地震の際に映像がテープで録画されたように見えることがある場合、それはあなたのせいではありません。ハンドヘルドビデオが完全に安定することはありません。三脚で撮影した場合でも、望遠で撮影するとジッターが発生する可能性があります。ただし、画像安定化を使用すると、プログラムから悪い雰囲気を取り除くことができます。
手ぶれ補正システムは、画像の揺れを大幅に減らすことができます。ただし、1つを使用するには、1つを含むビデオカメラに投資する必要があります。そのため、それを検討する前に、画像安定化がどの程度うまく機能するか、費用に見合う価値があるかどうか、システムを選択する際の選択肢について知っておく必要があります。
この記事では、手ぶれの種類と原因、それを補正する2つの非常に異なる方法、および振動を完全に制御する別の方法について説明します。手ぶれの理由から始めましょう。
カメラシェイクのすべて
ビデオ画像を撮影したビデオカメラが動いていたため、ビデオ画像が揺れます。それは十分に明白です。しかし、動きの種類が異なれば、けいれんの種類も異なります。
動きの最も一般的な原因は、単に人間の筋肉系です。私たちは、対向する一連の筋肉、屈筋、伸筋の間の緊張によって腕を動かさないようにします。これにより、継続的な綱引きが発生します。その影響は、わずかですが一定の前後の動きです。
これを示すために、このページの単語に1本の指を向けてから、片方の目を閉じて、もう一方の目を調べます。単語に対して指がわずかに動くのを防ぐことは明らかに不可能であることがわかります。ビデオカメラを持っているときも同じことが起こります。
手ぶれの2番目に大きな原因は、場所から場所への移動です。あなたが一歩を踏み出すたびに、あなたはあなたの体を通して小さな衝撃波を送り、あなたが見るものをわずかに跳ね返らせます。脳がぶつかる画像を補正するため、これに気付くことはありませんが、脳のないビデオカメラは、不快なステップごとにジャンプする画像を忠実に記録します。
画像の揺れの最後の主な原因は振動です。これは、急速かつ一定の間隔で繰り返しバンプを引き起こす共振です。最も一般的な振動源は機械です。たとえば、自動車のエンジンです。
状況によっては、一度に2〜3種類の揺れが発生する場合があります。たとえば、移動中の車両で手をつないでいるときは、筋肉の衝突、道路の衝突、エンジンの振動に同時に対処する必要があります。
さまざまな種類の動きを理解することが重要です。なんで？手ぶれ補正システムは、うまく機能するために、さまざまな方法を使用してさまざまな種類の手ぶれを減衰させます。すぐにわかるように、それらの制御マイクロチップは、特定の周波数と振幅の動きを検出して補正するのにより効果的です。言い換えれば、不要な動きが動画に侵入する可能性は、それが発生する頻度と強度によって異なります。
最も一般的なシェイク周波数は、1秒あたり1〜20です。通常、わずかな手と腕の震えは1秒あたり3〜5サイクル（c.p.s.）になります。調子外れの車のエンジンが1,200r.p.m. 20c.p.sで振動します。 （エンジンの回転ごとに1つの振動サイクルを想定しています。）
実際の結果
カムコーダーの揺れの種類は、結果として生じる画像のジッターの種類に影響します。ゆっくりとしたわずかな腕の動きは、常に不快ではない穏やかな揺れを生み出します。非常に高速で規則的な振動により、画像全体の焦点が合っていないように見えます。その間に、でこぼこの散歩や乗り物は不規則な飛び出し運動を引き起こし、実際に一部の視聴者を不快にさせる可能性があります。
画像への影響は、カムコーダーレンズを設定した焦点距離にも依存します。極端な広角では、ほとんどの手ぶれは許容できるか、目立たないことさえあります。しかし、望遠では、被写体に合わせてカメラの動きを拡大します。遠くからサッカーや野球の試合をカバーしているときに手に持ってみたことがあれば、荒海で手漕ぎボートからテーピングしたように見える可能性があることをご存知でしょう。
