Как и раньше, я постараюсь рассказать Вам о проблеме, которая отняла у меня много сил и времени и о правильном способе её решения.

Немного теории о видеосъёмке с квадрокоптера

В процессе полёта любой мультироторный летательный аппарат (трикоптер, квадрокоптер, гексакоптер, октакоптер и т.д, а далее назовём его условно дроном ) многократно производит наклоны и повороты корпуса в разные стороны. Только за счёт наклонов корпуса дрон способен перемещаться в горизонтальной плоскости, а в процессе сопротивления ветру эти наклоны становятся резче, сильнее и чаще.

В дешёвых дронах видеокамера жёстко прикреплена к корпусу летательного аппарата, иногда закреплена на виброгасящей платформе, но в обоих случаях камера наклоняется вслед за любыми наклонами корпуса дрона. Что мы имеем в результате: Если съёмка велась широкоугольным объективом (например как в Экшн-камерах, типа GoPro), то видео смотрится немного нестабильным, шатающимся, немного неидеальным. А если объектив камеры дешёвый и узкоугольный (как например в дроне Syma X5C), то нестабильность видео достигает таких пределов, что через некоторое время сосредоточенного просмотра начинает кружиться голова.

Для решения этой проблемы были сконструированы двух- и трёх-осевые стабилизационные подвесы для камеры! Стабилизационный подвес — это электронное устройство, удерживающее камеру ровно и в определённом положении (как правило в горизонтальном) независимо от любых наклонов и поворотов дрона.

Немного теории о стабилизационных подвесах

Подвес снабжён одним или двумя датчиками гироскопа/акселерометра, и двумя либо тремя бесколлекторными электромоторами. Датчики дают информацию о текущем расположении дрона и камеры в пространстве, а электромоторы наклоняют камеру в заданное положение и удерживают в нём.

Двухосевой подвес снабжён двумя электродвигателями и стабилизирует камеру по двум осям:

• Ось тангажа — Pitch — наклон камеры вниз и вверх
• Ось крена — Roll — наклон (не поворот!) камеры влево и вправо

Сторонники двухосевых подвесов считают что повороты вокруг третьей оси вращения можно осуществлять поворотом самого дрона.

В трёхосевом подвесе к вышеперечисленному добавляется ещё один электродвигатель и ещё одна ось стабилизации:

• Ось рысканья — Yaw — поворот камеры влево и вправо вокруг вертикальной оси.

Выбор модели подвеса

Если не рассматривать супердорогие профессиональные модели, то весь оптимальный выбор на Китайском рынке сводится к двум разновидностям подвеса на основе Storm32:

• Двухосевой подвес за 35-40$ ,
• Трёхосевой подвес за 50-55$ .

Учитывая небольшую разницу в цене, а также распространённое мнение, что трёхосевой подвес настолько хорошо стабилизирует видео, что его можно использовать без последующей обработки, я конечно решил приобрести именно трёхосевой подвес HakRC Storm32 .

Первый опыт использования

Внимание! Подвес запрещается включать без установленной на него камеры!

Подвес заработал сразу «из коробки», не требуя дополнительных настроек. Питания 3S-батареи (12вольт) ему вполне хватило и на столе он быстро и чётко выравнивал камеру при наклонах дрона. Ещё пара проводов, и я уже мог управлять с Аппаратуры управления наклоном камеры по вертикали (ось тангажа — pitch), и я уже гордился полученным результатом! Однако уже первый полёт показал, насколько сильно я ошибался!

В первом же полёте обнаружилась сильная тряска по оси тангажа (pitch). К сожалению, заметил я этот факт только после посадки, при просмотре видеозаписи, когда она уже была безнадёжно испорчена.

Именно с этого случая началось моё подробное изучение вопросов настройки трёхосевого подвеса.

Важные этапы настройки подвеса

Помните, что все настройки подвеса вы выполняете для работы с одной конкретной камерой, и настройки выполняются под её конкретный вес, размер и её расположение! При замене камеры на другую модель возможно придётся производить настройки заново!

