액션 카메라 안정화는 단일 선형 경로를 따르지 않았습니다. 지난 10년 동안 세 가지 서로 다른 접근 방식이 공존하고 경쟁하면서 각각 문제를 다르게 해결했습니다.

기계식 짐벌 (2013년–2018 피크). 세-축 브러시리스 모터 짐벌 물리적 카운터-모션을 취소하려면 카메라 본체를 회전하세요. 그들은 아름답게 일한다 — 자르기 없음, 이미지 저하 없음 — 무게, 부피, 전력 소비 및 기계적 취약성을 희생해야 합니다. 짐벌-장착된 액션 리그의 무게는 300입니다.–600g 대 80g–독립형 카메라의 경우 120g입니다.

그림 2: 3개-축 짐벌은 요잉에 독립적인 브러시리스 모터를 사용합니다. (기본 회전), 피치 (측면 기울기), 그리고 롤 (배럴 회전). 카메라 본체는 세 축이 모두 교차하는 지점에 매달려 있습니다. 사용자의 손이 흔들리면 모터가 카운터됩니다.-카메라 수평을 유지하기 위해 실시간으로 회전 — 영화 배달-상당한 무게와 기계적 복잡성을 희생하면서 이미지 품질 저하 없이 등급 안정성을 제공합니다.

광학 이미지 안정화 — OIS (2015년–현재). 음성으로 구동되는 플로팅 렌즈 요소-코일 모터 또는 MEMS 액추에이터는 작은 각도 움직임을 보상하기 위해 물리적으로 이동합니다. OIS는 아마도 1을 수정합니다.–2도 흔들림 — 손 떨림과 미묘한 플랫폼 진동에는 유용하지만 모터스포츠나 내리막 스키의 격렬한 움직임에는 부적합합니다. 대부분의 최신 액션 카메라는 OIS를 대체 ​​수단이 아닌 전자 안정화 장치의 보완 수단으로 사용합니다.

 [ 그림 — 광학 이미지 안정화 방법 (OIS) 작품 ]

그림 3: OIS는 폐쇄형 피드백 루프에서 작동합니다. 자이로스코프 칩은 각진동을 감지하고 보정 신호를 음성으로 보냅니다.-코일 모터 (VCM) 단일 플로팅 렌즈 요소 측면에 위치합니다. VCM은 렌즈를 측면으로 이동하여 빛의 경로를 다시 센서 중앙으로 리디렉션합니다. — 수정 1-자르기 페널티 없이 2도 흔들림. 그러나 플로팅 요소의 제한된 이동 범위로 인해 OIS만으로는 폭력적이고 다양한 공격을 감당할 수 없습니다.-액션스포츠의 축운동.

전자식 손떨림 보정 — EIS (2018–현재, 지배적). 움직이는 부품이 없습니다. 카메라는 자이로스코프와 가속도계 데이터를 사용합니다. — 200에서 샘플링됨–1000Hz — 모든 프레임에 대해 카메라 본체의 정확한 방향을 매핑합니다. 그런 다음 이미지 신호 프로세서는 약간 더 큰 센서 영역으로 자르고 각 프레임을 디지털 방식으로 이동, 회전 및 왜곡하여 측정된 동작을 취소합니다. 이는 GoPro의 HyperSmooth, DJI의 RockSteady 및 2018년 이후 모든 플래그십 액션 카메라에 적용된 기술입니다.

 [ 그림 — 전자식 이미지 안정화 방법 (EIS) 작품 ]

그림 4: EIS는 두 가지 요소에 의존합니다.-움직이는 부분이 전혀 없는 스테이지 데이터 파이프라인. 1단계 (왼쪽): 자이로스코프, 가속도계 및 이미지 센서 데이터가 200에서 ISP로 스트리밍됩니다.–1000Hz. ISP는 단일 패스로 모션 추정, 워프 변환 및 롤링 셔터 수정을 수행합니다. 2단계 (맞아): ISP가 전체 센서 판독값을 자릅니다. (예: 48MP) 출력 해상도까지 (예: 4K / 8.3MP), 추가 센서 영역을 안정화 헤드룸으로 사용합니다. 안정된 프레임은 기하학적으로 완벽합니다. — 하지만 5–15% 이 과정에서 센서 영역이 폐기됩니다.

그림 1: 5가지 성능 차원에 걸쳐 액션 카메라 안정화에 대한 3가지 접근 방식을 비교했습니다. EIS는 가까운 거리에서 제공되기 때문에 최신 플래그십을 지배합니다.-무게, 크기 및 전력 비용의 일부만으로 짐벌 안정성 — 작물과 함께 제공되지만-요소 무역-그 짐벌은 완전히 피합니다. 다음 페이지의 세 가지 원칙 다이어그램은 각 접근 방식의 물리적 메커니즘을 설명합니다.