もう1つの要因は、手ぶれに影響します。それは、ビデオカメラの重量とデザインです。他のすべての条件が同じであれば、重いフルサイズのVHSカムコーダーは、VHS-Cや8mmのいとこよりも安定している傾向があります。理由：単純な慣性。重量が大きいほど、動かすのにかかる力も大きくなります。
デザイン部門では、ユーザーが顔から離して持ちこたえることができるカムコーダーの方が、安定した状態を維持しやすくなっています。手と腕は衝撃吸収材として機能しますが、ファインダーに押し付ける目の周りの骨の縁は、すべての振動を体からカメラに伝達します。一方、フルサイズのビデオカメラを撮影中に頬に押し付けると、本体の頑丈なトランクが安定性を高めます。これが、ほとんどのENG（電子ニュース収集）カメラオペレーターが依然としてフルサイズのカメラユニットを好む理由の1つです。
これで、手ぶれの種類と特徴を調査したので、さまざまなメーカーがどのように手ぶれを補正しようとしているのかを見ることができます。電子的アプローチと光学的アプローチの2つの基本的なアプローチがあります。
電子画像安定化
その名前が示すように、電子手ぶれ補正（EIS）は、画像を電子的に操作することで手ぶれを軽減します。 EISの動作は次のとおりです。
電子式手ぶれ補正機構を備えたカムコーダーでは、制御回路はカメラの光感知チップに当たる完全な画像を記録しません。代わりに、チップの面積の約90パーセントを記録します。図1aに示すように、カメラが静止しているとき、その90パーセントは左から右および上から下の中央に配置されます。 [[[図1]]]
ここで、カメラが左にピクピクしているとします。これにより、画像が記録されたフレームの右側にシフトし、結果として画像が不安定になります（図1b）。
しかし、カメラにEISがある場合は、状況が変わります。カメラをぶつけると、チップ自体の画像読み出し領域の使用部分が動きの方向と反対に電気的にシフトし、動きの量を補正して、ショットの被写体を追跡します（図1c）。
カメラは、チップ画像の記録された部分をいつどこでシフトするかをどのように知るのですか？ 2つの異なる種類の情報のいずれかを分析することによって：1）画像自体の変化。または2）ビデオカメラの位置の変更。 （各特定のカムコーダーは、これら2つのアプローチのうちの1つのみを使用します。）
画像分析。カメラの動きを検出する1つの方法は、マイクロチップを使用して、ある画像フィールドから次の画像フィールドへの変化を分析することです。 （ご存知のように、1つのビデオフレームは2つのインターレースフィールドで構成されています。）カメラの回路には2つの「フィールドメモリ」があり、それぞれが1つのフィールドを簡単に保存します。つまり、1つのメモリにフィールド1、フィールド3、5の順に格納されます。他のストアは2つ、4つ、次に6つなどです。
基本的に、マイクロチップは、各フレームの2番目のフィールドの選択された領域を最初のフィールドの同じ領域と比較することによって動きを探します。探しているものは次のとおりです：
- 一部の領域の画像がフィールドaとフィールドbで異なるが、他の領域の画像は異なる場合、カメラではなく、動いているのは被写体です。たとえば、被写体はフレームを横切って歩きますが、背景は静止したままです。
- すべての領域の画像が同じ量だけ異なる場合、それは画像全体がシフトしていることを意味します。つまり、手ぶれを意味する可能性があります。
したがって、2つのフィールドの比較で均一な変化が見られない場合、EIS回路は何もしません。もしそうなら、チップは動きの方向を分析し、CCDのアクティブセグメントを反対方向にシフトします。画像がジグザグになると、まったく同じ量だけジグザグになります。
前に述べたことに注意してください。フィールド全体で均一に変化すると、手ぶれが発生する可能性があります。ご想像のとおり、大きな被写体の動きによって、大きな動きが生じることがあります。これは、ほとんどのEISシステムの最大の欠点を説明しています。カメラの動きと、フレームの大部分を占める被写体の動きの違いがわかりません。