Специалисты советуют при настройке выполнять следующие этапы:

1. Осмотр и проверка механической части подвеса
2. Установка камеры, уравновешивание всех осей
3. Перепрошивка контроллера на последнюю версию прошивки
4. Калибровка обоих гиродатчиков по 6-ти точкам
5. Выполнение визарда «Настройка подвеса» (Setup gimball)
6. Проверка и настройка всех параметров, кроме PID
7. Настройка PID

И если быть честным, то пункты 3 и 4 я не выполнял, понадеявшись на честность сборки и настройки в Китае, и пока всё работает. А теперь давайте подробно пройдёмся по этим пунктам:

1. Механика: Все детали кронштейна должны быть плотно соеденины, должны быть не деформированы, все двигатели должны вращаться свободно без сопротивления, ничего не должно люфтить!
2. Камера должна быть уравновешена по всем осям. Если вам не удаётся установить камеру в геометрическом центре платформы и платформа свешивается, скажем, в правую сторону, значит с левой стороны необходимо приклеить противовес, например несколько монеток.
3. По прошивке в интернете есть много материала (в том числе видеоуроков), который будет точнее и понятнее моих рассказов, т.к. я этим ещё не занимался.
4. Калибровать нужно отдельно датчик на плате и датчик на кронштейне камеры, по одной или по шести точкам. Лучший результат достигается по шести точкам. Рассказывать подробно не буду, а почему? Смотри пункт 3!
5. Мастер (визард) позволяет при минимальных действиях пользователя настроить первичные параметры подвеса, а именно: количество полюсов электромоторов, и самое главное: какое положение камеры в пространстве является правильным и первоначальным, и к какому положению подвесу нужно стремиться! Ведь не у всех подвес находится ниже корпуса квадрокоптера, у некоторых спереди или сверху, есть люди которые ставят подвес на велосипед, а некоторые и вовсе, переделывают это устройство в ручной стабилизатор для мобильного телефона!
6. Остальные настройки более-менее понятны, хотя и распределены на разных страницах программы настройки. Например: способ удерживания камеры (Hold или Pan), реакция на команды с Аппаратуры управления, порог низкого напряжения питания для отключения подвеса, и т.д. и т.п.
7. Настройка PID — это более обширная тема, которая заслуживает если не отдельной статьи, то хотя бы отдельного раздела в нашей статье!

Настройка PID

ПИД-регулирование (пропорционально-интегрально-дифференцирующий) — это способ регулирования, управление какой-то системой с обратной связью. Если вкратце, то настройка PID-системы производится тремя параметрами, которые в упрощённом варианте можно описать так:

• P — Насколько сильно показания датчика обратной связи (в нашем случае — показания гиродатчика) должны влиять на поворот регулируемой системы (на электромотор)
• I — Насколько должно увеличиваться влияние датчика обратной связи, если датчик показывает необходимость действя на протяжении какого-то длительного времени
• D — Насколько сильно необходимо продиводействовать последствиям слишком сильного влияния первых двух параметров.

Этой же методикой управляются и некоторые настройки в управлении самим дроном, но сегодня мы их не рассматриваем. Итак! Про настройку ПИД-ов в подвесе информации в интернете очень мало и она очень недостаточная. И самых лучших результатов я достиг, действуя по методике Юлиана из RC SchoolModels , несмотря на то что он в своём видео настраивал подвес другого производителя. Если адаптировать его метод под наш подвес Storm32 то он будет выглядеть примерно так:

