Az akciókamera stabilizálása egyetlen lineáris utat sem követett. Az elmúlt évtizedben három különböző megközelítés létezett és versengett egymással, és mindegyik másként oldotta meg a problémát.

Mechanikus gimbalok (2013–2018-as csúcs). Három-tengely kefenélküli motor kardánok fizikailag ellen-forgassa el a kamera vázát a mozgás megszakításához. Gyönyörűen dolgoznak —nulla kivágás,nulla képromlás — súly, tömeg, energiafogyasztás és mechanikai törékenység árán. Egy gimbal-felszerelt akcióberendezés súlya 300–600 gramm a 80-hoz képest–120 gramm egy önálló fényképezőgéphez.

2. ábra: Egy három-tengelyes kardántengely független kefenélküli motorokat használ az elforduláshoz (alap forgása), hangmagasság (oldaldőlés), és tekercs (hordó forgása). A kameratest mindhárom tengely metszéspontjában van felfüggesztve. Amikor a felhasználó keze remeg, a motorok ellentmondanak-forgassa el valós időben, hogy a kamera vízszintben maradjon — mozit szállítani-fokozatú stabilitásnulla képromlás mellett, jelentős súly és mechanikai bonyolultság árán.

Optikai képstabilizátor — OIS (2015–jelen). Hangvezérelt lebegő lencsetag-tekercsmotorok vagy MEMS működtetők, fizikailag eltolódnak a kis szögelmozdulások kompenzálására. Az OIS talán javítja az 1-et–2 fokos rázás — hasznos kézremegés és finom platformrezgés esetén, denem megfelelő motorsportok vagy lesiklás heves mozgásaihoz. A legtöbb modern akciókamera az OIS-t az elektronikus stabilizálás kiegészítéseként használja,nem helyettesíti.

 [ ÁBRA — Hogyan optikai képstabilizálás (OIS) működik ]

3. ábra: Az OIS zárt visszacsatolási hurkon működik. A giroszkóp chip érzékeli a szögrezgéseket, és korrekciós jeleket küld a hangnak-tekercs motorok (VCM-ek) egyetlen lebegő lencsetag mellett. A VCM-ek oldalirányban tolják el a lencsét, hogy a fény útját visszairányítsák az érzékelő közepére — javítás 1-2 fokos rázás termésbüntetésnélkül. A lebegő elem korlátozott mozgási tartománya azonban azt jelenti, hogy az OIS önmagábannem tudja kezelni az erőszakos, multi-akciósportok tengelymozgása.

Elektronikus képstabilizátor — EIS (2018–jelenlévő, domináns). Nincsenek mozgó alkatrészek. A kamera giroszkóp és gyorsulásmérő adatokat használ — mintavétel 200-nál–1000 Hz — hogy minden képkockához leképezze a kameraváz pontos tájolását. A képjel-feldolgozó ezután valamivelnagyobb érzékelőterületre vág, és digitálisan eltolja, elforgatja és vetemíti az egyes képkockákat a mért mozgás törléséhez. Ez a technológia a GoPro HyperSmooth, a DJI RockSteady és minden zászlóshajó akciókamerája mögött 2018 óta.

 [ ÁBRA — Hogyan elektronikus képstabilizálás (EIS) működik ]

4. ábra: Az EIS kettőre támaszkodik-színpadi adatcsővezetéknulla mozgó alkatrészrel. Első szakasz (balra): giroszkóp, gyorsulásmérő és képérzékelő adatfolyam az ISP-be 200-on–1000 Hz. Az internetszolgáltató egyetlen lépésben végrehajtja a mozgásbecslést, a vetemedés-transzformációt és a redőny-korrekciót. Második szakasz (igaz): az internetszolgáltató levágja az érzékelő teljes kijelzését (például 48 MP) egészen a kimeneti felbontásig (például 4K / 8,3 MP), az extra szenzorterületet stabilizáló fejtérként használva. A stabilizált keret geometriailag tökéletes — de 5–15% az érzékelő területét a folyamat során el kell dobni.

1. ábra: Az akciókamera stabilizálásának három megközelítése összehasonlítva öt teljesítménydimenzióval. Az EIS uralja a modern zászlóshajókat, mert közel szállít-kardán stabilitás a súly, a méret és az energiaköltség töredékéért — bár terméssel jár-tényező kereskedelem-le, hogy a gimbalok teljesen elkerüljék. A következő oldalakon található három elvi diagram bemutatja az egyes megközelítések mögött meghúzódó fizikai mechanizmusokat.

