ระบบป้องกันภาพสั่นไหวของกล้องแอ็คชั่นไม่ได้เป็นไปตามเส้นทางเชิงเส้นเส้นเดียว แนวทางที่แตกต่างกันสามแนวทางอยู่ร่วมกันและแข่งขันกันในทศวรรษที่ผ่านมา โดยแต่ละแนวทางแก้ไขปัญหาแตกต่างกัน

ไม้กันสั่นแบบกลไก (2013–จุดสูงสุดของปี 2018). สาม-แกนมอเตอร์ไร้แปรงถ่านตอบโต้ทางกายภาพ-หมุนตัวกล้องเพื่อยกเลิกการเคลื่อนไหว พวกเขาทำงานได้อย่างสวยงาม — ไม่มีการครอบตัด, การลดคุณภาพของภาพเป็นศูนย์ — โดยคำนึงถึงน้ำหนัก ปริมาณ การใช้พลังงาน และความเปราะบางทางกล กิมบอล-แท่นขุดเจาะพร้อมอุปกรณ์มีน้ำหนัก 300–600 กรัมต่อ 80–120 กรัมสำหรับกล้องแบบสแตนด์อโลน

รูปที่ 2: สาม-แกน gimbal ใช้มอเตอร์ไร้แปรงถ่านอิสระในการหันเห (การหมุนฐาน), ขว้าง (เอียงด้านข้าง)และม้วน (การหมุนถัง). ตัวกล้องถูกแขวนไว้ที่จุดตัดของแกนทั้งสาม เมื่อมือของผู้ใช้สั่น มอเตอร์จะตอบโต้-หมุนแบบเรียลไทม์เพื่อรักษาระดับกล้อง — ส่งมอบภาพยนตร์-ความเสถียรของเกรดโดยการลดคุณภาพของภาพเป็นศูนย์ โดยต้องแลกกับน้ำหนักและความซับซ้อนทางกลที่สำคัญ

ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคอล — โอไอเอส (2558–ปัจจุบัน). ชิ้นเลนส์ลอยตัวที่ขับเคลื่อนด้วยเสียง-มอเตอร์คอยล์หรือแอคชูเอเตอร์ MEMS จะเลื่อนทางกายภาพเพื่อชดเชยการเคลื่อนที่เชิงมุมเล็กน้อย OIS แก้ไขบางทีอาจเป็น 1–แรงสั่นสะเทือน 2 องศา — มีประโยชน์สำหรับมือสั่นและการสั่นสะเทือนของแพลตฟอร์มเล็กน้อย แต่ไม่เพียงพอสำหรับการเคลื่อนไหวที่รุนแรงของมอเตอร์สปอร์ตหรือการเล่นสกีลงเขา กล้องแอ็คชั่นสมัยใหม่ส่วนใหญ่ใช้ OIS เป็นส่วนเสริมของระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์ ไม่ใช่การทดแทน

 [ รูป — วิธีป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคอล (โอไอเอส) ทำงาน ]

รูปที่ 3: OIS ทำงานบนลูปป้อนกลับแบบปิด ชิปไจโรสโคปตรวจจับการสั่นสะเทือนเชิงมุมและส่งสัญญาณแก้ไขไปยังเสียง-มอเตอร์คอยล์ (VCM) ขนาบข้างด้วยชิ้นเลนส์ลอยชิ้นเดียว VCM จะเลื่อนเลนส์ไปทางด้านข้างเพื่อเปลี่ยนเส้นทางแสงกลับไปยังศูนย์กลางของเซ็นเซอร์ — การแก้ไข 1-การสั่น 2 องศาโดยไม่มีการลดทอนการครอป อย่างไรก็ตาม ช่วงการเคลื่อนไหวที่จำกัดขององค์ประกอบแบบลอยหมายความว่า OIS เพียงอย่างเดียวไม่สามารถรับมือกับความรุนแรงที่มีความหลากหลายได้-การเคลื่อนไหวของแกนของกีฬาแอ็คชั่น

ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์ — อีไอเอส (2018–ปัจจุบันโดดเด่น). ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว กล้องใช้ข้อมูลไจโรสโคปและมาตรความเร่ง — ตัวอย่างที่ 200–1,000 เฮิรตซ์ — เพื่อกำหนดทิศทางที่แน่นอนของตัวกล้องในทุกเฟรม จากนั้นตัวประมวลผลสัญญาณภาพจะครอบตัดในพื้นที่เซ็นเซอร์ที่ใหญ่ขึ้นเล็กน้อย และเลื่อน หมุน และบิดเบี้ยวแต่ละเฟรมแบบดิจิทัลเพื่อยกเลิกการเคลื่อนไหวที่วัดได้ นี่คือเทคโนโลยีเบื้องหลัง HyperSmooth ของ GoPro, RockSteady ของ DJI และกล้องแอคชั่นระดับเรือธงทุกตัวตั้งแต่ปี 2018

 [ รูป — วิธีป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์ (อีไอเอส) ทำงาน ]

รูปที่ 4: EIS อาศัยสองประการ-ไปป์ไลน์ข้อมูลขั้นตอนที่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวเป็นศูนย์ ขั้นตอนที่หนึ่ง (ซ้าย): ไจโรสโคป, มาตรความเร่ง และเซ็นเซอร์ภาพจะสตรีมข้อมูลเข้าสู่ ISP ที่ความเร็ว 200–1,000 เฮิรตซ์ ISP ทำการประมาณการเคลื่อนไหว การเปลี่ยนแปลงความบิดเบี้ยว และการแก้ไข Rolling Shutter ในการผ่านครั้งเดียว ขั้นตอนที่สอง (ถูกต้อง): ISP จะครอบตัดการอ่านข้อมูลเซ็นเซอร์ทั้งหมด (เช่น 48 MP) จนถึงความละเอียดเอาต์พุต (เช่น 4K / 8.3 ล้านพิกเซล)โดยใช้พื้นที่เซ็นเซอร์พิเศษเป็นพื้นที่ส่วนหัวของเสถียรภาพ เฟรมทรงเสถียรมีรูปทรงเรขาคณิตที่สมบูรณ์แบบ — แต่ 5–15% ของพื้นที่เซ็นเซอร์จะถูกทิ้งไปในกระบวนการ

รูปที่ 1: สามแนวทางในการรักษาเสถียรภาพของกล้องแอ็คชั่นเมื่อเปรียบเทียบกับมิติประสิทธิภาพทั้งห้า EIS ครองตำแหน่งเรือธงสมัยใหม่เนื่องจากมีการส่งมอบที่ใกล้เคียง-ความเสถียรของกิมบอลโดยมีค่าใช้จ่ายเพียงเศษเสี้ยวของน้ำหนัก ขนาด และพลังงาน — แม้ว่ามันจะมาพร้อมกับพืชผลก็ตาม-ปัจจัยการค้า-หลีกเลี่ยง gimbals นั้นโดยสิ้นเชิง แผนภาพหลักสามประการในหน้าต่อไปนี้จะอธิบายกลไกทางกายภาพที่อยู่เบื้องหลังแต่ละแนวทาง

ความมหัศจรรย์ของ EIS สมัยใหม่เกิดขึ้นในไปป์ไลน์ที่ทำงาน 30 หรือ 60 ครั้งต่อวินาที นี่คือสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างช่วงเวลาที่แสงตกกระทบเซ็นเซอร์และช่วงเวลาที่เฟรมที่มีความเสถียรถูกเขียนลงในการ์ด SD

ขั้นตอนที่ 1: การสุ่มตัวอย่างไจโรสโคป ไจโรสโคป MEMS วัดความเร็วเชิงมุมบนสามแกนที่ 200–1,000 เฮิรตซ์ ซึ่งหมายความว่ากล้องรู้ตำแหน่งการหมุนที่แน่นอน — ขว้าง หันเห และม้วนตัว — เพื่อย่อย-ความแม่นยำระดับ เร็วกว่าอัตราเฟรมวิดีโอมาก กระแสข้อมูลไจโรสโคปคือเวลา-ซิงโครไนซ์กับการอ่านค่า Rolling Shutter ของเซนเซอร์ภาพ เพื่อให้พิกเซลทุกแถวสามารถเชื่อมโยงกับการวางแนวที่แม่นยำ