1. Убрать на ноль все значения параметров P, I, D, VMax по всем трём осям. Подвес повиснет без напряжения.
2. Все следующие действия (пункты 3-7) нужно производить по очереди для каждой из осей, в такой последовательности: Roll, Pitch, Yaw:
3. Настроить VMax (максимальное напряжение на мотор). Повышать параметр от нуля до того момента, пока мотор не начнёт удерживать камеру в определённом положении. Слишком высокое значение параметра может привести к перегреву моторов или сильному разряду аккумуляторов. Мне хватило значений 80-110 по разным осям.
4. Настроить I. Медленно добавлять параметр пока подвес не начнёт самостоятельно шевелить камерой. При этом необязательно добиваться выравнивания камеры, достаточно просто какого-то самостоятельного движения. Мне хватило значений на 1-2 деления от нуля, то есть совсем мало!
5. Настроить P. Медленно добавлять параметр от нуля, пока подвес не начнёт притягивать камеру именно к её нормальному (горизонтальному) положению. При этом на вибрацию или тряску обращать внимания не нужно.
6. Настроить D. Медленно добавлять этот параметр до тех пор пока не прекратиться вибрация. При слишком большом значении параметра может начаться высокочастотная вибрация по указанной оси.
7. Если при помощи параметров P, I, D не удаётся уравновесить оси или избавиться от вибраций — попробуйте уменьшить параметр Vmax по этой оси и повторите пункты 4-7.
8. Повторить пункты 3-7 для оставшихся осей.
9. Проверить работу всех осей, сохранить настройки.

В ПО настройки подвеса есть возможность сохранять настройки в файл. Советую делать это до и после любых изменений.

Интернет-магазин "Юный Папа" предлагает к покупке трехосевой подвес для камеры DJI 3-axis Gimbal RONIN. С встроенной системой регулирования балансировки нет необходимости в пригонке и настройке. Балансировка стабилизатора Ronin и изменение настроек для видеокамер происходят быстро и просто. Этим обеспечивается большая эффективность в условиях профессиональной съемки. Встроенная технология Автоматически Настраиваемой Стабилизации (ATS) использует интеллектуальные алгоритмы для автоматической настройки системы Ronin на работу с Вашей камерой - просто нажмите кнопку.

Также очень важно, что стабилизатор Ronin разработан для применения со многими видами камер и легко настраивается с любым типом оборудования: от небольших камер стандарта Микро 4:3 до габаритных систем Red Epic.

Еще одна особенность от DJI - подвесы Zenmuse. Такие подвесы стали первыми системами в мире для профессиональной аэрофотосъемки и видеосъемки. Линия подвесов Zenmuse - это стандарт, на него равняются остальные производители. Стабилизатор Ronin разработан с использованием точно такой же технологии и имеет множеством режимов управления и встроенным инерциальным измерительным блоком (IMU).

Особенности:

• Поддерживает камеры весом до 7кг
• Точность: ±0.02°
• Дистанционное управление вращением
• Балансировка без инструментов
• Приложение Assistant для iOS и Windows
• Беспроводное подключение по Bluetooth для настройки
• 15mm штанги + точки монтажа для акессуаров
• USB и PowerTap выходы
• Поставляет в сверхпрочном кейсе Pelican

Комплектация:

• Стедикам
• Аккумулятор
• Зарядное устройство
• Пульт ДУ
• Подставка
• Крепление
• Инструкция на русском языке

Характеристики:

Периферийные устройства

• Разъемы питания для вспомогательного оборудования: Два регулируемых входа P-tap на 12 В каждый, один разъем USB на 500 мВт, один разъем для модем DJI Lightbridge
• Питание блока управления подвесом (GCU: Аккумуляторная батарея Ronin, 4S
• Соединения: Для пульта дистанционного управления на частоте 2.4 ГГц, модуля Bluetooth, разъем USB
• Требования к ОС ПК для установки программы Assistant: indows XP SP3; Windows 7; Windows 8 (32 или 64-битная)
• Требования к ОС моб. устр. для установки программы Assistant: iOS версии 6.1 или выше для мобильных устройств, iPhone 4s, iPhone 5, iPhone 5s, iPod touch 4, iPod touch 5 , iPad 3, iPad 4, iPad mini