モーションセンシング。一部のEISシステムはフィールドごとの画像の変化を分析しますが、他のシステムはカメラ自体の動きを感知して解釈します。小型で高感度のモーションディテクタは、カムコーダーの各物理的シフトを報告します。画像をまったく分析していないため、モーションセンサーが被写体の動きにだまされることはありません。
しかし、彼らはまだだまされる可能性があります。カメラが意図的に動いている場合（パン、チルト、トラッキング）はどうなりますか？ EISスキームが、大きなカムコーダーの動きを補正しようとしてこぶをつぶさないようにする理由は何ですか？
ウォームおよびファジーコンピュータチップ
「ファジーロジック」、それが何です。ファジー論理は、コンピューターが推測できるようにする特殊なタイプの命令セットです。通常、コンピュータが機能するには、完全な「if / then/otherwise」状況が必要です。非常に単純化された例として、コンピューターによって制御される車を想像してみてください。プログラミングを通じて、コンピューターは、ライトが赤の場合は車を停止することを認識しています。それ以外の場合は、続けてください。次の交差点で、コンピューターは表面のセンサーに「明るい赤かどうか」と話しかけます。
「いいえ」とセンサーが応答すると、車は続行します。
しかし、次の交差点で、コンピューターは「赤かどうか」と尋ねます。センサーは次のように報告します：「ここには信号はありません。」
「それは赤ではありません」とコンピューターは言い、事故に備えて車を操縦します。
しかし、ファジー論理プログラミングでは、コンピューターは代わりに「光がない？では、交差点に何か近づいていますか？」
「いいえ」
「それなら、おそらく行っても大丈夫なので、リスクを冒します。」
ファジーロジックは、要するに、不確実な状況に直面しているコンピューターが、カムコーダーでは安定したショットであるベストショットを実行できるようにします。画像全体が均一に変化し続ける場合、チップはこれが手ぶれではなくカメラの動きであると認識し、補正しようとしません。
ファジーロジックは、さまざまなタイプの揺れを検出して補正するのにも役立ちます。ここで、周波数と振幅に戻ります。マイクロチップは、特定の種類の揺れを分析および特定することにより、その補正を最適化できます。
画像安定化の初期の試みは、狭い周波数範囲内でのみ有効であったという事実によって制限されていました。毎秒4または5サイクルの腕の動きに最適化されたシステムでは、急速な振動に十分な速さで応答できませんでした。一方、振動を減衰させるように設計されたシステムは、動きが遅くなると過剰反応する傾向がありました。
ただし、今日の安定化システムでは、制御回路が応答を微調整して、揺れのタイプに一致させることができます。
電子式手ぶれ補正のコンテキストでモーションセンサー、コントロールチップ、ファジーロジックについて説明してきましたが、光学式手ぶれ補正にもまったく同じことが当てはまります。しかし、センシングとプログラミングが本質的に同じである場合、光学補償はまったく異なるアプローチです。
光学式手ぶれ補正
光学式手ぶれ補正は、画像がCCDに当たる前に機能するため、電子的な調整は不要で、画像はチップ表面の100％を埋めることができます。
実際、光学システムは、画像がカムコーダーのレンズに入る前に機能します。原則として、考え方は単純です。シーンとレンズの間に光学プリズムを配置して、シフトされた画像を中央に戻します。
シンプル？すうれ！プリズムは、単一の軸に沿って光を屈折させます。しかし、画像の揺れは方向と振幅の両方で無限に変化します。単一のプリズムですべての種類の矢筒と矢筒を補正できる可能性はありません。
そこで、キヤノンのエンジニアは独創的な解決策を考案しました。それは、曲げると屈折軸が変化する「ソフト」プリズムです。この可変プリズムを作成するために、アコーディオンプリーツバレルで囲まれた2枚の光学ガラスを隙間を空けて配置します（図2を参照）。
[[[図2はこちら]]]
