Jaka jest różnica między optyczną i cyfrową stabilizacją obrazu?

Jeśli kiedykolwiek próbowałeś nagrywać wideo na telefonie podczas chodzenia, wiesz, że utrzymywanie obrazu nadal jest trudne. Istnieje pewna schludna technologia zaprojektowana w celu zmniejszenia efektu chwiejnej krzywki i istnieją dwa różne podejścia do jej realizacji.

Optyczna stabilizacja obrazu pochodzi ze świata fotografii, wykorzystując skomplikowane mechanizmy sprzętowe wewnątrz obiektywu, aby utrzymać nieruchomy obraz i umożliwić ostre przechwytywanie. Już od dłuższego czasu jest przystosowany do wideo, a ostatnio zminiaturyzowany pod kątem smartfonów. Cyfrowa stabilizacja obrazu to raczej sztuczka programowa, np. "Zoom cyfrowy", ale odwrotnie, aktywnie wybierający prawidłową część obrazu na czujniku, aby wyglądał jak obiekt, a kamera porusza się mniej. Rzućmy okiem na to, jak działają obie z nich i jak są one stosowane w najnowszych gadżetach fotograficznych.

Optyczna stabilizacja obrazu: stabilizator do soczewek

How-To Geek ma już artykuł wyjaśniający, jak działa optyczna stabilizacja obrazu. Ale dla kompletności podsumujemy: optyczna stabilizacja obrazu, określana skrótowo jako OIS i nazywana również "IS" lub "redukcja wibracji" (VR, brak związku z rzeczywistością wirtualną) w zależności od marki aparatu, jest wszystko o sprzęcie.

Obiektyw aparatu z optyczną stabilizacją obrazu ma wewnętrzny silnik, który fizycznie przesuwa jeden lub więcej szklanych elementów wewnątrz obiektywu, gdy aparat ustawia ostrość i rejestruje ujęcie. Skutkuje to efektem stabilizującym, przeciwdziałającym ruchem obiektywu i aparatu (na przykład z drgania rąk operatora) i umożliwia rejestrowanie ostrzejszego, mniej rozmytego obrazu. To z kolei umożliwia robienie zdjęć przy słabym oświetleniu lub przy niższej wartości zatrzymania F, mimo że są dobrze zdefiniowane.

Inżynieria, która pasuje do tych rzeczy, jest niesamowita. Jest to bardzo mała wersja zewnętrznego sprzętu, takiego jak wieloosiowe gimbały stosowane w systemach takich jak Steadicam - te duże aparaty na ramiona, które można było oglądać na imprezach sportowych lub w zestawach filmowych. Wyniki z systemu stabilizacji w obiektywie lub w aparacie nie są tak dramatyczne, jak te uzyskiwane z zewnętrznych stabilizatorów żyroskopowych, ale wciąż są imponujące. Kamera z obiektywem z optyczną stabilizacją obrazu może uchwycić wyraźniejsze obrazy przy niższych poziomach oświetlenia niż w przypadku bez tej samej, a ta sama technologia może zostać użyta do stworzenia lekkiego polepszenia rozmytego, chwiejnego efektu nagrywania wideo w ręcznej kamerze. Dużą wadą jest to, że optyczna stabilizacja obrazu wymaga wielu dodatkowych elementów w obiektywie, a aparaty i obiektywy wyposażone w OIS są znacznie droższe niż projekty mniej złożone.

Optyczna stabilizacja obrazu była ograniczona do wysokiej klasy aparatów fotograficznych i kamer wideo. Technologia została jednak wystarczająco powtórzona, abyś mógł ją teraz uzyskać w lustrzankach i lustrzankach na poziomie konsumenckim. Został nawet skrócony, dzięki czemu obiektyw OIS może zmieścić się w module aparatu smartphone. Tak, to oznacza, że ​​w niektórych smartfonach ma mniej niż pół cala grubości, poruszający się szklany element. Jeśli Twój telefon ma soczewkę OIS, możesz przytrzymać górny koniec do ucha, wstrząsnąć nim trochę, a nawet usłyszeć, jak element stabilizujący grzechota w tylnym module kamery. (Hmm, nie rób tego zbyt mocno.)