Механические и электрические характеристики

• Рабочий ток: Статический ток 300 мА (при напряжении 16 В), Динамический ток: 600 мА (при напряжении 16 В), Ток заторможенного двигателя макс. 10 А (при напряжении 16 В)
• Рабочая температура: от -15 °C до 50 °C (от 5 °F до 120 °F)
• Вес: 4.20 кг (9.26 фунтов) при полной нагрузке с верхней ручкой
• Размеры подвеса: 620 x 280-380 x 500 мм
• Габариты поддерживаемых камер: Максимальная глубина центра масс опорной плиты камеры: 140 мм, Максимальная высота, измеряемая от верха опорной плиты камеры: 225 мм, Максимальная ширина: 195 мм

Эксплуатационные характеристики

• Максимальная нагрузка (справочное значение): 7.25 кг (16 фунтов)
• Точность регулировки угла: 0.02°
• Макс. регулируемая скорость поворота: По оси поворота: 90 °/сек, По оси наклона: 100 °/сек, По оси крена: 30 °/сек
• Диапазон управления поворотом: Управление по оси поворота 360°, Управление по оси наклона От 45° вверх до 120° вниз, Управление по оси крена ± 25°

DJI Ronin - это трехосевой стедикам с электронным стабилизирующим подвесом, позволяющий снимать плавное видео без тряски в кадре, используя большинство существующих на рынке DSLR и кинокамер небольшого размера.

Наследник Zenmuse

DJI Ronin стал логичным продолжением опыта компании с подвесами Zenmuse для GoPro, камер DSLR, таких как Canon 5D MarkII, BMPCC, Panasonic GH3/GH4, Sony NEX и других. После Zenmuse – подвеса для квадро и мультикоптеров, Ronin получил в наследство отличную стабилизацию с трехосевой конструкцией стедикама, гибкие настройки и возможность установки широкого списка камер DSLR и других, от компактных Blackmagic Pocket Cinema Camera и Sony NEX до профессиональных камер RED.

Создан для профессионалов

В процессе разработки DJI Ronin приняли участие не только сотрудники компании DJI Innovations, но и ведущие кинематографисты, чей опыт был учтен для создания удобного ручного стедикама с 3D-стабилизацией. Это устройство призвано облегчить работу оператора и съемочной группы, не только упрощая обращение с камерой, но и значительно расширяя возможности для съемки (см. видео). Кроме удобной конструкции с несколькими прорезиненными ручками DJI Ronin оснащен надежной подставкой и съемной верхней ручкой, что дает возможность быстро разместить подвес на съемочном кране.

Удобная конструкция подвеса

Система трехосевого электронного подвеса Ronin имеет три варианта хвата - за две ручки, в низком положении камера за верхнюю ручку и в положении камеры выше головы оператора в нижней части. Алюминиевые элементы конструкции с применением карбоновых деталей делают подвес достаточно легким и создают практически идеальный баланс. Отсутствие болтающихся кабелей и завершенная конструкция упрощают ежедневное обращение с этим электронным стедикамом, позволяя использовать его даже в неблагоприятных погодных условиях.

Стабилизация и автоматическая настройка под камеру

DJI Ronin обеспечивает стабилизацию и плавное видео с точностью до ±0.02°, что соответствует современному профессиональному уровню съемки и позволяет не использовать программную стабилизацию видео при постобработке. Благодаря технологии, унаследованной от Zenmuse для начала работы нужно просто закрепить камеру из широкого списка совместимых и настроить баланс, а настройку стабилизации автоматически произведет программное обеспечение стедикама. Встроенный 32-битный процессор возьмет на себя быструю первоначальную настройку при помощи функции Auto Tune Stability, достаточную для начала съемки. Более точные настройки вносятся через соответствующее ПО при подключении Ronin к компьютеру.

Удаленное управление и трансляция видеосигнала

Посредством Bluetooth и приложения под iOS можно подключиться к DJI Ronin, превратив смартфон или планшет Apple в панель управления второго оператора с возможностью просмотра видео и управления трехосевым подвесом. Так же подвесом в трех направлениях можно управлять при помощи комплектного пульта, подобного пульту управления квадрокоптерами DJI или подвесом Zenmuse. Первому оператору стедикама можно сконцентрироваться на движении камеры и плавных проводках, а второй сможет следить за построением кадра и настройкой фокуса.

