Was ist der Unterschied zwischen optischer und digitaler Bildstabilisierung?

Wenn Sie jemals versucht haben, während des Gehens Videos auf Ihr Telefon aufzunehmen, wissen Sie, dass das Aufrechterhalten des Bildes schwierig ist. Es gibt einige nette Technologien, die diesen Wackelkamera-Effekt reduzieren sollen, und es gibt zwei verschiedene Ansätze, um diesen Effekt zu implementieren.

Die optische Bildstabilisierung stammt aus der Welt der Standfotografie. Sie verwendet komplexe Hardwaremechanismen innerhalb eines Objektivs, um das Bild ruhig zu halten und eine scharfe Aufnahme zu ermöglichen. Es ist schon lange her, wurde aber für Video angepasst und kürzlich für Smartphones miniaturisiert. Die digitale Bildstabilisierung ist eher ein Software-Trick wie ein „digitaler Zoom“. Umgekehrt wählt man aktiv den korrekten Teil eines Bildes auf einem Sensor aus, um den Eindruck zu erwecken, dass sich das Motiv und die Kamera weniger bewegen. Schauen wir uns an, wie beide funktionieren und wie sie in den neuesten Foto-Gadgets zum Einsatz kommen.

Optische Bildstabilisierung: Ein Stabilisator für Ihr Objektiv

How-To-Geek hat bereits einen Artikel zur Funktionsweise der optischen Bildstabilisierung. Der Vollständigkeit halber werden wir jedoch zusammenfassen: Die optische Bildstabilisierung, kurz OIS genannt, wird je nach Kameramarke auch als "IS" oder "Vibration Reduction" (VR, kein Bezug zur virtuellen Realität) bezeichnet Alles über die Hardware.

Ein Kameraobjektiv mit optischer Bildstabilisierung verfügt über einen internen Motor, der eines oder mehrere der Glaselemente innerhalb des Objektivs physisch bewegt, wenn die Kamera fokussiert und die Aufnahme aufzeichnet. Dies führt zu einem stabilisierenden Effekt, der der Bewegung des Objektivs und der Kamera (z. B. durch Schütteln der Hände des Bedieners) entgegenwirkt und die Aufnahme eines schärferen, weniger unscharfen Bildes ermöglicht. Auf diese Weise können Fotos bei geringerem Licht oder mit einem niedrigeren Blendenwert aufgenommen werden, während sie dennoch klar definiert sind.

Die Technik, die in dieses Zeug steckt, ist erstaunlich. Es ist eine sehr kleine Version von externer Hardware, wie die mehrachsigen Gimbals, die bei Systemen wie der Steadicam verwendet werden - den großen, an der Schulter befestigten Kameragurten, die Sie bei Sportveranstaltungen oder Filmsets gesehen haben. Die Ergebnisse eines In-Lens- oder In-Camera-Stabilisierungssystems sind nicht so dramatisch wie bei äußeren gyroskopischen Stabilisatoren, aber sie sind immer noch ziemlich beeindruckend. Eine Kamera mit einem Objektiv mit optischer Bildstabilisierung kann klarere Standbilder bei niedrigerem Lichtniveau aufnehmen als ein Objektiv ohne, und dieselbe Technologie kann verwendet werden, um den verschwommenen, verwackelten Effekt der Videoaufzeichnung auf einer Handkamera geringfügig zu verbessern. Der große Nachteil ist, dass für die optische Bildstabilisierung eine Menge zusätzlicher Komponenten in einem Objektiv erforderlich sind, und mit OIS ausgestattete Kameras und Objektive sind viel teurer als weniger komplexe Designs.

Die optische Bildstabilisierung war bisher auf High-End-Foto- und Videokameras beschränkt. Die Technologie wurde jedoch so oft iteriert, dass sie jetzt in DSLR- und spiegellosen Kameras für den Consumer-Bereich erhältlich ist. Es ist sogar so weit zusammengeschrumpft, dass ein OIS-Objektiv in ein Smartphone-Kameramodul passt. Ja, das bedeutet, dass in einigen Smartphones, die weniger als einen halben Zoll dick sind, ein winziges, bewegliches Glaselement vorhanden ist. Wenn Ihr Telefon über ein OIS-Objektiv verfügt, können Sie das obere Ende an Ihr Ohr halten, etwas schütteln und sogar das Stabilisierungselement im hinteren Kameramodul klappern hören. (Ähm, mach das nicht zu hart.)