현대 EIS의 마법은 초당 30~60회 실행되는 파이프라인에서 발생합니다. 빛이 센서에 닿는 순간과 안정화된 프레임이 SD 카드에 기록되는 순간 사이에 일어나는 일은 다음과 같습니다.

1단계: 자이로스코프 샘플링. MEMS 자이로스코프는 200도에서 세 축의 각속도를 측정합니다.–1000Hz. 이는 카메라가 정확한 회전 위치를 알고 있음을 의미합니다. — 피치, 요, 롤 — 서브하다-정밀도는 비디오 프레임 속도보다 훨씬 빠릅니다. 자이로스코프 데이터 스트림은 시간입니다.-모든 픽셀 행이 정확한 방향과 연관될 수 있도록 이미지 센서의 롤링 셔터 판독값과 동기화됩니다.

2단계: 모션 궤적 계산. ISP는 각 프레임 노출 기간 동안 카메라의 동작 궤적을 계산합니다. 롤링 셔터 센서는 픽셀을 행 단위로 노출하므로 이 단계는 계산 집약적입니다. — 프레임의 하단은 상단보다 약간 늦게 캡처되며, 빠른 동작 중에 이러한 시간 차이는 알고리즘이 수정해야 하는 기하학적 왜곡으로 변환됩니다.

3단계: 워프 및 자르기. ISP는 모션 궤적을 사용하여 전체 센서 이미지에 원근 왜곡을 적용합니다. — 이동, 회전 및 드-모든 픽셀을 왜곡 — 노출 중에 카메라가 완벽하게 정지된 것처럼 출력 프레임이 나타나도록 합니다. 워프는 픽셀을 가장자리에서 중앙으로 끌어당기기 때문에 출력 프레임은 전체 센서 판독값의 일부입니다. 일반적인 작물 계수 범위는 5입니다.% 온화한 조건에서는 15까지% 극단적인 움직임으로 — 이것이 바로 안정화가 일반적으로 광각에서 더 공격적인 이유입니다.-여분의 시야로 시작하는 각도 모드.

4단계: 롤링 셔터 보정. 롤링 셔터 판독과 결합된 빠른 수평 동작은 독특한 "젤로" 스큐 효과를 생성합니다. 최신 EIS 파이프라인은 per를 적용하여 이를 수정합니다.-행 기하학적 변환을 통해 기울어져 보일 수 있는 수직선을 효과적으로 직선화합니다.

EIS는 소프트웨어이다-구동되지만 아래의 하드웨어가 천장을 결정합니다. 세 가지 구성 요소가 중요합니다.

자이로스코프 품질 및 샘플링 속도. 소비자-등급 MEMS 자이로는 일반적으로 200Hz에서 샘플링합니다. 높음-최종 액션 카메라는 400을 사용합니다.–노이즈 플로어가 낮은 1000Hz 자이로스코프를 사용하면 고속에서 더욱 정확한 모션 추정이 가능합니다. 이는 안정화 품질과 가장 직접적인 상관관계가 있는 단일 구성 요소입니다.

크롭 헤드룸 — 센서 해상도 및 시야. EIS는 자르기를 통해 안정화됩니다. 에이 12-메가픽셀 센서로 4K 동영상 촬영 (8.3MP) 대략 30개 정도 있어요% 해상도가 4K 아래로 떨어지기 전에 자르기를 안정화하기 위한 예비 픽셀입니다. A48-메가픽셀 센서 촬영 4K에는 엄청난 헤드룸이 있습니다. — 그렇기 때문에 더 높은-메가픽셀 센서는 눈에 띄는 해상도 손실 없이 보다 공격적인 EIS를 가능하게 합니다.

ISP 처리 능력. 모든 프레임은 30 또는 60fps에서 실시간으로 기하학적으로 뒤틀려야 합니다. 이를 위해서는 일반 ISP가 아닌 전용 워프 엔진 하드웨어를 갖춘 유능한 ISP가 필요합니다.-목적 CPU. Ambarella의 H22 및 Novatek의 NT96683과 같은 칩셋에는 EIS 파이프라인용으로 특별히 설계된 하드웨어 워프 블록이 포함되어 있습니다.

그림 5: 기본 거래-전자식 손떨림 보정에서는 꺼집니다. 더욱 공격적인 안정화 (더 낮은 모션 블러, 더 부드러운 영상) 더 많은 자르기가 필요합니다 — 시야가 좁아지는 것입니다. 대부분의 작업 사용 사례에 가장 적합한 지점은 5개 사이입니다.% 그리고 10% FOV 페널티를 최소화하면서 안정화 품질이 급격히 향상되는 작물입니다. 12를 넘어–15%, FOV 손실은 시각적으로 눈에 띄게 되며 대부분의 제조업체는 이에 따라 안정화 알고리즘을 제한합니다.