Для систем Follow Focus в комплекте риг 2х15мм. Кроме того технология SmootTrack позволит работать и одному оператору, совершая плавные перемещения кадра вслед за движением оператора. Ronin поддерживает и установку на мультикоптеры с независимым управлением подвесом и камерой. А благодаря поддержке установки модуля DJI LightBridge можно транслировать видео в разрешении 1080p в диапазоне расстрояний около 1,5 километров, используя соответствующую систему видеолинка.

Время работы и питание

Электронный стедикам оснащен съемными умными батареями, подобными аккумуляторам квадрокоптеров DJI. Поддерживается быстрая замена, просмотр уровня оставшегося заряда на встроенных индикаторах и зарядка комплектным зарядным устройством. В качестве разъемов для подключения питания система оснащена двумя выходами 12В, выходом USB 5В, а также питанием для модуля LightBridge. Время работы подвеса Ronin от одного аккумулятора составляет до 4 часов.

Новые методы съемки

DJI Ronin не только облегчает работу оператора и съемочной группы, но и открывает новый подход к съемкам и приемам. Стедикам с камерой может перемещаться из рук оператора на съемочный кран, устанавливаться на платформы или взлетать на квадрокоптере и все это в рамках одного плана! От других электронных 3D-стедикамов Ronin отличает интеграция с мобильными устройствами, целый список поддерживаемых технологий от DJI из коробки и возможность гибкого наращивания функционала при помощи дополнительных модулей.

Особенности:

• Трехосевой электронный стедикам для съемки как с рук, так и с кранов или квадрокоптеров
• Оригинальный дизайн, надежная конструкция, алюминиевые и карбоновые элементы
• Высокое качество стабилизации по трем направлениям
• Три варианта хвата для оператора
• Быстросъемная ручка для установки на кран
• Риг для систем Follow Focus в комплекте
• Автоматическая настройка стабилизации под камеру всего за 5 минут
• Поддержка аксессуаров и технологий от DJI
• Пульт управления подвесом и приложение для второго оператора
• 4 часа работы от аккумулятора с возможностью быстрой замены

2 осевые подвесы для квадрокоптеров необходимы для стабилизации камеры и для ровной съемки видео. Для каждого вида камеры существуют свои типы подвесов. Необходимо отметить, что в комплекты с квадрокоптерами, предназначенными для видеозаписей, уже включены подвесы. Но если Вы решили сменить «родную» камеру квадрокоптера на более профессиональную, то придется купить подвес.

На данный момент существуют как двух осевые подвесы, так и трех осевые. 2D подвесы стабилизируют камеру по двум направлениям, а 3D, очевидно, по трем. Работают они за счет балансиров, выполненных, в основном, из алюминия. Но если Вы не знаете, то разберем каждый из них.

Двухосевой подвес для Cheerson CX-20

Из двух осевых подвесов стоит отметить китайскую модель, идущую на Cheerson CX20. Предназначен для любой камеры с моторчиками бесколлекторного типа. Его вес составляет примерно 220 грамм.

При сборке на некоторых моделей коптеров может оказаться, что подвес давит на шасси и загораживает USB-вход. Это легко исправляется простым подпиливанием амортизационных пластин.

Модуль телеметрии желательно приклеить на боковую сторону, тем самым смещая к крышке аккумулятора. В корпусе самого коптера вблизи блока для батареи придется просверлить небольшое отверстие для телеметрии и проводов. В комплект с подвесом также входит провод питания JST, его нужно спаять с проводом регулятора, отвечающим за питание. Обеспечение энергией ведется с питающего модуля на аккумулятор коптера.

Электронную схему с датчиком уклона желательно расположить на другую сторону пластины, выступающей в качестве основания камеры. Иначе можно столкнуться с тем, что при ориентировании камеры вниз разъем с проводом схемы будет упираться в ближайшую пластину и дергать камеру.

