Каква е разликата между оптична и цифрова стабилизация на изображението?

Ако някога сте се опитвали да заснемете видео на телефона си по време на ходене, знаете, че запазването на изображението все още е трудно. Има някаква чиста технология, предназначена да намали този нестабилен ефект, и има два различни подхода за неговото прилагане.

Оптичната стабилизация на изображението идва от света на неподвижната фотография, като се използват сложни хардуерни механизми вътре в обектива, за да се запази изображението и да се позволи рязко заснемане. Той е бил от дълго време, но е адаптиран за видео и наскоро миниатюризиран за смартфони. Цифровата стабилизация на изображението е по-скоро софтуерен трик, подобно на „цифрово увеличение“, но в обратна посока, като активно избира правилната част от изображението на датчика, за да изглежда, че обектът и камерата се движат по-малко. Нека разгледаме как работят и двете и как се прилагат в най-новите притурки за фотография.

Оптична стабилизация на изображението: стабилизатор за обектива

How-To Geek вече има статия, обясняваща как работи оптичната стабилизация на изображението. Но за по-голяма пълнота ще обобщим: оптична стабилизация на изображението, наричана OIS за къса и наречена "IS" или "намаляване на вибрациите" (VR, без връзка с виртуалната реалност) в зависимост от марката на камерата, всичко за хардуера.

Обективът на камерата с оптична стабилизация на изображението има вътрешен двигател, който физически премества един или повече от стъклените елементи вътре в обектива, докато камерата фокусира и записва снимката. Това води до стабилизиращ ефект, като противодейства на движението на обектива и камерата (например от разклащане на ръцете на оператора) и позволява записването на по-рязко и по-малко замъглено изображение. Това, от своя страна, позволява снимките да се правят при по-ниска осветеност или с по-ниска F-stop стойност, докато все още са добре дефинирани.

Инженерството, което влиза в тези неща, е невероятно. Това е супер-малка версия на външен хардуер, като многоосните карданни, използвани в системи като Steadicam - тези големи рамена, монтирани на раменете, които може да сте виждали по време на спортни събития или филмови комплекти. Резултатите от стабилизационната система в лещите или в камерата не са толкова драматични, колкото тези, които получавате от външни жироскопични стабилизатори, но те все още са доста впечатляващи. Камера с обектив с оптична стабилизация на изображението може да заснема по-ясни неподвижни изображения при по-ниски нива на осветеност от една без, и същата технология може да се използва за създаване на леко подобрение на размазания, нестабилен ефект на записване на видео на ръчна камера. Големият недостатък е, че оптичната стабилизация на изображението изисква много допълнителни компоненти в обектива, а оборудваните с OIS камери и обективи са много по-скъпи от по-малко сложните..

Оптичната стабилизация на изображението е била ограничена до висок клас видеокамери и видеокамери. Но технологията се повтаря достатъчно, за да можете да я получите в DSLR на потребителско ниво и беззеркални камери сега. Той дори е намален, така че обективът на OIS може да се вмести в модула на камерата на смартфона. Да, това означава, че в някои смартфони, които са с дебелина под половин инч, има малък стъклопакет. Ако телефонът ви има OIS обектив, можете да държите горния край до ухото си, да го разклащате малко и дори да чуете стабилизиращия елемент, който се движи в модула на задната камера. (Но не правете това твърде трудно.)

Ето един пример за малкия OIS елемент на модул за камера на телефона. Обърнете внимание как горната част на обектива може да се движи независимо от сензора за изображение под него.

С много по-малки обективи и сензори, функцията OIS на телефоните не е толкова способна, колкото е на по-големите камери. Но все пак ви помага да правите по-ясни снимки и по-малко треперещи видеоклипове. Някои забележителни дизайни на телефони с оптична стабилизация на изображението включват iPhone 6+ и по-късно, Samsung Galaxy S7 и по-късно, LG G-серията и Google Pixel 2.

Ръчно стабилизиране на изображението: изрязване на видеоклип за стабилизиране

Цифровата стабилизация на изображението се извършва в софтуер. Ако сте запознати с разликата между оптичното мащабиране и цифровото увеличение (т.е. раздухването на пикселите на изображението, без да се подобрява), то е подобно. Но цифровата стабилизация има много по-непосредствен и измерим ефект върху видеото.

За да стабилизирате нестабилното предварително записано видео, можете да изрежете секциите на границите, които се движат около всеки кадър, което води до по-стабилно видео. Това е оптична илюзия: докато видеото се разклаща наоколо, изрязването на всеки кадър от изображението се коригира, за да компенсира разклащането, а вие “виждате” плавния път на видеото. Това изисква или увеличаване на рамката на изображението (и жертване на качеството на изображението), или мащабиране на самата рамка (което води до по-малко изображение с черни граници, които се движат).