Hier ist ein Beispiel für das winzige OIS-Element eines Telefonkameramoduls. Beachten Sie, wie sich der obere Teil der Linsenbaugruppe unabhängig vom darunter liegenden Bildsensor bewegen kann.

Mit viel kleineren Objektiven und Sensoren ist die OIS-Funktion von Mobiltelefonen nicht so leistungsfähig wie mit größeren Kameras. Trotzdem hilft es Ihnen, klarere Fotos und weniger verwackelte Videos zu machen. Zu den bemerkenswerten Telefondesigns mit optischer Bildstabilisierung gehören das iPhone 6+ und höher, Samsung Galaxy S7 und höher, die LG G-Serie und Googles Pixel 2.

Manuelle Bildstabilisierung: Video zuschneiden, um es zu stabilisieren

Die digitale Bildstabilisierung erfolgt alles in Software. Wenn Sie mit dem Unterschied zwischen optischem Zoom und digitalem Zoom vertraut sind (d. H. Die Pixel eines Bildes aufblähen, ohne sie zu verbessern), ist es ähnlich. Die digitale Stabilisierung wirkt sich jedoch viel direkter und messbarer auf Video aus.

Um ein verwackeltes voraufgezeichnetes Video zu stabilisieren, können Sie die Abschnitte an den Rändern ausschneiden, die sich bei jedem Bild "bewegen", wodurch ein Video stabiler wirkt. Es ist eine optische Täuschung: Während das Video herumschüttelt, wird der Ausschnitt jedes Bilds so angepasst, dass das Verwackeln kompensiert wird, und Sie sehen eine glatte Videospur. Dazu müssen Sie entweder den Bildrahmen vergrößern (und die Bildqualität beeinträchtigen) oder den Rahmen selbst herauszoomen (was zu einem kleineren Bild mit schwarzen Rändern führt)..

Patienten-Video-Editoren können dies manuell mit einer abgeschlossenen Aufzeichnung Bild für Bild durchführen. Hier ist ein dramatisches Beispiel für eine kurze Einstellung aus Star Wars Episode VII.

Dies ist ein übertriebenes Beispiel für das Beschneiden für einen stabilisierenden Effekt. Es zeigt jedoch, wie das Bild um den Videoframe relativ zum Motiv (Schiff) oder zum Hintergrund bewegt werden kann, um das Video weicher zu machen. Hier ist eine Sammlung typischer Beispiele mit realen Themen.

Digitale Bildstabilisierung: Software zum Zuschneiden von Videos für Sie

Mit der erweiterten Software können Computer diese Technik zum Beschneiden und Bewegen automatisch auf Video anwenden. Videobearbeitungssoftware wie Adobe Premiere, Final Cut Pro und Sony Vegas können dies. Sie erzielen den Effekt im Allgemeinen, indem Sie ein Video in voller Größe klein zuschneiden oder zoomen und es Bild für Bild dynamisch stabilisieren. Hier ist ein Beispiel eines automatischen Stabilisierungseffekts für ein Video, der in Final Cut Pro ausgeführt wird (überspringen Sie mit 3:34, falls dies noch nicht festgelegt ist)..

Diese Nachbearbeitungssoftware wird ebenso wie die optische Bildstabilisierung billiger und verteilter. Es ist sogar möglich, die grundlegende Zoom-und-Crop-Stabilisierung zu verwenden, die in einigen kostenlosen Videodiensten wie YouTube und Instagram integriert ist. Es gibt eine Grenze für die Anwendung dieses Effekts, da er vergrößert werden muss, um das Wackeln der Kamera zu kompensieren, ohne schwarze Bereiche am Rand des Videoframes zu zeigen. Je mehr Sie hineinzoomen, desto geringer ist die Qualität des endgültigen Videos. Beachten Sie, dass im folgenden Video der Frame des stabilisierten Filmmaterials (oben) aufgrund des für den Stabilisierungseffekt erforderlichen Bildausschnitts kleiner ist als der gesamte Frame des nicht stabilisierten Originalvideos (unten).

