限制，缺少足够的灵活性。与滑轨工作原理相同的轨道车可以让包括摄影师在内的摄影机组顺滑运动，但这些移动方式同样无法完成过于复杂的运动，且装置流程烦琐。在复杂和较大的场景中较多的拍摄道具容易导致穿帮。对使用场景要求很高，需要提供足够的展开空间并保持水平，甚至有些过于狭窄的空间无法铺设轨道。
三脚架的主要功能则是固定相机，给予相机上下移动、左右摆动的超常稳定性。使得拍摄中每一个细节都可以精准控制，以微距摄影为例，微距摄影中，每一个微小的变化都会对构图和光影产生重大影响，而这就是三脚架最大的优势。同时可变化的腿部支撑能够适应较为复杂的空间。除此外相机三脚架的运动仅限于以自身为圆心进行旋转，灵活度不如手持稳定器，为了获得额外的角度，往往需要搭配其他配件一起使用。即使使用了三脚架，往往也需要搭配多个三脚架，以便满足不同场景的需要，三脚架的增加产生的负重会影响摄影者的拍摄体验。综上所述，摄影师在使用过程中会直面痛点，但市场上当前没有更好的相机设备，众多视频创作者都是“带着镣铐跳舞”，在限制中进行创造。
以上例子并非为了说明这些设备应该被淘汰，而是市场上有一个空缺的生态位可以补充，其实各大厂商都注意到了这一痛点，开发出了自己的解决方式，DJI Ronin 4D 便是将稳定器与相机融合，虽然本身依旧很重，但相比其他设备已经是目前较好的解决方案。包括运动相机的不断出现，本身都在拓展更加新奇特殊的角度和更大的灵活性，为视频创作者提供更自由的想法和施展空间。不过由于当前市场主要集中在对相机的升级，相机稳定器等设备仅限于自身迭代，因此，可以在充分利用传统相机的前提下，在稳定器上进行整合升级，可以实现1+1+1＞3 的效果。
除设备自身的优劣，设备的使用环境也是影响拍摄效果和体验的关键因素。面临着越来越多的摄影环境，狭窄空间也是困扰影视拍摄的重要难题，庞大的移动设备在复杂的空间内极难使用，往往需要针对具体环境开发新的拍摄方法。同时伴随着相机等设备的小型化的发展趋势，手持稳定器成为适应狭窄空间、复杂场景拍摄的最优解。滑轨、三脚架这两种设备在面临狭窄复杂的拍摄场景时，处在瞬息万变的拍摄环境中，缺少足够的便捷性和灵活性。另一大摄影中的痛点则是性价比，中小型的摄影团队尤其是个人摄影，往往没有较多选择的余地，经常面对各种特殊的环境和经费限制。即便是大型团队，画面有多元化的选择不失为一种更优的解决方法。
作为一个机械臂要优先保证设备的稳定性，对稳定的需求压倒一切，不论在何种地形平面都可以做到稳定运行，同时设备本身也要足够稳定。为保持画面稳定和画质清晰，电机驱动下的稳定器不论是做匀速运动、加减速运动，或者是自旋、绕物旋转运动，稳定器结构都要能保持平稳，避免晃动，通过电机驱动保持自身稳定，避免像斯坦尼康一样易受外界影响[3]。
为了确保稳定器的灵活性，需要各电机间转动与轴转动同步，尽量减重，减少延时。同时机械结构可以保证稳定器向任意方向移动、旋转，能够从任意角度拍摄画面。
稳定器要减小操作人员的操作难度，保证人员能够快速掌握机器性能，使操作人员在各种复杂环境下都可自如运用，尤其是在狭窄空间内的使用。
为实现以上需求，可以研究出一种全向移动角度不受限制的相机稳定器，使用新的机械结构，使其携带便利，节约空间；
使用过程中更省力，减轻使用者的劳动强度；
赋予更高的自由度和灵活性，提高用户体验。同时采用APP 来进行操控，用移动设备操作所连接的相机，增强交互性的同时大幅度降低拍摄人员的使用门槛。机械和电控同时发力，提高相机稳定器的实用性、易用性，解决当前存在的痛点。新产品主要应用于单反等相机的辅助拍摄中。
