ความแตกต่างระหว่างการลดการสั่นไหวของแสงและดิจิตอลคืออะไร?

หากคุณเคยลองถ่ายวิดีโอในโทรศัพท์ของคุณในขณะที่เดินคุณจะรู้ว่าการรักษาภาพยังคงเป็นเรื่องยุ่งยาก มีเทคโนโลยีที่ประณีตบางอย่างที่ออกแบบมาเพื่อลดเอฟเฟ็กต์กล้องสั่นไหวและมีสองวิธีที่แตกต่างในการนำไปใช้.

การป้องกันภาพสั่นไหวด้วยแสงมาจากโลกแห่งการถ่ายภาพนิ่งโดยใช้กลไกฮาร์ดแวร์ที่ซับซ้อนภายในเลนส์เพื่อให้ภาพนิ่งและเปิดใช้งานการจับภาพที่คมชัด มันมีมานานแล้ว แต่ได้รับการปรับให้เหมาะกับวิดีโอและย่อขนาดเป็นสมาร์ทโฟน ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบดิจิตอลเป็นซอฟต์แวร์หลอกลวงเช่น“ ดิจิตอลซูม” แต่ในทางกลับกันการเลือกส่วนที่ถูกต้องของภาพบนเซ็นเซอร์เพื่อให้ดูเหมือนกับวัตถุและกล้องเคลื่อนไหวน้อยลง ลองมาดูกันว่าทั้งคู่ทำงานอย่างไรและวิธีการใช้งานในอุปกรณ์ถ่ายภาพล่าสุด.

ระบบลดการสั่นไหวของภาพ: เลนส์ป้องกันภาพสั่นไหวของคุณ

วิธีการ Geek มีบทความอธิบายการสั่นไหวของภาพแสงทำงานอย่างไร แต่เพื่อความสมบูรณ์เราจะสรุป: ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออพติคอลเรียกว่า OIS สำหรับระยะสั้นและเรียกอีกอย่างว่า "IS" หรือ "การลดการสั่นสะเทือน" (VR ไม่มีความสัมพันธ์กับความเป็นจริงเสมือน) ขึ้นอยู่กับยี่ห้อของกล้อง ทุกอย่างเกี่ยวกับฮาร์ดแวร์.

เลนส์กล้องที่มีระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออพติคอลมีมอเตอร์ภายในซึ่งจะเคลื่อนชิ้นส่วนแก้วอย่างน้อยหนึ่งชิ้นในเลนส์เมื่อกล้องโฟกัสและบันทึกภาพ สิ่งนี้ส่งผลให้เกิดเสถียรภาพการตอบโต้การเคลื่อนไหวของเลนส์และกล้อง (จากการสั่นของมือของผู้ปฏิบัติงาน) และอนุญาตให้บันทึกภาพที่คมชัดและเบลอน้อยลง ในทางกลับกันทำให้ภาพถ่ายสามารถถ่ายในที่แสงน้อยหรือมีค่า F-stop ที่ต่ำกว่าในขณะที่ยังคงความคมชัด.

วิศวกรรมที่เข้าสู่สิ่งนี้น่าทึ่งมาก เป็นฮาร์ดแวร์ภายนอกรุ่นพิเศษขนาดจิ๋วเช่น gimbals แบบหลายแกนที่ใช้กับระบบเช่น Steadicam กล้องวงเล็บปีกกาขนาดใหญ่ที่ติดตั้งที่คุณอาจเคยเห็นในการแข่งขันกีฬาหรือชุดภาพยนตร์ ผลลัพธ์จากระบบป้องกันภาพสั่นไหวในตัวหรือในตัวกล้องนั้นไม่ได้น่าประทับใจอย่างที่คุณได้รับจากตัวปรับความคงตัว gyroscopic ด้านนอก แต่มันก็ยังน่าประทับใจอยู่ดี กล้องที่มีเลนส์ที่มีระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออพติคอลสามารถถ่ายภาพนิ่งที่คมชัดในระดับแสงน้อยกว่าที่ไม่มีและเทคโนโลยีเดียวกันนี้สามารถใช้ในการปรับปรุงเล็กน้อยในลักษณะเบลอที่สั่นไหวของการบันทึกวิดีโอบนกล้องมือถือ ข้อเสียที่สำคัญคือระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคัลต้องการส่วนประกอบเพิ่มเติมจำนวนมากในเลนส์และกล้องและเลนส์ที่ติดตั้ง OIS นั้นมีราคาแพงกว่าการออกแบบที่ซับซ้อนน้อยกว่ามาก.

ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคัลถูกใช้เพื่อ จำกัด ภาพนิ่งและกล้องวิดีโอคุณภาพสูง แต่เทคโนโลยีได้รับการทำซ้ำพอที่คุณจะได้รับใน DSLR ระดับผู้บริโภคและกล้องมิเรอร์เลสตอนนี้ มันหดตัวลงเพื่อให้เลนส์ OIS สามารถใส่ในโมดูลกล้องสมาร์ทโฟน ใช่นั่นหมายความว่ามีชิ้นส่วนแก้วที่เคลื่อนไหวขนาดเล็กในสมาร์ทโฟนบางรุ่นที่มีความหนาไม่ถึงครึ่งนิ้ว หากโทรศัพท์ของคุณมีเลนส์ OIS คุณสามารถถือส่วนบนสุดขึ้นไปที่หูของคุณเขย่าเล็กน้อยและแม้กระทั่งได้ยินเสียงสั่นไหวองค์ประกอบในโมดูลกล้องด้านหลัง (อืมอย่าทำเช่นนี้ยากเกินไป)

นี่คือตัวอย่างขององค์ประกอบ OIS เล็ก ๆ ของโมดูลกล้องโทรศัพท์ สังเกตว่าส่วนบนของชุดเลนส์สามารถเคลื่อนไหวได้อย่างอิสระจากเซ็นเซอร์ภาพด้านล่างได้อย่างไร.

ด้วยเลนส์และเซ็นเซอร์ขนาดเล็กคุณสมบัติ OIS บนโทรศัพท์ไม่สามารถทำได้เหมือนกับในกล้องขนาดใหญ่ แต่ก็ยังช่วยให้คุณถ่ายภาพได้ชัดเจนขึ้นและวิดีโอสั่นคลอนน้อยลง การออกแบบโทรศัพท์ที่โดดเด่นบางรุ่นที่มีระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคัลรวมถึง iPhone 6 ขึ้นไป, Samsung Galaxy S7 และใหม่กว่า, LG G-series และ Google Pixel 2.

การป้องกันภาพสั่นไหวแบบแมนนวล: การครอบตัดวิดีโอเพื่อทำให้เสถียร

ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบดิจิตอลนั้นใช้ซอฟต์แวร์ทั้งหมด หากคุณคุ้นเคยกับความแตกต่างระหว่างการซูมด้วยแสงและการซูมดิจิตอล (เช่นการทำให้พิกเซลของภาพขยายโดยไม่ต้องปรับปรุง) มันก็คล้ายกัน แต่ระบบลดการสั่นไหวแบบดิจิทัลมีผลต่อวิดีโอที่วัดผลได้ทันที.

ในการทำให้วิดีโอที่บันทึกไว้ล่วงหน้าสั่นคลอนคุณสามารถครอบตัดส่วนที่ขอบ“ เคลื่อนย้าย” ไปรอบ ๆ ในแต่ละเฟรมทำให้วิดีโอที่ดูมีเสถียรภาพมากขึ้น มันเป็นภาพลวงตาออพติคอล: ในขณะที่วิดีโอกำลังสั่นคลอนการครอบตัดของแต่ละเฟรมของภาพจะถูกปรับเพื่อชดเชยการสั่นไหวและคุณจะ“ เห็น” แทร็กวิดีโอที่ราบรื่น สิ่งนี้ต้องใช้การซูมเข้าในกรอบภาพ (และลดคุณภาพของภาพ) หรือซูมออกจากตัวเฟรมเอง (ส่งผลให้ภาพขนาดเล็กที่มีเส้นขอบสีดำเคลื่อนไปมา).