A modern EIS varázsa egy olyan csővezetékben történik, amely másodpercenként 30 vagy 60 alkalommal fut. Íme, mi történik abban a pillanatban, amikor a fény eléri az érzékelőt, és a pillanat között, amikor egy stabilizált keretet írnak az SD-kártyára.

1. lépés: Giroszkópos mintavétel. A MEMS giroszkóp három tengelyen méri a szögsebességet 200-nál–1000 Hz. Ez azt jelenti, hogy a kamera pontosan tudja a forgási pozícióját — pitch, yaw, and roll — hogy al-fokos pontossággal, sokkal gyorsabban, mint a videó képkockasebessége. A giroszkóp adatfolyama az idő-szinkronizálva a képérzékelő redőny kijelzésével, így minden pixelsor pontos tájolással társítható.

2. lépés: Mozgási pálya kiszámítása. Az internetszolgáltató kiszámítja a kamera mozgási pályáját minden egyes képkockás expozíció időtartama alatt. Ez a lépés számításigényes, mivel a redőnyérzékelők sorról sorra teszik ki a képpontokat — a képkocka alja valamivel később kerül rögzítésre, mint a teteje, és gyors mozgás közben ez az időeltérés geometriai torzulást jelent, amelyet az algoritmusnak is korrigálnia kell.

3. lépés: Vetítés és körbevágás. A mozgáspályát használva az ISP perspektíva vetemítést alkalmaz a teljes szenzorképre — váltás, forgatás és de-minden pixelt elferdít — így a kimeneti keret úgy tűnik, mintha a fényképezőgép tökéletesen mozdulatlan lett volna az exponálás során. Mivel a vetemítés a szélektől a középpont felé húzza a képpontokat, a kimeneti keret a teljes érzékelő kiolvasásának kivágása. A tipikus termesztési tényezők 5-től terjednek% enyhe körülmények között 15-ig% extrém mozgásban — éppen ezért a stabilizálás általában agresszívebb széles-szög módok, amelyek extra látómezővel kezdődnek.

4. lépés: Redőny korrekció. A gyors vízszintes mozgás és a redőny kiolvasása jellegzetes „zselé” ferde hatást hoz létre. A modern EIS-csővezetékek ezt egy per-sor geometriai transzformáció, hatékonyan kiegyenesíti a függőleges vonalakat, amelyek egyébként ferdének tűnnének.

Az EIS egy szoftver-hajtott, de az alatta lévő hardver határozza meg a mennyezetét. Három összetevő kritikus.

A giroszkóp minősége és mintavételi aránya. Fogyasztó-fokozatú MEMS giroszkópok jellemzően 200 Hz-en vesznek mintát. Magas-az akciókamerák 400-at használnak–1000 Hz-es giroszkópok alacsonyabb zajszinttel, pontosabb mozgásbecslést tesznek lehetővénagy sebességnél. Ez az egyetlen komponens, amely a legközvetlenebbül korrelál a stabilizációs minőséggel.

Vágja be a magasságot — érzékelő felbontása és látómezeje. Az EIS levágással stabilizálódik. A 12-megapixeles érzékelővel 4K videót készít (8,3 MP)nagyjából 30 van benne% tartalék pixelek a stabilizáló kivágáshoz, mielőtt a felbontás 4K alá csökkenne. A 48-A megapixeles szenzoros felvételek 4K-ban óriási mozgástérrel rendelkeznek — ami miatt magasabb-A megapixeles érzékelők agresszívabb EIS-t tesznek lehetővé látható felbontásvesztésnélkül.

ISP feldolgozási teljesítmény. Minden képkockát valós időben, 30 vagy 60 képkocka\/másodperc sebességgel geometriailag torzítani kell. Ehhez egy alkalmas ISP-re van szükség dedikált warp engine hardverrel,nem pedig általánosra-célú CPU. Az olyan lapkakészletek, mint az Ambarella's H22 és a Novatek's NT96683, kifejezetten az EIS-csővezetékekhez tervezett hardveres vetemedés blokkokat tartalmaznak.

5. ábra: Az alapvető kereskedelem-kikapcsolva az elektronikus képstabilizátorban. Agresszívabb stabilizálás (alacsonyabb mozgási elmosódás, egyenletesebb felvételek) több vágást igényel — ami szűkíti a látómezőt. A legtöbb akciós felhasználási eset édes pontja 5 között van% és 10% termés, ahol a stabilizáció minősége jelentősen javul minimális FOV-büntetés mellett. 12-en túl–15%, a FOV veszteség vizuálisan észrevehetővé válik, és a legtöbb gyártó ennek megfelelően korlátozza stabilizációs algoritmusait.