综合产品的使用场景和功能需要考量，可以设计一款综合稳定器、三脚架、滑轨的拥有诸多功能同时能够自由运动、适应各种复杂使用环境的新型稳定器。这些功能的实现主要依靠机械结构的创新。机械创新体现在：①机械臂采用双节设计第一与第二节臂的驱动电机布置于底座上方，这样可以使得机械臂的重心降低，增加稳定性，还能减小机械臂的转动惯量，有利于提高控制精度、节省电量。②机械臂使用了双四连杆结构，使得第一与第二节臂在活动时前端的自由度模块保持相对平行，让控制算法一定程度上得以简化。③为了实现手持稳定器的效果要保证稳定性和灵活性，产品结构需要足够的轻且硬度不能降低，因此整体采用比重轻、强度高的碳纤维材质，这种材质可以在机械结构的强度和质量间达到完美的平衡。使用碳纤维，可以实现在固定模式下半径50 cm 范围的稳定自由活动。同时舵机采用Lx-224 智能串行总线舵机，可以满足机械臂负重500 g，底部预留了3/8 in（1 in≈2.54 cm）安装孔，市场上通用的单反相机都可匹配保证兼容性。同时SRC-MR 磁编码360°系列舵机适用不同的角度变化保持设备稳定，满足稳定性及灵活性需求。同时操作方式采用移动端控制，但也可以手动移动，因此，为操作人员使用便利，在稳定器前端加装操作把手，左右都进行安装，操作更加灵活，把人的灵活性和机器的稳定性进行有效统一。
为了实现三脚架的效果，稳定器需要在能够进行各个方向的推拉摇移摆。实现这一功能需要着眼于机械结构，因此机械结构采用折叠结构、多段设计，使其具备6 个自由度。同时稳定器不同之处还在于较大的活动范围，多节设计可以让稳定器实现自旋和绕物旋转，突破三脚架固定不能移动、不能旋转的痛点，同时能实现当前市面上旋转台的功能。同时滑轨的移动能力也可以得到保存，并且不只是简单做直线运动，而是可以实现不同方向上的曲线运动和圆周运动。新的稳定器可以帮助更多人打开新视野和思路，利用相机发挥更多创意。
此设计不只是简单地组合原有功能，更可以克服原本结构的劣势，可以在忽略自身存在下进行全方向的移动，还可以不断变化角度和方位。项目创新点如下：①功能一体化，体积质量相对变小，响应速度快，力矩稳定。可以胜任各种拍摄环境和画面需要，丰富视频画面。②无线控制，远程遥控，可以连接移动端APP，从而控制稳定器，简单快捷易学习，可以降低高级视频的拍摄门槛。③体积小、种类少、质量轻，在视频拍摄过程中可以更省时省力、节约空间，大幅度提高拍摄效率。④采用Ⅴ口电池供电，满足绝大多数摄影师的需求，电池更换更加方便。
新的相机稳定器的制造，可以提升摄影师的效率和机动性，可以跟随拍摄对象进行运动、旋转，节约了组装时间和移动时间，节约拍摄成本，为摄影师的拍摄画面提供更高自由度，将人的灵活性和稳定器的稳定性更好地结合。设备本身为了影片的情绪和故事服务，更高的灵活度、更少的限制，能让视频拍摄更加自由。
综上所述，经过实际测试验证，按照新的设计思路所制作的稳定器在稳定性和灵活性方面并不落后于传统的摄影设备，同时还能实现更自由的摄影角度和想法。设备的升级不是简单地对设备的改造，更是对画面内容和创作者思路的解放。
“电影技术的发展史，从总的方面来说，可以看成摄影机获得解放的历史。”电影的诞生，便是依托着影像技术的突破——人类发明出可以拍摄活动影像的摄影机。视频画面的发展亦是如此，视频画面作为一种艺术形式和信息传播的工具，自诞生之日就与技术进步结伴而行，吸收一切为其所用的优秀科技成果，这种对技术的兼容性，是其他艺术所不具备的优势，技术进步推动视频的发展，视频发展的需求反过来促进技术的进步。每一次技术进步都对视频的发展有重大影响。技术本身的存在就是不断推动社会发展，让更多人能够参与社会内容的生产。新的生产工具可以作为一种解题思路，未来可能会有更好的发展或者诞生新的方案。
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