Non puoi battere la fisica e, come ha sottolineato Isaac Newton, la resistenza a il moto è proporzionale alla massa. Quindi i miracoli dei video leggerissimi di oggi sono difficili da tenere fermi. E gli incredibili teleobiettivi che mettono sulle videocamere oggi sono davvero fantastici, ma ingrandiscono ogni minuscolo tremolio in un terremoto virtuale sullo schermo.
Un problema come questo è stato mandato dal cielo per gli inventori e sono emerse diverse soluzioni. Chiamano i loro nuovi dispositivi stabilizzatori d'immagine. Prendendo spunto dalla natura, molti di loro funzionano rilevando il movimento della fotocamera e quindi compensandolo.
Questo articolo esplora alcune delle diverse tecniche utilizzate per stabilizzare le immagini e fornisce alcune idee per mettere in pratica questa tecnologia miracolosa.
Stabilizzazione ottica
La stabilizzazione ottica dell'immagine (o OIS) utilizza alcune ottiche intelligenti per correggere le vibrazioni. La stabilizzazione ottica dipende dai sensori di movimento per sapere se la videocamera è in movimento. Sulla base delle informazioni su beccheggio, che è come inclinazione, e imbardata, che è una parola di fantasia per panning, il sistema ottico compensa le oscillazioni.
Che tipo di ottica viene utilizzata per questa magia? Davvero molto interessanti, come i prismi squishy, noti anche come prismi a curvatura variabile o attivi. I prismi morbidi sono i gadget più belli dai circuiti stampati flessibili (un pilastro delle moderne fotocamere). Un prisma soffice è costituito da due lastre di vetro con silicone di grado ottico tra di loro. Per evitare che il silicio fuoriesca, le piastre sono collegate da un soffietto pieghettato a fisarmonica.
Quando le due lastre sono parallele, l'immagine scorre dritta. Ma se schiaccia uno qualsiasi dei quattro lati del meccanismo, diventa un prisma. Una piccola pressione sul fondo invia la luce verso l'alto, correggendo il movimento verticale della fotocamera.
L'obiettivo ha un paio di minuscoli giroscopi integrati per rilevare le vibrazioni. Quando la fotocamera oscilla, questi giroscopi inviano segnali a un chip del computer che capisce come compensare. Il computer a sua volta invia un segnale allo stabilizzatore ottico dicendogli di pizzicare i lati del prisma per guidare l'immagine.
Canon ha aperto la strada alla stabilizzazione ottica negli anni '80, ma ora l'ha concessa in licenza ad altri fornitori, come Sony.
Stabilizzazione elettronica
La stabilizzazione elettronica dell'immagine (o EIS) opera su principi completamente diversi. Le videocamere odierne utilizzano un CCD (Charge-Coupled Device), che è una griglia di sensori di luce situata sul piano focale dell'obiettivo. Questa è una piccola meraviglia hi-tech, più piccola di un francobollo, che converte la luce in impulsi elettrici che costituiscono un segnale video. Questo è uno dei motivi per cui le videocamere sono diventate più piccole e leggere:minuscoli CCD hanno sostituito l'ingombrante tubo vidicon.
Puoi elaborare il segnale da un CCD con un computer. Ciò trasforma la stabilizzazione dell'immagine in un problema di programmazione.
Per prima cosa, devi memorizzare un frame per il confronto. Ciò richiede RAM, un termine informatico per memoria. Ora spezzi l'immagine in pezzi, diciamo una griglia due per due. Confronta un blocco del fotogramma corrente con un blocco del fotogramma precedente. Il computer fa scorrere la vecchia immagine e ne controlla l'adattamento. Quando trova una buona misura, registra la distanza di scorrimento orizzontale e verticale per quel pezzo di schermo.
Dopo che ogni pezzo è stato analizzato in questo modo, il computer raccoglie i dati. Se tutti gli adattamenti sono buoni e nella stessa direzione, è probabile che tu abbia spostato la telecamera. D'altra parte, se l'adattamento non è corretto o i pezzi si muovono in direzioni diverse, la causa probabile è un oggetto in movimento.
Se è solo un oggetto in movimento, non vuoi compensare. Ma se è l'intero schermo, puoi compensare facendo scorrere l'immagine corrente nella direzione opposta alla mossa.
Questa tecnica fa un buon lavoro, ma può avere alcune stranezze. Ad esempio, se ingrandisci un pallone da spiaggia che rimbalza, alcuni stabilizzatori seguiranno effettivamente il pallone, poiché occupa così tanto spazio sullo schermo, sembra il movimento della fotocamera. Quando riproduci il video, sembra che ci sia una palla ferma con il mondo che rimbalza su e giù sullo sfondo.
I nuovi stabilizzatori d'immagine elettronici utilizzano il movimento della fotocamera, anziché il movimento dell'immagine, per correggere le vibrazioni. Questi dispositivi funzionano meglio in situazioni come il pallone da spiaggia che rimbalza. Come i sistemi ottici, utilizzano giroscopi in miniatura nell'obiettivo per rilevare il movimento.
È fantastico; ora sappiamo come rilevare e correggere i movimenti della telecamera. Ma quando fai scorrere l'immagine verso l'alto, non avrai uno spazio nero nella parte inferiore dello schermo? Non se utilizzi una parte fuori schermo dell'immagine, ed è qui che la stabilizzazione elettronica diventa complicata.
Per avere un'area fuori schermo, devi avere un CCD più grande oppure utilizzare una finestra più piccola in un normale CCD.
