Po prostu nie można pokonać fizyki, a jak zauważył Isaac Newton, odporność na ruch jest proporcjonalny do masy. Tak więc dzisiejsze cuda wideo o wadze piórkowej są trudne do powstrzymania. A niesamowite teleobiektywy, które dziś umieszczają w kamerach, są naprawdę niesamowite — ale powiększają każdy maleńki ruch w wirtualnym trzęsieniu ziemi na ekranie.
Problem taki jak ten został zesłany przez niebiosa wynalazcom i pojawiło się kilka rozwiązań. Nazywają swoje nowe urządzenia stabilizatorami obrazu. Wzorując się na naturze, wiele z nich działa, wyczuwając ruch kamery, a następnie kompensując go.
W tym artykule omówiono niektóre z różnych technik stosowanych do stabilizacji obrazów i przedstawiono kilka pomysłów na zastosowanie tej cudownej technologii.
Stabilizacja optyczna
Optyczna stabilizacja obrazu (lub OIS) wykorzystuje sprytną optykę do korygowania drgań. Stabilizacja optyczna zależy od czujników ruchu, które informują, czy kamera się porusza. Opierając się na informacjach o pochyleniu, które przypomina przechylanie, i odchyleniu, które jest fantazyjnym określeniem panoramowania, system optyczny kompensuje drgania.
Jakiego rodzaju optyki używa się do tej magii? Rzeczywiście bardzo interesujące, jak pryzmaty squishy — znane również jako pryzmaty o zmiennym zakręcie lub pryzmaty aktywne. Squishy pryzmaty to najfajniejsze gadżety od elastycznych płytek drukowanych (podstawa nowoczesnych kamer). Miękki pryzmat składa się z dwóch szklanych płytek z krzemem klasy optycznej pomiędzy nimi. Aby zapobiec wyciekaniu krzemu, płytki są połączone harmonijkowym mieszkiem.
Gdy dwie płyty są równoległe, obraz przechodzi prosto. Ale jeśli ściśniesz którąkolwiek z czterech stron mechanizmu, stanie się pryzmatem. Lekkie ściśnięcie na dole wysyła światło na górę, korygując pionowe drgania aparatu.
Obiektyw ma wbudowaną parę maleńkich żyroskopów, które wykrywają drgania. Kiedy kamera się porusza, te żyroskopy wysyłają sygnały do chipa komputerowego, który ustala, jak to zrekompensować. Komputer z kolei wysyła sygnał do stabilizatora optycznego, nakazując mu ścisnąć boki pryzmatu, aby sterować obrazem.
Firma Canon była pionierem stabilizacji optycznej w latach 80., ale teraz udziela licencji innym producentom, takim jak Sony.
Elektroniczna stabilizacja
Elektroniczna stabilizacja obrazu (lub EIS) działa na zupełnie innych zasadach. Dzisiejsze kamkordery wykorzystują CCD (Charge-Coupled Device), czyli siatkę czujników światła umieszczonych na płaszczyźnie ogniskowej obiektywu. Jest to mały cud techniki, mniejszy niż znaczek pocztowy, który zamienia światło na impulsy elektryczne, które tworzą sygnał wideo. To jeden z powodów, dla których kamkordery stały się mniejsze i lżejsze:małe przetworniki CCD zastąpiły nieporęczną rurkę vidicon.
Możesz przetworzyć sygnał z CCD za pomocą komputera. To zamienia stabilizację obrazu w problem programistyczny.
Najpierw musisz zapisać ramkę do porównania. To wymaga pamięci RAM, termin komputerowy dla pamięci. Teraz podziel obraz na kawałki, powiedzmy siatkę dwa na dwa. Porównaj fragment bieżącej klatki z fragmentem poprzedniej klatki. Komputer przesuwa stary obraz i sprawdza, czy pasuje. Po znalezieniu odpowiedniego dopasowania rejestruje odległość przesuwania w poziomie i w pionie dla tego fragmentu ekranu.