ขั้นตอนที่ 2: การคำนวณวิถีการเคลื่อนที่ ISP จะคำนวณวิถีการเคลื่อนไหวของกล้องตลอดระยะเวลาการรับแสงแต่ละเฟรม ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนที่ต้องใช้การคำนวณมาก เนื่องจากเซ็นเซอร์ Rolling Shutter จะแสดงพิกเซลทีละแถว — ด้านล่างของเฟรมจะถูกจับภาพช้ากว่าด้านบนเล็กน้อย และในระหว่างการเคลื่อนไหวเร็ว ความแตกต่างของเวลานั้นแปลไปสู่ความบิดเบี้ยวทางเรขาคณิตที่อัลกอริทึมต้องแก้ไขด้วย

ขั้นตอนที่ 3: บิดเบี้ยวและครอบตัด เมื่อใช้วิถีการเคลื่อนที่ ISP จะใช้ความบิดเบี้ยวเปอร์สเปคทีฟกับภาพเซ็นเซอร์แบบเต็ม — การขยับ การหมุน และเดอ-บิดเบือนทุกพิกเซล — เพื่อให้เฟรมเอาท์พุตปรากฏราวกับว่ากล้องอยู่นิ่งอย่างสมบูรณ์ระหว่างการรับแสง เนื่องจากการบิดงอดึงพิกเซลจากขอบเข้าหากึ่งกลาง เฟรมเอาท์พุตจึงเป็นการครอปของการอ่านค่าเซ็นเซอร์ทั้งหมด ปัจจัยการเพาะปลูกโดยทั่วไปมีตั้งแต่ 5% ในสภาวะที่ไม่รุนแรงถึง 15% ในการเคลื่อนไหวที่รุนแรง — ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้การรักษาเสถียรภาพมักจะรุนแรงกว่าในวงกว้าง-โหมดมุมที่เริ่มต้นด้วยขอบเขตการมองเห็นเพิ่มเติมที่ยังเหลืออยู่

ขั้นตอนที่ 4: การแก้ไข Rolling Shutter การเคลื่อนไหวในแนวนอนอย่างรวดเร็วรวมกับการอ่านค่า Rolling Shutter ทำให้เกิดเอฟเฟกต์การเอียงแบบ "jello" ที่โดดเด่น ไปป์ไลน์ EIS สมัยใหม่แก้ไขสิ่งนี้โดยการใช้ต่อ-การแปลงทางเรขาคณิตของแถว ทำให้เส้นแนวตั้งตรงขึ้นตรงซึ่งอาจดูเอียงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

EIS คือซอฟต์แวร์-ขับเคลื่อน แต่ฮาร์ดแวร์ข้างใต้เป็นตัวกำหนดเพดาน องค์ประกอบสามประการมีความสำคัญ

คุณภาพไจโรสโคปและอัตราตัวอย่าง ผู้บริโภค-โดยทั่วไปไจโร MEMS เกรดจะสุ่มตัวอย่างที่ 200 Hz สูง-กล้องแอคชั่นเอนด์ใช้ 400–ไจโรสโคป 1000 Hz พร้อมพื้นเสียงรบกวนที่ต่ำกว่า ทำให้สามารถประมาณการเคลื่อนไหวที่ความเร็วสูงได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น นี่เป็นส่วนประกอบเดียวที่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับคุณภาพการรักษาเสถียรภาพมากที่สุด

ครอบตัดส่วนหัว — ความละเอียดของเซ็นเซอร์และขอบเขตการมองเห็น EIS ทำให้เสถียรโดยการครอบตัด เอ 12-เซ็นเซอร์ล้านพิกเซลถ่ายวิดีโอ 4K (8.3 ล้านพิกเซล) มีประมาณ 30% พิกเซลสำรองสำหรับการครอบตัดความเสถียรก่อนที่ความละเอียดจะลดลงต่ำกว่า 4K เอ 48-เซ็นเซอร์ล้านพิกเซลที่ถ่าย 4K มีพื้นที่ว่างเหลือมหาศาล — ซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้สูงขึ้น-เซ็นเซอร์เมกะพิกเซลช่วยให้ EIS รุนแรงยิ่งขึ้นโดยไม่สูญเสียความละเอียดที่มองเห็นได้

