Aksiyon kamerası stabilizasyonu tek bir doğrusal yol izlemedi. Son on yılda, her biri sorunu farklı şekilde çözen üç farklı yaklaşım bir arada var oldu ve rekabet etti.

Mekanik gimballer (2013–2018 zirvesi). üç-eksen fırçasız motor denge çemberleri fiziksel sayaç-Hareketi iptal etmek için kamera gövdesini döndürün. Çok güzel çalışıyorlar — sıfır kırpma, sıfır görüntü bozulması — ağırlık, hacim, güç tüketimi ve mekanik kırılganlık pahasına. Bir gimbal-donanımlı aksiyon teçhizatı 300 ağırlığındadır–600 grama karşı 80–Bağımsız bir kamera için 120 gram.

Şekil 2: Üçlü-eksen gimbal sapma için bağımsız fırçasız motorlar kullanır (taban dönüşü), saha (yan eğim)ve yuvarlan (namlu dönüşü). Kamera gövdesi üç eksenin hepsinin kesişimnoktasında asılıdır. Kullanıcının eli titrediğinde motor sayacı-kamera seviyesini korumak için gerçek zamanlı olarak döndürün — sinema teslimi-Önemli ağırlık ve mekanik karmaşıklık pahasına sıfır görüntü bozulmasıyla kalite kararlılığı.

Optik görüntü sabitleme — OIS (2015–mevcut). Sesle yönlendirilen yüzen bir mercek öğesi-bobin motorları veya MEMS aktüatörleri, küçük açısal hareketleri telafi etmek için fiziksel olarak kayar. OIS belki düzeltir 1–2 derece sarsıntı — el titremeleri ve hafif platform titreşimleri için kullanışlıdır ancak motor sporları veya yokuş aşağı kayaktaki şiddetli hareketler için yetersizdir. Çoğu modern aksiyon kamerası, OIS'i elektronik stabilizasyonun yerine geçecek bir ürün olarak değil, tamamlayıcı olarak kullanır.

 [ ŞEKİL — Optik Görüntü Sabitleme Nasıl Yapılır (OIS) çalışır ]

Şekil 3: OIS kapalı bir geri bildirim döngüsünde çalışır. Bir jiroskop çipi açısal titreşimi algılar ve sese düzeltme sinyalleri gönderir-bobin motorları (VCM'ler) tek bir yüzen mercek öğesinin yanında. VCM'ler, ışık yolunu tekrar sensörün merkezine yönlendirmek için lensi yanal olarak kaydırır — düzeltme 1-Mahsul cezası olmadan 2 derece sallama. Bununla birlikte, kayan elemanın sınırlı hareket aralığı, OIS'in tek başına şiddetli, çoklu ortam koşullarıyla başa çıkamayacağı anlamına gelir.-Aksiyon sporlarının eksen hareketi.

Elektronik görüntü sabitleme — ÇBS (2018–mevcut, baskın). Hareketli parça yok. Kamera jiroskop ve ivmeölçer verilerini kullanır — 200'de örneklendi–1000Hz — Her kare için kamera gövdesinin tam yönünü haritalandırmak için. Görüntü sinyali işlemcisi daha sonra biraz daha büyük bir sensör alanını kırpıyor ve ölçülen hareketi iptal etmek için her kareyi dijital olarak kaydırıyor, döndürüyor ve çarpıtıyor. Bu, GoPro'nun HyperSmooth'unun, DJI'ın RockSteady'sinin ve 2018'den bu yana tüm amiral gemisi aksiyon kameralarının arkasındaki teknolojidir.

 [ ŞEKİL — Elektronik Görüntü Sabitleme Nasıl Yapılır? (ÇBS) çalışır ]

Şekil 4: EIS iki temele dayanır-sıfır hareketli parça içeren sahne veri hattı. Birinci aşama (sol): jiroskop, ivmeölçer ve görüntü sensörü veri akışı 200°'de ISP'ye–1000Hz. ISP, hareket tahminini, çarpık dönüşümü ve panjur düzeltmesini tek geçişte gerçekleştirir. İkinci aşama (doğru): ISP tüm sensör okumasını kırpar (örneğin 48 MP) çıkış çözünürlüğüne kadar (örneğin 4K / 8,3 MP)ekstra sensör alanını stabilizasyon boşluğu olarak kullanıyor. Stabilize edilmiş çerçeve geometrik olarak mükemmeldir — ama 5–15% Sensör alanının büyük bir kısmı bu süreçte atılır.

Şekil 1: Beş performans boyutunda karşılaştırıldığında aksiyon kamerası stabilizasyonuna yönelik üç yaklaşım. EIS, modern amiral gemilerine hakimdir çünküneredeyse teslim eder-ağırlık, boyut ve güç maliyetinin çok küçük bir kısmında gimbal stabilitesi — bir mahsulle birlikte gelse de-faktör ticareti-gimbal'lardan tamamen kaçınır. Sonraki sayfalarda yer alan üç temel şema, her yaklaşımın arkasındaki fiziksel mekanizmayı açıklamaktadır.

