【瘋狂機(jī)械控第462期】我們使用攝影機(jī)時(shí)，如果不配備防抖設(shè)備，拍出視頻的效果一般不會(huì)很理想。國(guó)外有個(gè)攝影師將微型攝影機(jī)綁在雞頭上，各種實(shí)拍視頻卻很穩(wěn)定，為什么雞頭拍視頻可以防抖動(dòng)呢？

將雞頭和穩(wěn)定器并排作比較，發(fā)現(xiàn)雞頭的穩(wěn)定性并不輸于穩(wěn)定器，甚至可能還要更勝一籌。

▲雞頭和穩(wěn)定器的對(duì)比

▲雞頭和穩(wěn)定器的對(duì)比

雞有一個(gè)很有趣的技能：無(wú)論怎么上下左右晃動(dòng)雞的身體，雞頭始終保持靜止。

雞在身體移動(dòng)時(shí)，可通過(guò)頭頸部的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)來(lái)保持視覺(jué)穩(wěn)定。雞走路時(shí)“點(diǎn)頭”現(xiàn)象，也是為了讓頭部在大部分時(shí)候保持靜止。

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雞在走路時(shí)，頭部保持不動(dòng)，身體先走，等身體到位后再讓頭部復(fù)位。當(dāng)雞往前邁步時(shí)，眼睛的神經(jīng)末梢能感應(yīng)到視野變化，然后迅速傳遞給大腦，大腦計(jì)算出補(bǔ)償量。

大腦控制脖子周圍的肌肉群，讓頭部保持不動(dòng)，等這一步走完了再讓頭部跟進(jìn)復(fù)位，這樣就能在運(yùn)動(dòng)中始終保持視野穩(wěn)定。雞頭始終保持絕對(duì)靜止的現(xiàn)象被稱作雞頭穩(wěn)定性，原理是前庭眼反射。

▲雞頭綁攝像機(jī)錄制視頻

人類也有前庭器官，它位于雙耳的內(nèi)耳迷路中，各包括3個(gè)半規(guī)管、橢圓囊和球囊，外加一根前庭神經(jīng)。它們的功能是感受頭部的空間位置與運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)機(jī)體的姿勢(shì)平衡和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)。

禽類的前庭平衡能力特別強(qiáng)，它們可將自己頭部與視線鎖定在某處，無(wú)論身體受到何種壓力或挪動(dòng)，都不會(huì)移動(dòng)。

▲雞頭綁攝像機(jī)錄制視頻

雞頭不動(dòng)是因?yàn)橐３肿约阂曇暗姆€(wěn)定。人的眼睛有類似的功能，人的頭在晃動(dòng)較厲害時(shí)，眼珠仍然能保持注視一點(diǎn)。只不過(guò)鳥(niǎo)類的眼珠不能像哺乳動(dòng)物的眼珠那樣大范圍活動(dòng)，要保證成像穩(wěn)定，就需要通過(guò)脖子的肌肉配合來(lái)幫助頭部穩(wěn)定。

▲雞頭綁攝像機(jī)錄制視頻

在鳥(niǎo)類當(dāng)中，頭部“防抖”也是非常普通存在的。鳥(niǎo)類對(duì)于空間變化的感知很敏感，只要頭部發(fā)生了微小的位移，它們就能夠通過(guò)視野中物體相對(duì)位置的變化感知出來(lái)，從而做出相應(yīng)的調(diào)整。

▲蜂鳥(niǎo)的頭部“防抖”

為了實(shí)現(xiàn)視野的穩(wěn)定，視覺(jué)系統(tǒng)和平衡系統(tǒng)都會(huì)在其中參與調(diào)節(jié)。研究也發(fā)現(xiàn)，像蜂鳥(niǎo)這樣格外擅長(zhǎng)保持空中穩(wěn)定的鳥(niǎo)類，它們也擁有比其他鳥(niǎo)類更大的相關(guān)腦區(qū)。

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將攝像機(jī)直接綁在雞頭上并不是什么好主意，但是工程師們卻從中找到了提升防抖穩(wěn)定器的靈感。

▲機(jī)械防抖云臺(tái)

機(jī)械防抖云臺(tái)（也稱斯坦尼康系統(tǒng)）是最早作為攝像機(jī)的穩(wěn)定器被設(shè)計(jì)出來(lái)。它通過(guò)陀螺儀、加速度計(jì)等傳感器來(lái)檢測(cè)物體在上下、左右、前后三個(gè)軸向上的角度和運(yùn)動(dòng)變化，處理器得到反饋后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分解計(jì)算，為了保證物體的空間坐標(biāo)不發(fā)生變化，三個(gè)關(guān)節(jié)部位的伺服電機(jī)會(huì)向著物體移動(dòng)的反方向進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)糾正。

▲托著酒杯飛奔的豹二坦克

德國(guó)豹二主戰(zhàn)坦克的主炮口上放了一滿杯啤酒，坦克啟動(dòng)行駛在崎嶇的道路上，而主炮上的啤酒卻穩(wěn)如泰山，這個(gè)系統(tǒng)在坦克中運(yùn)用的非常廣泛，叫做火炮雙向穩(wěn)定器。

坦克火炮穩(wěn)定器主要分為三種，分別是單向穩(wěn)定器、雙向穩(wěn)定器和三向穩(wěn)定器。其中雙向穩(wěn)定器能同時(shí)穩(wěn)定火炮的射角和射向。主要部件有：陀螺儀、信號(hào)放大器、功率放大器、伺服電機(jī)或液壓馬達(dá)、動(dòng)力缸、操縱臺(tái)及其他自動(dòng)控制部件。

簡(jiǎn)單說(shuō)雙向穩(wěn)定器的原理是，一個(gè)控制上下的穩(wěn)定，一個(gè)控制左右的穩(wěn)定，在坦克行駛過(guò)程中由陀螺儀檢測(cè)火炮與炮塔之間的偏轉(zhuǎn)角度和方向，然后放大信號(hào)，傳回給動(dòng)力裝置，讓其產(chǎn)生偏離方向相反的力來(lái)穩(wěn)定炮身，讓火炮在上下左右的方向始終保持不變。

早些年，斯坦福大學(xué)的工程師用高速攝影機(jī)，拍下了天鵝飛過(guò)湖面時(shí)頭頸部的動(dòng)作。在撲動(dòng)雙翼時(shí)，天鵝身體上下?lián)u擺，通過(guò)頸部的調(diào)整，頭部卻能保持平穩(wěn)。

他們將鳥(niǎo)類飛行中調(diào)整頭部的過(guò)程記錄下來(lái)，在電腦上建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬，這成果后來(lái)用在無(wú)人偵察機(jī)上，拍攝畫面變得更加清晰了。