ガラス要素間のスペースを非常に高い屈折率の液体シリコンで満たします。
リムの周りの任意のポイントでアコーディオンチューブを拡張すると、反対側でアコーディオンチューブが圧縮され、ガラス要素間の角度が変化します。それを文字盤と考えると、9時にリムを広げると、ガラスが3時の方向に傾きます。 10時に拡大すると、ガラスが4時の方向に傾きます。リムを少し広げて角度を狭くします。より広い角度でより完全に拡張します。
結果：軸が360度にわたって無限に変化し、屈折角も変化するプリズム。実際には、これは、画像がどのように偏向しても、プリズムが画像をCCDの中心に戻すことができることを意味します。
これがどのように機能するかを確認するには、図3を参照してください。
[[[図3はこちら]]]
図3aは、レンズによってCCDに向けられた男性と女性の画像を示しています。 （カムコーダーレンズは、この単純な図よりもはるかに複雑であることを忘れないでください。）図3bでは、レンズがわずかに下向きにたわむため、画像はフレーム内で上に移動し、CCD上の位置が変わりました。結果は画像の揺れとして表示されます。
図3cは、Canon可変プリズムを挿入するとどうなるかを示しています。画像のずれを補正するのに十分なだけ上部を拡大することにより、プリズムは画像を屈折させてCCDの中心に戻します。その結果、被写体がフレームに対してずれることがなく、画像のブレが効果的に解消されます。
短いサイドトリップ
手ぶれを補正するように設計されており、電子システムと光学システムの両方が、発生後にその影響を元に戻そうとします。安定化への別のアプローチ：そもそも手ぶれが起こらないようにします。この方法では、画像を安定させる代わりに、ビデオカメラ自体を安定させます。
最もよく知られているカメラスタビライザーは、Cinema ProductsのSteadicamです。これは、カメラの動きを抑えるスプリングアームシステムの巧妙な使用法です。映画制作用のフルサイズのステディカムハーネスは、オペレーターが着用するほど大きいです。俳優がドアを通り、階段を3段上って、狭い廊下を下り、別の出入り口を通り抜けるという素晴らしい結果が得られますが、操作するにはかなりの強度と器用さが必要であり、十分な練習が必要です。
ステディカムは、階段を駆け上がるなどの大きな手ぶれを補正します。手ぶれを補正するために設計されたカメラ画像スタビライザーとはまったく異なるリーグに属しています。
しかし、近年、ステディカムJRが安定化の一般的な方法になりました。重量が4ポンド未満のカメラ用に設計されたSteadicamJRは、カメラの重量をオペレーターが保持する外骨格ジンバルアームに浮かせることで動作します。これにより、カメラがオペレーターの動きから隔離されます。
ステディカムは実際には画像安定装置ではなくカメラですが、電子的および光学的方法の長所と短所を考慮して、ここに簡単に記載しました。
長所と短所
3つの安定化方法はすべて、正と負の特性が混在しています。
電子安定化システムは、レンズにかさばりを加えないためコンパクトで、物理的に何も動かす必要がないため高速です。すべての重い持ち上げは、超高速で電子的に行われます。
欠点として、多くの電子システムはCCDの90％しか使用しないため、画質を犠牲にします。その結果、画像はフレームの残りの10％を埋めるために電子的に拡大する必要があり、シャープネスが失われることは避けられません。
この問題に対処するために、メーカーは現在、面積の90％が従来のチップの100％に等しい特大のチップに移行しています。たとえば、JVCモデルGR-SZ7は、570,000個のセンサーを含むCCDのおかげでロスレスEISを実現します！
一部のユニットのもう1つの問題は、減衰する周波数に応じて、その効果が大幅に異なることです。
光学式手ぶれ補正システムは、チップ領域全体を利用するため、高価な特大のCCDを必要としません。 Canon ES1000 Hi8カムコーダーのような私たちが見たモデルは、広範囲の振動周波数にわたって非常に一貫した結果を誇っています。 ES1000は、1秒あたり1〜20サイクル以上の振動を効果的に減衰させます。 3〜15 c.p.s.の場合、その補償は90％以上有効です。