Modern EIS'nin büyüsü saniyede 30 veya 60 kez çalışan bir boru hattında gerçekleşir. İşte ışığın sensöre çarptığı an ile SD karta sabitlenmiş bir çerçeve yazıldığı an arasında olanlar:

Adım 1: Jiroskop örneklemesi. MEMS jiroskopu üç eksende açısal hızı 200°'de ölçer.–1000Hz. Bu, kameranın tam dönme konumunu bildiği anlamına gelir — eğim, yalpalama ve yuvarlanma — alt etmek-Derece hassasiyet, video kare hızından çok daha hızlı. Jiroskop veri akışı zamandır-görüntü sensörünün panjur okumasıyla senkronize edilir, böylece her piksel sırası hassas bir yönelimle ilişkilendirilebilir.

Adım 2: Hareket yörüngesinin hesaplanması. ISP, her kare pozlama süresi boyunca kameranın hareket yörüngesini hesaplar. Bu adım hesaplama açısından yoğundur çünkü panjur sensörleri pikselleri satır satır ortaya çıkarır — Çerçevenin alt kısmı, üst kısımdan biraz daha geç yakalanıyor ve hızlı hareket sırasında bu zaman farkı, algoritmanın da düzeltmesi gereken geometrik bozulmaya dönüşüyor.

Adım 3: Çözgü ve kırpma. ISP, hareket yörüngesini kullanarak tam sensör görüntüsüne bir perspektif çarpıtma uygular — kaydırma, döndürme ve de-her pikseli eğriltiyorum — böylece çıkış çerçevesi sanki kamera pozlama sırasında tamamen hareketsizmiş gibi görünür. Çarpıtma pikselleri kenarlardan merkeze doğru çektiğinden, çıktı çerçevesi tam sensör okumasının bir ürünüdür. Tipik mahsul faktörleri 5 arasında değişir% ılıman koşullarda 15'e kadar% aşırı hareket halinde — geniş çapta stabilizasyonun genellikle daha agresif olmasınınnedeni budur.-Yedeklenecek ekstra görüş alanıyla başlayan açı modları.

Adım 4: Panjur düzeltmesi. Dönen deklanşör okumasıyla birleştirilmiş hızlı yatay hareket, ayırt edici "jöle" çarpık efekti yaratır. Modern EIS boru hatları, bir per. uygulayarak bunu düzeltir.-Satır geometrik dönüşümü,normalde eğimli görünecek dikey çizgileri etkili bir şekilde düzleştirir.

EIS bir yazılımdır-tahrik edilir, ancak altındaki donanım tavanını belirler. Üç bileşen kritiktir.

Jiroskop kalitesi ve örnekleme hızı. Tüketici-dereceli MEMS jiroskopları tipik olarak 200 Hz'de örnekleme yapar. Yüksek-son aksiyon kameraları 400 kullanır–Daha düşük gürültülü tabanlara sahip 1000 Hz jiroskoplar, yüksek hızlarda daha doğru hareket tahminine olanak tanır. Bu, stabilizasyon kalitesiyle en doğrudan ilişkili olan tek bileşendir.

Kırpma payı — Sensör çözünürlüğü ve görüş alanı. EIS kırpılarak dengelenir. 12-4K video çeken megapiksel sensör (8,3 MP) yaklaşık 30 tane var% Çözünürlük 4K'nın altına düşmeden önce stabilizasyonun kırpılması için yedek pikseller. 48-4K megapiksel sensörlü çekim muazzam bir boşluk payına sahiptir — bu yüzden daha yüksek-megapiksel sensörler, görünür çözünürlük kaybı olmadan daha agresif EIS'yi mümkün kılar.

ISP işlem gücü. Her karenin gerçek zamanlı olarak 30 veya 60 fps hızında geometrik olarak bükülmesi gerekir. Bu, genel bir ISP değil, özel warp motoru donanımına sahip yetenekli bir ISP gerektirir.-amaçlı CPU. Ambarella'nın H22'si ve Novatek'in NT96683'ü gibi yonga setleri, EIS boru hatları için özel olarak tasarlanmış donanım çözgü bloklarını içerir.

Şekil 5: Temel ticaret-elektronik görüntü sabitlemede kapalı. Daha agresif stabilizasyon (daha düşük hareket bulanıklığı, daha akıcı çekim) daha fazla kırpma gerektirir — bu da görüş alanını daraltır. Çoğu aksiyon kullanım durumu için en uygunnokta 5 arasındadır.% ve 10% minimum FOV cezasıyla stabilizasyon kalitesinin keskin bir şekilde arttığı mahsul. 12'nin ötesinde–15%FOV kaybı görsel olarak fark edilir hale gelir ve çoğu üretici stabilizasyon algoritmalarını buna göre sınırlar.