โปรแกรมตัดต่อวิดีโอผู้ป่วยสามารถทำได้ด้วยตนเองด้วยการบันทึกแบบเฟรมต่อเฟรม นี่เป็นตัวอย่างที่น่าทึ่งเมื่อไม่นานมานี้จาก Star Wars Episode VII.

นี่เป็นตัวอย่างที่มากเกินจริงของการครอบตัดเพื่อให้ได้ผลที่มีเสถียรภาพ แต่มันแสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนไหวภาพไปรอบ ๆ กรอบวิดีโอสัมพันธ์กับวัตถุ (เรือ) หรือพื้นหลังอาจส่งผลให้วิดีโอราบรื่นขึ้น นี่คือคอลเลกชันของตัวอย่างทั่วไปมากขึ้นกับวิชาโลกแห่งความจริง.

ระบบลดการสั่นไหวของภาพดิจิตอล: ซอฟต์แวร์ครอบตัดวิดีโอสำหรับคุณ

ด้วยการเพิ่มซอฟต์แวร์ขั้นสูงคอมพิวเตอร์สามารถใช้เทคนิคการครอบตัดและการเคลื่อนที่นี้กับวิดีโอโดยอัตโนมัติ ซอฟต์แวร์ตัดต่อวิดีโอเช่น Adobe Premiere, Final Cut Pro และ Sony Vegas สามารถทำได้โดยทั่วไปแล้วจะได้รับผลกระทบโดยการครอบตัดหรือซูมวิดีโอขนาดเต็มในปริมาณเล็กน้อยและทำให้มีความเสถียรแบบเฟรมต่อเฟรม นี่คือตัวอย่างของผลการรักษาเสถียรภาพอัตโนมัติในวิดีโอที่ดำเนินการใน Final Cut Pro (ข้ามไปที่ 3:34 หากยังไม่ได้ตั้งค่า).

เช่นเดียวกับระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออพติคอลซอฟต์แวร์หลังการประมวลผลนี้เริ่มมีราคาถูกและกระจายมากขึ้น อาจเป็นไปได้ที่จะใช้ระบบป้องกันการสั่นไหวแบบซูมและครอปพื้นฐานที่สร้างไว้ในบริการวิดีโอฟรีบางรายการเช่น YouTube และ Instagram มีข้อ จำกัด ว่าสามารถใช้เอฟเฟกต์นี้ได้มากเพียงใดเนื่องจากต้องการซูมเข้าเพื่อชดเชยการสั่นของกล้องโดยไม่แสดงพื้นที่สีดำที่ขอบของเฟรมวิดีโอ ยิ่งคุณซูมมากเท่าใดคุณภาพของวิดีโอขั้นสุดท้ายก็จะยิ่งต่ำลงเท่านั้น โปรดทราบว่าวิดีโอต่อไปนี้เฟรมของ footage เสถียร (ด้านบน) มีขนาดเล็กกว่าเต็มเฟรมของวิดีโอที่ไม่เสถียร (ล่าง) เดิมเนื่องจากการครอบตัดที่จำเป็นสำหรับเอฟเฟ็กต์การทรงตัว.

นั่นคือวิธีที่ระบบป้องกันภาพสั่นไหวสามารถนำไปใช้กับวิดีโอที่มีอยู่ได้ ตอนนี้ให้รวมเทคนิคการลดการสั่นไหวของภาพเคลื่อนไหวและการครอบตัดเข้าด้วยกันซึ่งเป็นห้องพิเศษเล็ก ๆ บนกริดพิกเซลของเซ็นเซอร์กล้องถ่ายรูปเมื่อถ่ายวิดีโอและซอฟต์แวร์ขั้นสูงที่ตรวจจับส่วนต่างๆของภาพและการเคลื่อนไหวของพวกเขา ในขณะที่วิดีโอกำลังถูกบันทึก! ซอฟต์แวร์ดังกล่าวบันทึกภาพทั้งหมดบนเซ็นเซอร์ของกล้องสำหรับทุกเฟรมโดยอัตโนมัติรู้ว่ากล้องสั่นไหวอย่างไรเมื่อเทียบกับวัตถุหลักและพื้นหลังและตัดวิดีโอให้มีขนาด 4K หรือ 1080p ในขณะที่เลื่อนภาพไปรอบ ๆ เพื่อชดเชยการเคลื่อนไหวของ กล้องตัวเอง.