พลังการประมวลผลของ ISP ทุกเฟรมจะต้องบิดเบี้ยวทางเรขาคณิตแบบเรียลไทม์ที่ 30 หรือ 60 fps สิ่งนี้ต้องการ ISP ที่มีความสามารถพร้อมฮาร์ดแวร์วาร์ปเอ็นจิ้นเฉพาะ ไม่ใช่แบบทั่วไป-ซีพียูวัตถุประสงค์ ชิปเซ็ตเช่น H22 ของ Ambarella และ NT96683 ของ Novatek มีบล็อกวาร์ปฮาร์ดแวร์ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับไปป์ไลน์ EIS

รูปที่ 5: การค้าขั้นพื้นฐาน-ปิดระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์ เสถียรภาพเชิงรุกมากขึ้น (ภาพเบลอจากการเคลื่อนไหวลดลง ภาพที่ราบรื่นยิ่งขึ้น) ต้องมีการปลูกพืชมากขึ้น — ซึ่งทำให้ขอบเขตการมองเห็นแคบลง จุดที่น่าสนใจสำหรับกรณีการใช้งานการดำเนินการส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 5% และ 10% ครอบตัด ซึ่งคุณภาพการรักษาเสถียรภาพดีขึ้นอย่างรวดเร็วโดยมีโทษ FOV น้อยที่สุด เกิน 12–15%การสูญเสีย FOV จะมองเห็นได้ชัดเจน และผู้ผลิตส่วนใหญ่จะจำกัดอัลกอริธึมการรักษาเสถียรภาพของตนตามนั้น

ผู้บริโภคส่วนใหญ่รู้จักการรักษาเสถียรภาพด้วยชื่อแบรนด์ — HyperSmooth, RockSteady, FlowState — แต่สิ่งเหล่านี้สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์มชิปเซ็ต ISP พื้นฐานจำนวนเล็กน้อย

ช่องว่างระหว่างเรือธงและรายการ-ระดับ EIS นั้นน่าทึ่งมาก ไจโร 1,000 Hz ป้อนเป้าหมาย-เครื่องยนต์วิปริตที่สร้างขึ้นให้ภาพที่สามารถแข่งขันกับกิมบอลเชิงกลได้อย่างแท้จริง ไจโร 100 Hz พร้อมซอฟต์แวร์-ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบดิจิทัลเท่านั้นที่สร้างผลลัพธ์ที่ไม่สามารถใช้งานได้ในระดับสูง-สถานการณ์การเคลื่อนไหว

สำหรับผู้ซื้อ OEM ชั้นชิปเซ็ตนี้เป็นที่ที่มีการเจรจาต่อรองราคาและคุณภาพ แพลตฟอร์ม ISP ที่ผู้ผลิตเลือกจะกำหนดเพดานของคุณภาพการรักษาเสถียรภาพที่เป็นไปได้ โดยไม่คำนึงถึงความละเอียดของเซ็นเซอร์หรือคุณภาพของเลนส์

รูปที่ 6: วิวัฒนาการของอัตราตัวอย่างไจโรสโคป MEMS ในชิปเซ็ตกล้องแอคชั่น ปี 2015–2568 การกระโดดจาก 100 Hz เป็น 400–1,000 Hz ระหว่างปี 2018 ถึง 2020 คือสิ่งที่เปิดใช้งานซอฟต์แวร์-ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เหนือกว่ากลไกกันสั่นในที่สุดในการใช้งานจริง แต่ละขั้นที่เพิ่มขึ้นในอัตราตัวอย่างจะช่วยเพิ่มความแม่นยำของการประมาณการเคลื่อนไหวได้โดยตรง — โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสูง-การเคลื่อนที่แบบหมุนด้วยความเร็ว

การทำความเข้าใจเทคโนโลยีจะแปลโดยตรงไปสู่การตัดสินใจซื้อที่ดีขึ้น นี่คือสิ่งที่ต้องมองหา

EIS ทั้งหมดไม่ได้ถูกสร้างขึ้นมาเท่ากัน "ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์" ในเอกสารข้อมูลจำเพาะไม่ได้บอกอะไรเกี่ยวกับคุณภาพเลย อัตราตัวอย่างชิปเซ็ตและไจโรเป็นข้อกำหนดที่แท้จริง หากผู้ผลิตไม่สามารถบอกคุณเกี่ยวกับแพลตฟอร์ม ISP และข้อกำหนดไจโรที่อยู่เบื้องหลังการใช้งาน EIS ของตนได้ ความเสถียรน่าจะเป็นซอฟต์แวร์-เท่านั้นและต่ำ-คุณภาพ