Alcune videocamere più vecchie hanno CCD a bassa risoluzione per cominciare e la stabilizzazione elettronica prende un morso ancora più grande da quell'immagine. Per spostare l'immagine, questi sistemi dovevano prendere il rettangolo più piccolo e poi ingrandirlo per adattarlo all'intero schermo. Ciò degrada la qualità dell'immagine. Questo è lo stesso problema posto dallo zoom digitale. Gli elementi dell'immagine stessi vengono esplosi e la qualità dell'immagine diminuisce.
Molti chip moderni forniscono una risoluzione che supera gli standard NTSC. È possibile ottenere un'eccellente qualità video con meno di 400.000 pixel sul CCD. Se la tua videocamera ha più pixel di quello, ci sono buone probabilità che possa gestire la stabilizzazione elettronica senza degradare l'immagine. Fa semplicemente scorrere un rettangolo attorno al CCD per seguire l'azione. Il rettangolo rappresenta un'immagine video completa, quindi non è necessario ingrandirla.
Stabilizzazione del computer (post-elaborazione)
Di recente si è presentato un nuovo contendente per la stabilizzazione dell'immagine. I computer sono diventati abbastanza bravi nell'analisi delle immagini. Possono scansionare una scena e selezionare oggetti. Una volta che un oggetto è stato riconosciuto, può essere rintracciato. Tracciando gli oggetti nel campo visivo, il computer può compensare tutti i tipi di vibrazioni che nessuno degli altri metodi è in grado di gestire.
Questa tecnologia è ancora in fase di ricerca. Un computer desktop veloce impiega più di un trentesimo di secondo per calcolare e tenere traccia degli oggetti, quindi non è ancora possibile farlo al volo. Ma puoi inserire il tuo video attraverso il computer e post-elaborarlo per rimuovere le vibrazioni.
Sembra che i computer raddoppino la potenza ogni diciotto mesi. In pochi anni, potresti avere l'equivalente del supercomputer di oggi nella tua videocamera delle dimensioni di un pollice. Potrai infilarlo sull'orecchio come una matita e correre in giro, mentre il computer manterrà la tua immagine stabile e chiara.
Solo un problema
Un problema è condiviso, in misura maggiore o minore, da tutti gli stabilizzatori d'immagine. Poiché i meccanismi funzionano rilevando il movimento della telecamera e correggendolo, come si sposta di proposito la telecamera? Se inizi a fare una panoramica, lo stabilizzatore non proverà a compensare? La risposta breve è:sì.
Non appena avvii un'inclinazione o una panoramica, noterai che il mirino ritarda l'azione. Lo stabilizzatore sta cercando di fermare quello che considera un grande scossone.
Uno stabilizzatore elettronico proverà a fermare il movimento, ma esaurirà rapidamente l'area fuori dallo schermo. A quel punto, cercherà con grazia di recuperare il ritardo, ma alcuni sistemi funzionano meglio di altri. Sui primi sistemi, potresti notare un salto quando lo stabilizzatore rinuncia a cercare di tracciare il movimento della videocamera e ricomincia da capo.
Gli stabilizzatori ottici funzionano un po' meglio, poiché il prisma può funzionare solo su un intervallo ristretto di angoli (per evitare arcobaleni). Quindi, quando muovi la fotocamera, fissa il prisma al massimo. A quel punto, la panoramica continua come se nulla fosse.
Di solito, questo effetto è più sconcertante per il videografo che per lo spettatore. L'operatore della telecamera sa che lo schermo di visualizzazione è in ritardo rispetto al movimento reale, ma lo spettatore non ha il mondo reale per confonderlo:il video risultante sembra a posto.
I sistemi più recenti utilizzano software più sofisticati per ridurre al minimo questo effetto. Tentano di distinguere tra una panoramica e il movimento della fotocamera misurando l'entità del movimento. Se il movimento è ampio, presumerà che sia prevista una panoramica. La stabilizzazione è riservata ai movimenti più piccoli. Tuttavia, con alcune videocamere, potresti voler disattivare la stabilizzazione quando devi eseguire la panoramica.
Spara
Sia la stabilizzazione ottica che quella elettronica sono meraviglie della tecnologia. Sono in grado di rilevare le vibrazioni e quindi di compensarle, sessanta volte al secondo.
Quindi qual è la soluzione migliore per te? Elettronica o ottica? Beh, dipende da cosa vuoi fare e quanti soldi hai.
La stabilizzazione ottica non presenta problemi di risoluzione. L'immagine è stata indirizzata al CCD, quindi è disponibile la piena risoluzione. Ma di solito pesa e costa di più. E poiché ci sono parti mobili nella soluzione ottica, può assorbire più carica della batteria rispetto alla stabilizzazione elettronica.
La stabilizzazione elettronica è relativamente semplice, economica e leggera. E quelli moderni non sacrificano la risoluzione quando entrano in gioco. Per gli stabilizzatori elettronici, il programma per computer che supervisiona l'intero processo potrebbe essere il criterio più importante.
Come con qualsiasi algoritmo per computer, ci sono tanti modi per affrontare il problema quanti sono i programmatori. Dovresti sperimentare con il tuo stabilizzatore per vedere come il tuo gestisce le diverse situazioni. Dovresti effettivamente girare video per il test, perché non è sempre facile vedere la differenza guardando attraverso il mirino:il tuo cervello sta ancora compensando il movimento e maschera l'effetto.
Linea inferiore:qualsiasi tipo di stabilizzazione dell'immagine può migliorare notevolmente i tuoi video. L'ultimo lotto di videocamere ha software di terza o quarta generazione e rappresenta un grande miglioramento rispetto alle generazioni precedenti. Mentre i sistemi ottici erano un chiaro vincitore un anno fa, ora i sistemi elettronici hanno raggiunto la parità con loro. Se sei alla ricerca di una nuova videocamera, puoi contare sugli stabilizzatori d'immagine per darti risultati incredibili, sia che la magia sia ottica o elettronica.
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