Tüketicilerin çoğu istikrarı marka isimleriyle biliyor — HyperSmooth, RockSteady, FlowState — ancak bunlar az sayıda temel ISP yonga seti platformu üzerine inşa edilmiştir.

Amiral gemisi ile giriş arasındaki boşluk-seviye EIS dramatiktir. Bir amacı besleyen 1000 Hz'lik jiroskop-yerleşik warp motoru, mekanik bir gimbal ile gerçekten rekabet edebilecek görüntüler üretir. Yazılımlı 100 Hz jiroskop-yalnızca dijital görüntü sabitleme, yüksek çözünürlükte sınırda kullanılamaz sonuçlar üretir-Hareket senaryoları.

OEM alıcıları için bu yonga seti katmanı, maliyet ve kalitenin müzakere edildiği yerdir. Üreticinin ISP platformu seçimi, sensör çözünürlüğü veya lens kalitesinden bağımsız olarak ulaşılabilir stabilizasyon kalitesinin tavanını belirler.

Şekil 6: Aksiyon kamerası yonga setlerinde MEMS jiroskop örnekleme oranlarının gelişimi, 2015–2025. 100 Hz'den 400 Hz'e sıçrama–Yazılımın etkinleştirdiği şey 2018 ile 2020 arasında 1000 Hz'dir-pratik performanstanihayet mekanik gimballeri geride bırakacak tabanlı elektronik stabilizasyon. Örnekleme oranındaki her artış, hareket tahmininin doğruluğunu doğrudan artırır — özellikle yüksek-hız dönme hareketleri.

Teknolojiyi anlamak doğrudan daha iyi satın alma kararlarına dönüşür. İşte aranacak şey.

Tüm EIS eşit yaratılmamıştır. Teknik özellikler sayfasındaki "Elektronik Görüntü Sabitleme" size kalite hakkında hiçbir şey söylemez. Yonga seti ve jiroskop örnekleme hızı gerçek özelliklerdir. Bir üretici size EIS uygulamasının ardındaki ISP platformunu ve cayro özelliklerini söyleyemiyorsa, stabilizasyon muhtemelen yazılımdan kaynaklanmaktadır-sadece ve düşük-kalite.

Sensör megapikselleri stabilizasyon boşluğu için önemlidir. Daha yüksek-Belirli bir çıkış çözünürlüğünde çözünürlük sensörü çekimi, daha fazla kırpma boşluğu sağlar ve bu da doğrudan daha iyi EIS performansı sağlar. 4K kameralardaki 48 MP sensörlerin, 4K kameralardaki 12 MP sensörlerden gözle görülür şekilde daha iyi stabilizasyon sağlamasınınnedenlerinden biri de budur. — her ikisi de "EIS" iddiasında bulunsa bile.

Hızlı dönme hareketi ile test edin. En yaygın stabilizasyon arıza modu hızlı rotasyondur — hızlı kaydırmadan mı yoksa gidonun titreşim düzeninden mi-Engebeli araziye kameralar monte edildi. Dikey doğrusal sarsıntı(yürümek, koşmak) EIS'in iptal etmesi en kolay harekettir. Bir kameranın sabitleme kalitesini değerlendirirken bilinçli hızlı kaydırmayla test edin — 200 Hz ile 1000 Hz arasındaki jiroskop örnekleme hızı farkının en çok görüldüğü yer burasıdır.

OIS + EIS orta seviyede standart hale geliyor-seviye. OIS aktüatör maliyetleri düştükçe üreticiler OIS'i mikro uygulamalar için birleştiriyor-Büyük boyutlar için EIS ile titreşim düzeltmesi-hareket stabilizasyonu. Kombinasyon, özellikle düşük-EIS kırpma faktörlerinin sensör gürültüsünü artırabileceği ışık koşulları.

Aksiyon kameralarındaki stabilizasyon teknolojisi, geleneksel EIS kalitesinde bir platoya yaklaşıyor — cayro örnekleme hızının artmasının azalan getiriler sağladığınoktaya yakınız. Bir sonraki sınır muhtemelen yapay zekadır-destekli stabilizasyon İlk uygulamalar kasıtlı kamera hareketini ayırt etmek için sahne analizini kullanıyor (Bir konuyu takip etmek için kaydırma) Kasıtlı hareketi koruyan asimetrik düzeltme uygulayarak kasıtsız sarsıntıyı önleyin. Bu özellik GoPro'nun Horizon Lock ve AutoBoost özellikli HyperSmooth 5.0'ında zaten mevcuttur ve iki ila üç ürünnesli içinde kategori genelindeneredeyse kesinlikle standart hale gelecektir.

Üreticiler için rekabet, "görüntüne kadar sabit"ten "hareket hissini korurken görüntüne kadar sabit"e doğru değişiyor. En iyi stabilizasyon izleyicinin fark etmediği stabilizasyondur.