ล้านพิกเซลของเซนเซอร์มีความสำคัญต่อพื้นที่ส่วนหัวของความเสถียร ที่สูงขึ้น-การถ่ายเซ็นเซอร์ความละเอียดที่ความละเอียดเอาท์พุตที่กำหนดจะทำให้มีพื้นที่ว่างในการครอบตัดมากขึ้น ซึ่งช่วยให้ประสิทธิภาพ EIS ดีขึ้นโดยตรง นี่คือเหตุผลหนึ่งว่าทำไมเซ็นเซอร์ 48 MP ในกล้อง 4K จึงสร้างระบบป้องกันภาพสั่นไหวได้ดีกว่าเซ็นเซอร์ 12 MP ในกล้อง 4K อย่างเห็นได้ชัด — แม้ว่าทั้งคู่จะอ้างว่า "EIS"

ทดสอบด้วยการหมุนเร็ว โหมดความล้มเหลวในการรักษาเสถียรภาพที่พบบ่อยที่สุดคือการหมุนอย่างรวดเร็ว — ไม่ว่าจะจากการแพนอย่างรวดเร็วหรือรูปแบบการสั่นของแฮนด์-ติดกล้องบนพื้นที่ขรุขระ การสั่นเชิงเส้นในแนวตั้ง(เดินวิ่ง) เป็นการเคลื่อนไหวที่ง่ายที่สุดสำหรับ EIS ที่จะยกเลิก เมื่อประเมินคุณภาพการป้องกันภาพสั่นไหวของกล้อง ให้ทดสอบด้วยการแพนกล้องอย่างรวดเร็วโดยเจตนา — นี่คือจุดที่อัตราสุ่มตัวอย่างไจโรระหว่าง 200 Hz และ 1,000 Hz มองเห็นได้ชัดเจนที่สุด

โอไอเอส + EIS กำลังกลายเป็นมาตรฐานในช่วงกลาง-ชั้น เนื่องจากต้นทุนตัวกระตุ้น OIS ลดลง ผู้ผลิตจึงรวม OIS สำหรับไมโคร-การแก้ไขความกระวนกระวายใจด้วย EIS สำหรับขนาดใหญ่-เสถียรภาพการเคลื่อนไหว การรวมกันนี้ให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่ากับเทคโนโลยีทั้งสองเพียงอย่างเดียว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับต่ำ-สภาพแสงที่ปัจจัยครอบตัด EIS สามารถขยายสัญญาณรบกวนเซ็นเซอร์ได้

เทคโนโลยีป้องกันภาพสั่นไหวในกล้องแอคชั่นกำลังเข้าใกล้ระดับคุณภาพ EIS แบบดั้งเดิม — เราใกล้ถึงจุดที่อัตราตัวอย่างไจโรเพิ่มเติมจะเพิ่มผลตอบแทนที่ลดลง ขอบเขตถัดไปน่าจะเป็น AI-ช่วยรักษาเสถียรภาพ การใช้งานในช่วงแรกจะใช้การวิเคราะห์ฉากเพื่อแยกแยะการเคลื่อนไหวของกล้องโดยเจตนา (การแพนเพื่อติดตามเรื่อง) จากการสั่นโดยไม่ได้ตั้งใจ การใช้การแก้ไขแบบอสมมาตรที่คงการเคลื่อนไหวโดยเจตนา ความสามารถนี้มีอยู่แล้วใน HyperSmooth 5.0 ของ GoPro พร้อม Horizon Lock และ AutoBoost และเกือบจะกลายเป็นมาตรฐานในหมวดหมู่ต่างๆ ภายในผลิตภัณฑ์สองถึงสามรุ่นอย่างแน่นอน

สำหรับผู้ผลิต ความแตกต่างทางการแข่งขันกำลังเปลี่ยนจาก "ความมีเสถียรภาพของภาพ" เป็น "ความมีเสถียรภาพของภาพในขณะที่ยังคงรักษาความรู้สึกของการเคลื่อนไหว" การป้องกันภาพสั่นไหวที่ดีที่สุดคือสิ่งที่ผู้ชมไม่ได้สังเกตเห็น