Po przeanalizowaniu każdego fragmentu w ten sposób komputer zestawia dane. Jeśli wszystkie dopasowania są dobre i są w tym samym kierunku, są szanse, że przesuniesz kamerę. Z drugiej strony, jeśli dopasowanie jest złe lub kawałki poruszają się w różnych kierunkach, prawdopodobną przyczyną jest poruszający się obiekt.
Jeśli to tylko poruszający się obiekt, nie chcesz kompensować. Ale jeśli jest to cały ekran, możesz to zrekompensować, przesuwając bieżący obraz w kierunku przeciwnym do ruchu.
Ta technika wykonuje całkiem dobrą robotę, ale może mieć pewne dziwactwa. Na przykład, jeśli przybliżysz odbijającą się piłkę plażową, niektóre stabilizatory będą podążać za piłką — ponieważ zajmuje ona tak dużo miejsca na ekranie, że wygląda to jak ruch kamery. Po odtworzeniu filmu wygląda na to, że w tle znajduje się nieruchoma kula, a świat podskakuje w górę iw dół.
Nowsze elektroniczne stabilizatory obrazu wykorzystują ruch kamery, a nie ruch obrazu, aby skorygować drgania. Urządzenia te działają lepiej w sytuacjach takich jak odbijająca się piłka plażowa. Podobnie jak systemy optyczne, wykorzystują miniaturowe żyroskopy w obiektywie do wykrywania ruchu.
To świetnie; teraz wiemy, jak wykrywać i korygować ruchy kamery. Ale kiedy przesuniesz obraz w górę, czy nie będziesz mieć czarnej przestrzeni na dole ekranu? Nie, jeśli używasz pozaekranowej części obrazu i właśnie tam stabilizacja elektroniczna staje się trudna.
Aby mieć obszar poza ekranem, musisz mieć większy CCD lub użyć mniejszego okna w zwykłym CCD.
Niektóre starsze kamkordery są wyposażone w przetworniki CCD o niskiej rozdzielczości, a stabilizacja elektroniczna jeszcze bardziej poprawia jakość obrazu. Aby przesunąć obraz, systemy te musiały wziąć mniejszy prostokąt, a następnie powiększyć go, aby zmieścił się na całym ekranie. To pogarsza jakość obrazu. To jest ten sam problem, co zoom cyfrowy. Same elementy obrazu są powiększane, a jakość obrazu spada.
Wiele nowoczesnych chipów zapewnia rozdzielczość przewyższającą standardy NTSC. Możesz uzyskać doskonałą jakość wideo z mniej niż 400 000 pikseli na CCD. Jeśli kamera ma więcej pikseli, istnieje duże prawdopodobieństwo, że poradzi sobie z elektroniczną stabilizacją bez pogorszenia jakości obrazu. Po prostu przesuwa prostokąt wokół CCD, aby śledzić akcję. Prostokąt reprezentuje pełny obraz wideo, więc nie ma potrzeby powiększania go.
Stabilizacja komputera (przetwarzanie końcowe)
Niedawno pojawił się nowy pretendent do stabilizacji obrazu. Komputery stały się całkiem dobre w analizowaniu obrazów. Mogą skanować scenę i wybierać przedmioty. Po rozpoznaniu obiektu można go śledzić. Śledząc obiekty w polu widzenia, komputer może kompensować wszelkiego rodzaju drgania, z którymi nie poradzi sobie żadna inna metoda.
Ta technologia jest wciąż na etapie badań. Szybki komputer stacjonarny potrzebuje więcej niż 30 sekund na obliczenie i śledzenie obiektów, więc nie można tego jeszcze zrobić w locie. Możesz jednak przesłać film do komputera i przetworzyć go w celu usunięcia wstrząsów.
Wygląda na to, że komputery podwajają moc co osiemnaście miesięcy. Za kilka lat możesz mieć odpowiednik dzisiejszego superkomputera w kamerze wielkości kciuka. Będziesz mógł przyłożyć go do ucha jak ołówek i biegać, podczas gdy komputer będzie utrzymywał stabilny i wyraźny obraz.
Tylko jeden problem
Jeden problem, w mniejszym lub większym stopniu, mają wszystkie stabilizatory obrazu. Skoro mechanizmy działają poprzez wykrywanie ruchu kamery i korygowanie go, jak celowo poruszasz kamerą? Jeśli zaczniesz się przesuwać, czy stabilizator nie będzie próbował to zrekompensować? Krótka odpowiedź brzmi:tak.