นั่นคือความหมายของ“ ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบดิจิตอล”: ใช้เครื่องมือครอบตัดกับวิดีโอโดยอัตโนมัติและในกล้องทันทีโดยไม่ต้องใช้ซอฟต์แวร์เพิ่มเติมหลังจากบันทึกวิดีโอแล้ว.

เทคโนโลยีนี้ไม่ต้องการชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวใด ๆ ในกลไกเลนส์ทำให้การผลิตถูกกว่า มันไม่ได้มีประสิทธิภาพทางเทคนิคเท่ากับเลนส์ที่มีความเสถียรเนื่องจากคุณต้องการการประมวลผลทางคอมพิวเตอร์ขั้นสูงเพื่อใช้เครื่องมือครอบตัดแบบเรียลไทม์ แต่ด้วยการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ นี่คือวิดีโอของเทคนิคการลดการสั่นไหวของภาพดิจิทัลล่าสุดใน GoPro 7 ซีรี่ส์ใหม่.

โปรดทราบว่า GoPro 7 เช่นเดียวกับรุ่นก่อนไม่มีส่วนที่มีการสั่นไหวในตัวกล้องและวิดีโอด้านบนไม่ได้รับการทำให้เสถียรด้วยซอฟต์แวร์พิเศษเช่น Premiere หรือ Final Cut วิดีโอทั้งหมดนั้นถ่ายโดยตรงจากกล้องโดยมีการครอบตัดโดยอัตโนมัติเพื่อชดเชยการสั่นและการสั่นสะเทือน มันไม่สมบูรณ์แบบ - มันไม่ดีพอที่จะกำจัดการสั่นสะเทือนออกจากจักรยานที่ลงไปตามบันไดเช่นกันและทำให้การครอบตัดประมาณ 10% ในเฟรมวิดีโอ แต่มันเป็นการปรับปรุงที่น่าประทับใจมากกว่ากล้องที่ไม่มีความเสถียรโดยไม่มีค่าใช้จ่ายหรือเวลาที่จำเป็นสำหรับ OIS หรือความเสถียรของซอฟต์แวร์อย่างเดียว GoPro มีระบบป้องกันภาพสั่นไหวในตัวกล้องดิจิตอลมาตั้งแต่ Hero 5 series และมีให้ในกล้องแอคชั่นอื่น ๆ ด้วย.

ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบดิจิตอลสามารถนำไปใช้กับวิดีโอบนโทรศัพท์ได้เช่นกัน Google ใช้ระบบซอฟต์แวร์อย่างเดียวบน Pixel ดั้งเดิม (เรียกว่า "EIS" สำหรับ "ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบอิเล็กทรอนิกส์") และตอนนี้โทรศัพท์ระดับสูงส่วนใหญ่มีการใช้ระบบป้องกันภาพสั่นไหวในระดับดิจิตอลอย่างน้อยในระดับหนึ่งหรือไม่ ซัมซุงตั้งข้อสังเกตว่าใน Galaxy Note 8, Galaxy S9 และ Galaxy S9 + ทั้งออปติคัล และ ระบบลดการสั่นไหวของภาพดิจิตอลในเวลาเดียวกัน แต่มีข้อเสียที่สำคัญอย่างหนึ่งสำหรับระบบลดการสั่นไหวของภาพดิจิตอล: ระบบป้องกันภาพสั่นไหวแบบออปติคัลไม่สามารถใช้กับภาพนิ่งได้ เนื่องจากการลดการสั่นไหวของภาพดิจิทัลนั้นอาศัยการครอบตัดเฟรมของชุดวิดีโอจึงไม่สามารถทำงานทีละภาพได้.

เครดิตภาพ: Canon, GoPro