A legtöbb fogyasztó márkanév szerint ismeri a stabilizálást — HyperSmooth, RockSteady, FlowState — de ezeknéhány mögöttes ISP lapkakészlet platformra épülnek.

A zászlóshajó és a belépő közötti szakadék-szintű EIS drámai. Egy 1000 Hz-es giroszkóp, amely egy célt táplál-Az épített warp motor olyan felvételeket készít, amelyek valóban vetekednek a mechanikus kardángyűrűvel. 100 Hz-es giroszkóp szoftverrel-csak a digitális képstabilizálás ad határvonalas használhatatlan eredményeket magasban-mozgási forgatókönyvek.

Az OEM vásárlók számára ez a lapkakészlet-réteg az a hely, ahol a költségekről és a minőségről tárgyalnak. A gyártó által választott ISP platform meghatározza az elérhető stabilizációs minőség felső határát, függetlenül az érzékelő felbontásától vagy az objektív minőségétől.

6. ábra: A MEMS giroszkóp mintavételezési sebességének alakulása akciókamera chipkészletekben, 2015–2025. Az ugrás 100 Hz-ről 400-ra–2018 és 2020 között 1000 Hz az engedélyezett szoftver-alapú elektronikus stabilizáció, hogy gyakorlati teljesítményben végre felülmúlja a mechanikus gimbalokat. A mintavételi sebesség minden egyes lépése közvetlenül javítja a mozgásbecslés pontosságát — különösen a magashoz-sebességű forgó mozgások.

A technológia megértése közvetlenül jobb vásárlási döntéseket eredményez. Itt van, mit kell keresni.

Nem minden EIS egyenlő. A specifikációs lapon található „elektronikus képstabilizálás”nem mond semmit a minőségről. A lapkakészlet és a giroszkóp mintavételi gyakorisága az igazi specifikáció. Ha a gyártónem tudja megmondani az ISP-platformot és a giroszkóp specifikációit az EIS megvalósítása mögött, akkor a stabilizálás valószínűleg szoftver-csak és alacsony-minőségi.

Az érzékelő megapixelei fontosak a stabilitás szempontjából. Egy magasabb-A felbontás érzékelős felvétele adott kimeneti felbontás mellettnagyobb vágási teret biztosít, ami közvetlenül jobb EIS teljesítményt tesz lehetővé. Ez az egyik oka annak, hogy a 4K kamerák 48 MP-es érzékelői láthatóan jobb stabilitást produkálnak, mint a 4K kamerák 12 MP-es érzékelői — még akkor is, ha mindkettő „EIS”-et állít.

Teszt gyors forgó mozgással. A leggyakoribb stabilizációs hibamód a gyors forgás — akár a gyors pásztázástól, akár a kormány vibrációs mintázatától-felszerelt kamerák durva terepen. Függőleges lineáris rázás(gyaloglás, futás) az EIS legegyszerűbb visszavonása. A kamera stabilizálási minőségének értékelésekor végezze el a tesztelést szándékos gyors pásztázással — itt látszik leginkább a giroszkóp mintavételezési gyakoriságának különbsége 200 Hz és 1000 Hz között.

OIS + Az EIS a közepén szabványossá válik-szint. Az OIS működtetőelemek költségeinek csökkenésével a gyártók kombinálják az OIS-t a mikrohoz-jitter korrekció EIS-selnagy-mozgásstabilizálás. A kombináció kiváló eredményeket produkál, mint bármelyik technológia önmagában, különösen alacsony-fényviszonyok, ahol az EIS crop tényezők felerősíthetik az érzékelő zaját.

Az akciókamerák stabilizációs technológiája a hagyományos EIS minőség platójához közeledik — közel járunk ahhoz a ponthoz, ahol a giroszkóp további mintavételi gyakoriságanöveli a hozamot csökkentő hozamot. A következő határ valószínűleg az AI-segített stabilizálás. A korai megvalósítások jelenetelemzést használnak a kamera szándékos mozgásának megkülönböztetésére (pásztázás egy téma követéséhez) akaratlan rázkódástól, aszimmetrikus korrekciót alkalmazva, amely megőrzi a szándékos mozgást. Ez a képesség már jelen van a GoPro HyperSmooth 5.0-ban Horizon Lock-kal és AutoBoost-tal, és két-három termékgeneráción belül szinte biztosan alapfelszereltséggé válik a kategóriában.

A gyártók versenytársa a „milyen stabil a felvétel” helyett „milyen stabil a felvétel, miközben megőrzi a mozgás érzését” felé tolódik el. A legjobb stabilizáció az, amit anézőnem vesz észre.