Видеоредакторите на пациента могат да направят това ръчно с завършен запис, кадър по кадър. Ето един драматичен пример за кратък кадър от Епизод VII на Междузвездни войни.

Това е преувеличен пример за изрязване за стабилизиращ ефект, но показва как преместването на изображението около видео кадъра спрямо обекта (кораба) или фона може да доведе до по-гладко видео. Ето колекция от по-типични примери с реални теми.

Цифрова стабилизация на изображението: Софтуер за изрязване на видео за вас

С добавянето на съвременен софтуер, компютрите могат да прилагат тази техника за изрязване и преместване автоматично на видео. Софтуерът за редактиране на видеоклипове като Adobe Premiere, Final Cut Pro и Sony Vegas могат да направят това, като като цяло постигат ефекта чрез изрязване или увеличаване на мащабно видео с пълен размер и динамично стабилизиране на кадъра по кадър. Ето пример за ефект на автоматична стабилизация на видеоклип, изпълнен в Final Cut Pro (прескочи на 3:34, ако не е зададен вече).

Също като оптичната стабилизация на изображението, този софтуер за последваща обработка става по-евтин и по-разпространен. Възможно е дори да се използва основна стабилизация на мащаба и култури, вградена в някои безплатни видео услуги, като YouTube и Instagram. Има ограничение за това колко може да се приложи този ефект, тъй като той трябва да увеличи мащаба, за да компенсира разклащането на камерата, без да показва черни области на ръба на видеокадъра. Колкото повече увеличавате, толкова по-ниско ще бъде качеството на крайното видео. Отбележете, че следният видео кадър на стабилизирания материал (отгоре) е по-малък от пълния кадър на оригиналния нестабилизиран видеоклип (отдолу), дължащ се на културата, необходима за стабилизиращия ефект..

Така стабилизацията на изображението може да се приложи към съществуващ видеоклип. Сега комбинирайте тази техника за стабилизиране на движението и изрязването, малко повече място в пикселната мрежа на сензора на фотоапарата, когато снимате видео, и супер-напреднал софтуер, който открива части от изображението и тяхното движение, и можете да направите стабилизирането автоматично, точно докато се записва видеоклипът! Този софтуер записва цялото изображение на сензора на камерата за всеки кадър, автоматично разпознава как камерата се тресе по отношение на основния обект и фона и изрязва видеото с размер до 4K или 1080p, докато движи изображението, за да компенсира движението на самата камера.

Това означава, че „цифровата стабилизация на изображението“ означава: прилагане на инструменти за изрязване на видео, автоматично и незабавно във фотоапарата, без необходимостта от допълнителен софтуер след записването на видеото.

Тази технология не се нуждае от допълнителни движещи се части в механизма на обектива, което го прави по-евтин за производство. Това не е толкова технически ефективно като оптично стабилизиран обектив, защото се нуждаете от по-напреднали компютъризирани обработки, за да приложите инструментите за отглеждане в реално време. Но с правилната комбинация от хардуер и софтуер, ефектите могат да бъдат драматични. Ето видеоклип с най-новите техники за стабилизиране на цифрови изображения в новата серия GoPro 7.

Имайте предвид, че GoPro 7, както и неговите предшественици, нямат движещи се стабилизиращи части в самата камера, а видеото по-горе не е стабилизирано с допълнителен софтуер като Premiere или Final Cut. Всичко това е направено директно от камерата, а изрязването се прилага автоматично, за да компенсира треперенето и вибрациите. Това не е перфектно - не е достатъчно, за да премахнете напълно шейка от велосипед, който се спуска по стълбище, и поставя около 10% култура върху видео кадъра. Но това е впечатляващо подобрение в сравнение с нестабилизирана камера, без разходите или времето, необходимо за OIS или само стабилизиране на софтуера. GoPro има вградена цифрова стабилизация на изображението от серията Hero 5 и е достъпна и за други екшън камери.

Цифрова стабилизация на изображението може да се приложи и за видео на телефони. Google използваше само софтуерна система на оригиналния Pixel (наричана „EIS“ за „електронна стабилизация на изображението“), а сега повечето телефони от висок клас имат поне някакво ниво на цифрова стабилизация, приложено изрично или не. Samsung отбелязва, че Galaxy Note 8, Galaxy S9 и Galaxy S9 + са оптични и едновременно се използва цифрова стабилизация на изображението. Но има един голям недостатък на стабилизирането на цифровите изображения: за разлика от оптичната стабилизационна система, той не може да бъде приложен към неподвижни изображения. Тъй като дигиталната стабилизация на изображението разчита на изрязване на поредица от неподвижни видеокадри, тя просто не работи само по една.

Кредит за изображения: Canon, GoPro