Oto przykład małego elementu OIS modułu aparatu telefonicznego. Zwróć uwagę, jak górna część zespołu soczewki może się poruszać niezależnie od czujnika obrazu znajdującego się poniżej.

Przy znacznie mniejszych soczewkach i czujnikach funkcja OIS na telefonach nie jest tak wydajna, jak w przypadku większych aparatów. Ale nadal pomaga ci robić wyraźniejsze zdjęcia i mniej drżące wideo. Niektóre godne uwagi projekty telefonów z optyczną stabilizacją obrazu to iPhone 6+ i nowsze, Samsung Galaxy S7 i nowsze, LG G-series oraz Google Pixel 2.

Ręczna stabilizacja obrazu: przycinanie wideo w celu stabilizacji obrazu

Cyfrowa stabilizacja obrazu odbywa się w oprogramowaniu. Jeśli znasz różnicę między zoomem optycznym i zoomem cyfrowym (tj. Wysadzenie pikseli obrazu bez poprawy), jest podobnie. Ale cyfrowa stabilizacja ma o wiele bardziej bezpośredni i wymierny wpływ na wideo.

Aby ustabilizować wstrząsany wcześniej nagrany materiał wideo, możesz wyciąć sekcje na obramowaniach, które "poruszają się" po każdej klatce, co powoduje, że film wygląda bardziej stabilnie. Jest to złudzenie optyczne: podczas gdy wideo się trzęsie, kadr każdej klatki obrazu jest dostosowywany w celu kompensacji drgań i "widzisz" płynną ścieżkę wideo. Wymaga to albo powiększenia ramki obrazu (i rezygnacji z jakości obrazu) albo pomniejszenia samej ramki (w wyniku czego powstaje mniejszy obraz z czarnymi ramkami, które się poruszają).

Edytory wideo dla pacjentów mogą to zrobić ręcznie po zakończeniu nagrywania, klatka po klatce. Oto dramatyczny przykład krótkiego ujęcia z VII odcinka Gwiezdnych wojen.

Jest to wyolbrzymiony przykład przycinania w celu uzyskania efektu stabilizacji, ale pokazuje, w jaki sposób przesuwanie obrazu wokół ramki wideo w stosunku do obiektu (statku) lub tła może skutkować bardziej płynnym wyświetlaniem wideo. Oto zbiór bardziej typowych przykładów z rzeczywistymi przedmiotami.

Cyfrowa stabilizacja obrazu: Oprogramowanie przycinające wideo dla Ciebie

Dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu komputery mogą automatycznie stosować tę technikę kadrowania i przenoszenia. Oprogramowanie do edycji wideo, takie jak Adobe Premiere, Final Cut Pro i Sony Vegas, może to zrobić, generalnie uzyskując efekt poprzez przycięcie lub powiększenie pełnowymiarowego wideo w niewielkiej ilości i dynamicznie stabilizując go klatka po klatce. Oto przykład automatycznego efektu stabilizacji na wideo, wykonanego w Final Cut Pro (przejdź do 3:34, jeśli nie jest już ustawiony).

Podobnie jak optyczna stabilizacja obrazu, to oprogramowanie do przetwarzania końcowego staje się coraz tańsze i bardziej rozproszone. Można nawet korzystać z podstawowej stabilizacji powiększania i przycinania wbudowanej w niektóre bezpłatne usługi wideo, takie jak YouTube i Instagram. Istnieje granica wpływu tego efektu, ponieważ musi on zostać powiększony, aby zrekompensować drgania aparatu bez pokazywania czarnych obszarów na krawędzi ramki wideo. Im więcej powiększysz, tym niższa będzie jakość końcowego filmu wideo. Zwróć uwagę, że poniższe wideo w ramce stabilizowanego materiału (u góry) jest mniejsze niż pełna klatka pierwotnego niestabilizowanego wideo (u dołu) z powodu uprawy koniecznej do uzyskania efektu stabilizacji.