Чтобы настроить регуляторы, можно использовать программу для регулирования подвеса SimpleBGC-GUI-2-2b2. В основном, такая настройка требуется, когда камера вибрирует и двигатель издает писки из-за лишней напряженности. Достаточно просто подключить подвес к ноутбуку и загрузить готовые настройки для GoPro в подвес.

Естественно, при установке дополнительного навесного оборудования на квадрокоптер увеличивается его вес. Это ведет к сокращению время полета примерно на 15-20%. Но зато качество съемки будет превосходным и стабильным.

Двухосевой подвес DYS BLG2A и Black CNC FPV

Также существует двухосевая подвеска DYS BLG2A для камер GoPro. Поддерживает видеокамеры GoPro2 и GoPro3. Имеет мощные бесколлекторные моторы BGM2208-70. Выполнен из алюминиевого сплава, который отличается высокой жесткостью и прочностью фиксации крепления камеры. Примерный вес составляет 240 грамм, что немногим больше вышеописанной модели.

Довольно небольшие размеры, составляющие 120х70х180 миллиметров. Верхние демпферы дают дополнительную стабилизацию квадрокоптеру при полетах. Весь процесс сборки занимает не более 60 минут. К сожалению, в комплект не входит плата контроллера. Но имеет достаточно невысокую цену и качественное устройство.

Исходя из записей на форумах про дешевые подвесы, люди часто покупают универсальные подвесы Black CNC FPV, идущие на многие популярные виды квадрокоптерных камер. С ним также, как с моделью на Cheerson CX20, может понадобиться немного повозиться, если он будет мешаться шасси или закрывать USB разъем. Но, в целом, основная проблема у пользователей заключается в большой тряске камеры и повышенная чувствительность при управлении.

Подобная проблема встречается с подвесами, имеющими контроллеры от фирмы BASECAM Electronics. Решается она достаточно просто, аналогично варианту с Cheerson CX20. Достаточно установить SimpleBGC_GUI_2_2b2 и загрузить настройки в плату.

Пластиковые подвесы от производителя Walkera

Помимо алюминиевых подвесов существуют пластиковые. Активно разработкой пластиковых подвесов занимается компания Walkera, уже известная на рынке квадрокоптеров. Отличаются они невысокой ценой (примерно на 15% ниже алюминиевых аналогов) и низким весом, который составляет всего 160 грамм. Прочность пластикового подвеса, конечно, немного меньше алюминиевого, но зато если Ваш коптер врежется в твердую поверхность и на большой скорости, что приведет к поломке подвеса, то его можно просто склеить дихлорэтановым клеем без потери начальной прочности, а с алюминиевым так сделать не получится.

3D подвесы для GoPro

Трехосевые подвесы имеют гораздо большие показатели стабилизации, но цена на них, очевидно, выше.

Например, подвес Zenmuse H3-3D предназначен для фиксации камер GoPro3, в том числе GoPro3+, для коптеров линейки Phantom 2. Точность фиксации камеры может достигать ±0,08˚. Также имеет поддержку всех контроллеров для полетов, выпускаемых производителем DJI Innovations, в том числе для вертолетом Ace One, Naza H и Wookong H.

Выполнен из алюминия, что делает подвес весьма прочным и относительно легким. Совместим с полетными платформами Flame Wheel. Размеры его составляют 97х95х73 миллиметров при весе в 168 грамм. Максимальная скорость отработки составляет 130˚ в секунду.

Также имеет встроенный модуль управления, позволяющий вращаться в диапазоне Tilt от -130˚ до +45˚. Новые высокоточные сенсоры во встроенном контроллере, энкодеры и модули бесколлекторных моторов обеспечивают стабилизацию камеры на пиксельном уровне.

Стоит отметить, что видео, сделанное с помощью камеры на 3D подвесе, можно не подвергать дальнейшей обработке. Кроме того, у подвесов есть возможность управления независимо от самого квадрокоптера.

Для чайников