Gdy tylko zaczniesz przechylać lub przesuwać, zauważysz, że wizjer opóźnia akcję. Stabilizator próbuje powstrzymać to, co uważa za duże wstrząsy.
Elektroniczny stabilizator spróbuje zatrzymać ruch, ale szybko wyjdzie poza obszar ekranu. W tym momencie spróbuje z wdziękiem nadrobić zaległości, ale niektóre systemy działają lepiej niż inne. We wczesnych systemach możesz zauważyć skok, gdy stabilizator rezygnuje z prób śledzenia ruchu kamery i po prostu zaczyna od nowa.
Stabilizatory optyczne działają trochę lepiej, ponieważ pryzmat może działać tylko w wąskim zakresie kątów (aby uniknąć tęczy). Więc kiedy poruszasz kamerą, ustawia pryzmat na maksimum. W tym momencie patelnia jest kontynuowana, jakby nic się nie stało.
Zazwyczaj ten efekt jest bardziej niepokojący dla filmowca niż dla widza. Operator kamery wie, że ekran podglądu opóźnia się w stosunku do rzeczywistego ruchu, ale widz nie ma rzeczywistego świata, który mógłby go zmylić — wynikowy film wygląda dobrze.
Nowe systemy używają bardziej zaawansowanego oprogramowania, aby zminimalizować ten efekt. Próbują odróżnić panoramę od poruszenia kamery, mierząc wielkość ruchu. Jeśli ruch jest duży, zakłada, że pan jest przeznaczony. Stabilizacja jest zarezerwowana dla mniejszych ruchów. Mimo to, w przypadku niektórych kamer, możesz chcieć wyłączyć stabilizację, gdy musisz panoramować.
Strzelaj
Zarówno stabilizacja optyczna, jak i elektroniczna to cud techniki. Są w stanie wykryć wstrząsy, a następnie je skompensować sześćdziesiąt razy na sekundę.
Jakie więc rozwiązanie jest dla Ciebie najlepsze? Elektroniczna czy optyczna? Cóż, to zależy od tego, co chcesz robić i ile masz pieniędzy.
Stabilizacja optyczna nie ma problemu z rozdzielczością. Obraz został przeniesiony na CCD, więc dostępna jest pełna rozdzielczość. Ale zwykle waży i kosztuje więcej. A ponieważ w rozwiązaniu optycznym znajdują się ruchome części, może ono zassać więcej energii niż stabilizacja elektroniczna.
Elektroniczna stabilizacja jest stosunkowo prosta, tania i lekka. A nowoczesne nie poświęcają rozdzielczości, gdy się włączają. W przypadku stabilizatorów elektronicznych najważniejszym kryterium może być program komputerowy, który nadzoruje cały proces.
Jak w przypadku każdego algorytmu komputerowego, istnieje tyle sposobów podejścia do problemu, ilu jest programistów. Powinieneś poeksperymentować ze swoim stabilizatorem, aby zobaczyć, jak radzi sobie w różnych sytuacjach. Właściwie powinieneś nagrać wideo do testu, ponieważ nie zawsze łatwo jest dostrzec różnicę patrząc przez wizjer — twój mózg wciąż kompensuje ruch i maskuje efekt.
Podsumowanie:każdy rodzaj stabilizacji obrazu może radykalnie poprawić jakość Twoich filmów. Najnowsza partia kamkorderów zawiera oprogramowanie trzeciej lub czwartej generacji i stanowi znaczną poprawę w porównaniu z poprzednimi generacjami. Podczas gdy systemy optyczne były wyraźnym zwycięzcą rok temu, teraz systemy elektroniczne osiągnęły z nimi równorzędność. Jeśli szukasz nowej kamery, możesz liczyć na stabilizatory obrazu, które zapewnią Ci niesamowite rezultaty — niezależnie od tego, czy magia jest optyczna, czy elektroniczna.
I możesz zachować Dramamine™ na następną przejażdżkę łodzią.