W ten sposób można zastosować stabilizację obrazu do istniejącego wideo. Teraz połącz technikę stabilizacji z przesunięciem i przycięciem, trochę dodatkowego miejsca na matrycy pikseli aparatu fotograficznego podczas robienia filmów, i super zaawansowane oprogramowanie, które wykrywa części obrazu i ich ruch, i możesz zrobić stabilizację automatycznie, dokładnie tak, jak nagrywany jest film! To oprogramowanie rejestruje cały obraz na czujniku aparatu dla każdej klatki, automatycznie wykrywa, jak kamera się trzęsie w stosunku do głównego obiektu i tła, i przycina wideo do rozmiaru 4K lub 1080p podczas przesuwania obrazu, aby zrekompensować ruch sama kamera.

Oto, co oznacza "cyfrowa stabilizacja obrazu": stosowanie narzędzi przycinania do wideo, automatycznie i natychmiastowo w aparacie, bez potrzeby dodatkowego oprogramowania po nagraniu wideo.

Ta technologia nie wymaga żadnych dodatkowych ruchomych części w mechanizmie soczewki, dzięki czemu jest tańsza w produkcji. Nie jest tak sprawna technicznie, jak soczewka optycznie stabilizowana, ponieważ potrzebujesz bardziej zaawansowanego skomputeryzowanego przetwarzania, aby zastosować narzędzia do przycinania w czasie rzeczywistym. Ale dzięki odpowiedniej kombinacji sprzętu i oprogramowania efekty mogą być dramatyczne. Oto wideo najnowszych technik cyfrowej stabilizacji obrazu w nowej serii GoPro 7.

Zwróć uwagę, że GoPro 7, podobnie jak jego poprzednicy, nie ma ruchomych części stabilizujących w samym aparacie, a wideo powyżej nie zostało ustabilizowane za pomocą dodatkowego oprogramowania, takiego jak Premiere lub Final Cut. Całe to wideo jest pobierane bezpośrednio z kamery, a przycinanie jest stosowane automatycznie, aby zrekompensować drgania i wibracje. Nie jest doskonały - nie wystarczy całkowicie usunąć wstrząs z roweru schodzącego ze schodów, a to powoduje 10% przycięcie na ramie wideo. Jest to imponująca poprawa w stosunku do niestabilizowanego aparatu, bez kosztów i czasu potrzebnego do stabilizacji OIS lub oprogramowania. GoPro ma wbudowaną cyfrową stabilizację obrazu od serii Hero 5 i jest dostępna również w innych kamerach akcji.

Stabilizację obrazu cyfrowego można również zastosować do wideo na telefonach. Google użył systemu opartego wyłącznie na oprogramowaniu na oryginalnym Pixelu (określanym jako "EIS" dla "elektronicznej stabilizacji obrazu"), a obecnie większość telefonów z wyższej półki ma co najmniej pewien poziom cyfrowej stabilizacji zastosowany, wyraźnie lub nie. Samsung zauważa, że ​​na Galaxy Note 8, Galaxy S9 i Galaxy S9 +, oba optyczne i w tym samym czasie używana jest cyfrowa stabilizacja obrazu. Ale istnieje jedna wielka wadą cyfrowej stabilizacji obrazu: w przeciwieństwie do systemu stabilizacji optycznej nie można go zastosować do nieruchomych obrazów. Ponieważ cyfrowa stabilizacja obrazu polega na przycięciu serii nieruchomych klatek wideo, po prostu nie działa ona pojedynczo.

Image credit: Canon, GoPro