確かに、光学システムは重量とかさばりにわずかなペナルティを課します。そして、理論的には、少なくとも、プリズムの物理コンポーネントを移動する必要があるため、電子システムほど迅速に応答することはできません。しかし、これらの欠点は、実際のカムコーダーの使用ではほとんど目立たないものです。
ステディカムJRに関しては、ビデオカメラが急降下する鳥の後ろに乗っているかのように、それを使って達成できる効果は本当に驚くべきものです。マイナス面としては、付属品が増えるにつれて高価になります（約400ドル、実売価格）。そして、最小の形でも、かなりのサイズとかさばりを追加します。
また、一部のユーザーは、ユニットを動かそうとすると、ユニット自体が当惑するような心を持っていると報告しています。しかし、おそらく、最も若いステディカムでさえ、習得するにはかなりの量の練習が必要だと言ったほうが公平でしょう。
一般に、3つのシステムはすべて、ビデオの衣装に多少の重み、コスト、複雑さを追加します。しかし、良いニュースは、それらがうまく機能することです！手ぶれ補正がある場合とない場合の両方で撮影された同様のフッテージを比較すると、明らかな違いがわかります。 （フィールドテスト用安定化カムコーダーの詳細なレポートについては、1993年8月のビデオメーカーのRobert J. Kerrの画像安定装置を参照してください。）
スタビライザーの系譜
では、次の質問は誰が何を作るのかということです。電子的に安定化されたカメラ、または光学システムを備えたカメラはどこに行きますか？一部のメーカーとその製品の概要は次のとおりです。
電子式手ぶれ補正システムは、日立、JVC、パナソニック、三菱から入手できます。
Canonは光学システムを開発しました。その3番目の新しく改良された化身は、前述のES1000のようなモデルに現れます。
Sonyに関しては、このメーカーは3つの異なるシステムを販売しているため、各カメラモデルを確認する必要があります。
- より手頃な価格のユニットは、従来の電子フィールド画像分析システムでEISを採用しています。
- 方法をアップグレードすると、Hi8TR400のようなモデルが見つかります。引き続きEISを使用しますが、フィールド分析の代わりにカメラモーションセンサーを使用します。
- 白いネクタイとテールには、キヤノンからライセンス供与された真の手ぶれ補正機構を使用するSonyHi8TR700があります。
そして、それが十分に混乱していないかのように：ソニーの光学システムは最初のキヤノン世代であると報告されていますが、キヤノン自体は上記のようにバージョン3までです。
誰がそれを必要としますか？
すべてが終わったら、本当に画像安定化が必要ですか？
簡単な答え：スポーツや野生生物のビデオ制作をたくさん行う場合、またはそれ以外の場合は、レンズを望遠に置いてそこに置いておくと、安定します。画像の安定性の向上は劇的です。
手が自然にやや不安定な場合（そしてそれに直面すると、私たちのほとんどは脳神経外科医として生まれたわけではありません）、すべてのレンズ焦点距離で手ぶれ補正の恩恵を一貫して受けることができます。
それ以外の場合は、チェックしてください。フレンドリーな近所のビデオ店で、安定したカムコーダーを大きなモニターに接続し、ズームレンズを完全な望遠に設定してシステムで遊んでください。次に、手ぶれ補正をオフにして、モニターで違いを確認します。
電子フィールド分析スキームが必要な場合は、解像度を犠牲にしないように、選択したカムコーダーに特大のCCDがあることを確認してください。
ある部門で画質を落として別の部門で画質を上げる必要があるとしたら、それは皮肉なことですよね？
ビデオメーカーの寄稿編集者であるジムスティンソンは、産業用ビデオを作成し、プロのビデオ制作を教え、ミステリーフィクションを書いています。