대부분의 소비자는 브랜드 이름으로 안정화를 알고 있습니다. — HyperSmooth, RockSteady, FlowState — 그러나 이는 소수의 기본 ISP 칩셋 플랫폼을 기반으로 구축되었습니다.

플래그십과 엔트리의 격차-레벨 EIS는 극적입니다. 목적에 맞는 1000Hz 자이로-내장된 워프 엔진은 실제로 기계식 짐벌에 필적하는 영상을 생성합니다. 소프트웨어가 포함된 100Hz 자이로-디지털 이미지 안정화만이 경계선에 있는 사용할 수 없는 결과를 낳습니다.-모션 시나리오.

OEM 구매자의 경우 이 칩셋 계층에서 비용과 품질이 협상됩니다. 제조업체가 선택한 ISP 플랫폼에 따라 센서 해상도나 렌즈 품질에 관계없이 달성 가능한 안정화 품질의 상한선이 결정됩니다.

그림 6: 액션 카메라 칩셋의 MEMS 자이로스코프 샘플링 속도의 발전, 2015년–2025. 100Hz에서 400Hz로의 점프–2018년에서 2020년 사이 1000Hz가 소프트웨어를 활성화한 것입니다.-실제 성능에서 기계식 짐벌을 마침내 능가하는 전자 안정화 기반. 샘플링 속도의 각 단계는 모션 추정의 정확성을 직접적으로 향상시킵니다. — 특히 높은-속도 회전 운동.

기술을 이해하는 것은 더 나은 구매 결정으로 직접적으로 이어집니다. 찾아야 할 것은 다음과 같습니다.

모든 EIS가 동일하게 생성되는 것은 아닙니다. 사양 시트의 "전자 이미지 안정화"는 품질에 대해 아무 것도 알려주지 않습니다. 칩셋과 자이로 샘플링 속도는 실제 사양입니다. 제조업체가 EIS 구현 뒤에 있는 ISP 플랫폼과 자이로 사양을 알려줄 수 없는 경우 안정화는 소프트웨어일 가능성이 높습니다.-유일하고 낮은-품질.

센서 메가픽셀은 안정화 헤드룸에 중요합니다. 더 높은-주어진 출력 해상도로 촬영하는 해상도 센서는 더 많은 자르기 헤드룸을 제공하여 더 나은 EIS 성능을 직접적으로 가능하게 합니다. 이것이 4K 카메라의 48MP 센서가 4K 카메라의 12MP 센서보다 눈에 띄게 더 나은 안정화를 제공하는 이유 중 하나입니다. — 둘 다 "EIS"라고 주장하는 경우에도 마찬가지입니다.

빠른 회전 동작으로 테스트합니다. 가장 일반적인 안정화 실패 모드는 빠른 회전입니다. — 빠른 패닝이든 핸들바의 진동 패턴이든-거친 지형에 카메라를 장착했습니다. 수직 선형 흔들림(걷기, 달리기) EIS가 취소하기 가장 쉬운 동작입니다. 카메라의 안정화 품질을 평가할 때 의도적인 빠른 패닝으로 테스트하세요. — 200Hz와 1000Hz 사이의 자이로 샘플링 속도 차이가 가장 눈에 띄는 곳이 바로 여기입니다.

OIS + EIS는 중반에 표준이 되고 있습니다.-계층. OIS 액추에이터 비용이 감소함에 따라 제조업체는 마이크로용 OIS를 결합하고 있습니다.-EIS를 사용한 대형 지터 보정-모션 안정화. 이 조합은 두 기술 중 하나를 단독으로 사용할 때, 특히 저전력 환경에서 탁월한 결과를 제공합니다.-EIS 작물 계수가 센서 노이즈를 증폭시킬 수 있는 조명 조건.

액션 카메라의 안정화 기술은 기존 EIS 품질에서 정체기에 접근하고 있습니다. — 우리는 자이로 샘플링 속도를 높이면 수율이 감소하고 수익이 감소하는 지점에 가까워졌습니다. 다음 개척지는 AI일 가능성이 높다-안정화를 지원했습니다. 초기 구현에서는 장면 분석을 사용하여 의도적인 카메라 움직임을 구별합니다. (피사체를 따라 이동하기) 의도하지 않은 흔들림으로부터 의도적인 움직임을 보존하는 비대칭 보정을 적용합니다. 이 기능은 Horizon Lock 및 AutoBoost가 포함된 GoPro의 HyperSmooth 5.0에 이미 포함되어 있으며 2~3세대 제품 내에서 해당 카테고리 전반에 걸쳐 표준이 될 것이 거의 확실합니다.

제조업체의 경우 경쟁 차별화가 "영상이 얼마나 안정적인지"에서 "움직이는 느낌을 유지하면서 영상이 얼마나 안정적인지"로 이동하고 있습니다. 가장 좋은 안정화는 보는 사람이 눈치채지 못하는 것입니다.