So kann die Bildstabilisierung auf ein vorhandenes Video angewendet werden. Kombinieren Sie jetzt die Technik zum Bewegen und Beschneiden, ein wenig mehr Platz im Pixelgitter eines Standbildkamerasensors, wenn Sie Video aufnehmen, und eine hochentwickelte Software, die Teile des Bildes und deren Bewegung erkennt, und Sie können die Stabilisierung automatisch durchführen. So wie das Video aufgenommen wird! Diese Software zeichnet für jede Aufnahme das gesamte Bild auf dem Kamerasensor auf, erkennt automatisch, wie die Kamera in Bezug auf das Hauptmotiv und den Hintergrund wackelt, und schneidet das Video auf 4K oder 1080p ab, während das Bild bewegt wird, um die Bewegung zu kompensieren die Kamera selbst.

Das ist, was „digitale Bildstabilisierung“ bedeutet: Anwenden von Zuschneidewerkzeugen auf Video automatisch und sofort in der Kamera, ohne dass nach der Aufzeichnung des Videos zusätzliche Software erforderlich ist.

Diese Technologie erfordert keine zusätzlichen beweglichen Teile im Objektivmechanismus, was die Herstellung kostengünstiger macht. Es ist technisch nicht so effizient wie ein optisch stabilisiertes Objektiv, da Sie eine modernere computergestützte Verarbeitung benötigen, um die Beschneidewerkzeuge in Echtzeit anwenden zu können. Mit der richtigen Kombination aus Hardware und Software können die Auswirkungen jedoch dramatisch sein. Hier ist ein Video der neuesten digitalen Bildstabilisierungstechniken der neuen GoPro 7-Serie.

Beachten Sie, dass die GoPro 7 wie ihre Vorgänger keine beweglichen Stabilisierungsteile in der Kamera selbst hat und das obige Video nicht mit zusätzlicher Software wie Premiere oder Final Cut stabilisiert wurde. Das gesamte Video wird direkt von der Kamera aufgenommen und automatisch zugeschnitten, um Erschütterungen und Vibrationen auszugleichen. Es ist nicht perfekt - es ist nicht gut genug, um die Erschütterung von einem Fahrrad, das zum Beispiel eine Treppe hinuntergeht, vollständig zu entfernen, und der Videovollbild wird um etwa 10% beschnitten. Es ist jedoch eine beeindruckende Verbesserung gegenüber einer nicht stabilisierten Kamera, ohne die Kosten oder Zeit, die für die Stabilisierung von OIS oder reiner Software erforderlich sind. GoPro hat seit der Hero 5-Serie eine digitale Bildstabilisierung in der Kamera und ist auch für andere Action-Kameras verfügbar.

Die digitale Bildstabilisierung kann auch auf Videos auf Telefonen angewendet werden. Google verwendete ein reines Software-System für das ursprüngliche Pixel ("EIS" für "elektronische Bildstabilisierung"). Mittlerweile wird bei den meisten High-End-Telefonen zumindest ein gewisses Maß an digitaler Stabilisierung angewendet, sei es explizit oder nicht. Samsung stellt fest, dass das Galaxy Note 8, Galaxy S9 und Galaxy S9 + beide optisch sind und Gleichzeitig wird die digitale Bildstabilisierung verwendet. Die digitale Bildstabilisierung hat jedoch einen großen Nachteil: Anders als bei einem optischen Stabilisierungssystem kann sie nicht auf Standbilder angewendet werden. Da die digitale Bildstabilisierung auf dem Zuschneiden einer Serie von Standbildern beruht, funktioniert sie nur bei einem Bild nicht gleichzeitig.

Bildnachweis: Canon, GoPro