物理学に勝るものはありません。アイザックニュートンが指摘したように、動きは質量に比例します。そのため、今日のフェザー級のビデオの奇跡は、じっとしているのは難しいです。そして、彼らが今日カムコーダーに置いた素晴らしい望遠レンズは本当に素晴らしいです—しかし、彼らはすべての小さな揺れを画面上の仮想地震に拡大します。
このような問題は発明者に天国から送られ、いくつかの解決策が浮かび上がりました。彼らは新しいデバイスをイメージスタビライザーと呼んでいます。自然からヒントを得て、それらの多くはカメラの動きを感知し、それを補正することによって機能します。
この記事では、画像を安定させるために使用されるさまざまな手法のいくつかを探り、この奇跡的なテクノロジーを機能させるためのアイデアをいくつか紹介します。
光安定化
光学式手ぶれ補正機構（またはOIS）は、いくつかの巧妙な光学系を使用して手ぶれを補正します。光学的安定化は、カムコーダーが動いているかどうかを判断するためにモーションセンサーに依存しています。傾斜のようなピッチと、パンのファンシーな言葉であるヨーに関する情報に基づいて、光学システムはジッターを補正します。
この魔法にはどのような光学系が使われていますか？スクイーズプリズムのような非常に興味深いもの—可変ベンドまたはアクティブプリズムとしても知られています。スクイーズプリズムは、フレキシブル回路基板（最新のカメラの主力）以来、最も優れたガジェットです。スクイーズプリズムは、光学グレードのシリコンを間に挟んだ2枚のガラス板で構成されています。シリコンが噴出するのを防ぐために、プレートはアコーディオンプリーツのベローズで接続されています。
2つのプレートが平行になると、画像は真っ直ぐに通過します。しかし、メカニズムの4つの側面のいずれかを絞ると、プリズムになります。下部を少し絞ると、ライトが上部に送られ、カメラの垂直方向の揺れが補正されます。
レンズには、揺れを検出するための1対の小さなジャイロスコープが組み込まれています。カメラが揺れると、これらのジャイロは、補償方法を理解する信号をコンピューターチップに送信します。次に、コンピューターは光学式手ぶれ補正機構に信号を送信し、プリズムの側面をつまんで画像を操作するように指示します。
キヤノンは80年代に手ぶれ補正のパイオニアでしたが、現在はソニーなどの他のベンダーにライセンスを供与しています。
電子安定化
電子手ぶれ補正（またはEIS）は、まったく異なる原理で動作します。今日のカムコーダーは、レンズの焦点面に配置された光センサーのグリッドであるCCD（電荷結合装置）を使用しています。これは、光をビデオ信号を構成する電気パルスに変換する切手よりも小さい、少しハイテクな驚異です。これが、カムコーダーが小型化および軽量化された理由の1つです。かさばるビジコン管の代わりに、小さなCCDが使用されました。
CCDからの信号をコンピューターで処理できます。それは画像の安定化をプログラミングの問題に変えます。
まず、比較のためにフレームを保存する必要があります。これには、メモリのコンピュータ用語であるRAMが必要です。次に、画像をチャンクに分割します。たとえば、2行2列のグリッドです。現在のフレームのチャンクを前のフレームのチャンクと比較します。コンピューターは古い画像をスライドさせて、フィットするかどうかをチェックします。適切なものが見つかると、画面のそのチャンクの水平方向と垂直方向のスライド距離が記録されます。
各チャンクがこのように分析された後、コンピューターはデータを照合します。すべてのフィットが良好で同じ方向にある場合、カメラを動かした可能性があります。一方、フィットが悪い場合、またはチャンクが異なる方向に移動している場合は、移動するオブジェクトが原因である可能性があります。
オブジェクトが動いているだけの場合は、補正する必要はありません。ただし、画面全体の場合は、現在の画像を移動と反対の方向にスライドさせることで補正できます。
この手法はかなりうまく機能しますが、いくつかの癖がある場合があります。たとえば、跳ねるビーチボールを拡大すると、一部のスタビライザーが実際にボールを追跡します。画面スペースを大量に消費するため、カメラの動きのように見えます。ビデオを再生すると、世界がバックグラウンドで上下にバウンドしている静止したボールがあるように見えます。
新しい電子画像スタビライザーは、画像の動きではなくカメラの動きを使用して、揺れを補正します。これらのデバイスは、ビーチボールが跳ねるような状況でより効果的に機能します。光学システムと同様に、レンズにミニチュアジャイロを使用して動きを検出します。
それは素晴らしいことです。これで、カメラの動きを検出して修正する方法がわかりました。しかし、画像を上にスライドすると、画面の下部に黒いスペースができませんか？画像の画面外の部分を使用する場合はそうではありません。そのため、電子安定化が難しくなります。
画面外の領域を作成するには、CCDを大きくするか、通常のCCDにウィンドウを小さくする必要があります。
一部の古いカムコーダーは、そもそも低解像度のCCDを備えており、電子安定化により、その画像からさらに大きな影響を受けます。画像をシフトするには、これらのシステムは小さい方の長方形を取り、それを拡大して画面全体に合わせる必要がありました。画質が低下します。これは、デジタルズームによって引き起こされるのと同じ問題です。画像要素自体が爆発し、画質が低下します。
最新のチップの多くは、NTSC標準を超える解像度を提供します。 CCDの40万ピクセル未満で優れたビデオ品質を得ることができます。ビデオカメラのピクセル数がそれより多い場合は、画像を劣化させることなく電子安定化を処理できる可能性が高くなります。 CCDの周りに長方形をスライドさせるだけで、アクションを追跡できます。長方形は完全なビデオ画像を表すため、拡大する必要はありません。
コンピューターの安定化（後処理）
最近、画像安定化の新しい候補が現れました。コンピュータは画像の分析に非常に優れています。シーンをスキャンしてオブジェクトを選択できます。オブジェクトが認識されると、追跡できます。視野内のオブジェクトを追跡することにより、コンピューターは他の方法では処理できないあらゆる種類の揺れを補正できます。
このテクノロジーはまだ研究段階です。高速デスクトップコンピュータがオブジェクトを計算して追跡するのに30分の1秒以上かかるため、まだその場で実行することはできません。ただし、ビデオをコンピューターに通し、後処理して揺れを取り除くことはできます。
コンピューターの電力は18か月ごとに2倍になるようです。数年以内に、親指サイズのカムコーダーに今日のスーパーコンピューターと同等のものが搭載される可能性があります。コンピューターが画像を安定して鮮明に保ちながら、鉛筆のように耳に貼り付けて走り回ることができます。
たった1つの問題
1つの問題は、多かれ少なかれ、すべての画像安定装置によって共有されます。メカニズムはカメラの動きに気づき、それを修正することで機能するので、どのように意図的にカメラを動かしますか？パンを始めたら、スタビライザーはそれを補おうとしませんか？簡単な答えは：はい。
チルトまたはパンを開始するとすぐに、ファインダーがアクションを遅らせることに気付くでしょう。スタビライザーは、大きな揺れと見なされるものを止めようとしています。
電子スタビライザーは動きを止めようとしますが、画面外の領域がすぐになくなります。その時点で、それは追いつくために優雅に試みますが、いくつかのシステムは他のシステムよりもうまく機能します。初期のシステムでは、スタビライザーがカメラの動きの追跡をあきらめて最初からやり直すと、ジャンプが発生する場合があります。
プリズムは狭い範囲の角度でしか機能しないため（虹を避けるため）、光学スタビライザーは少し良く機能します。そのため、カメラを動かすと、プリズムが最大に固定されます。その時点で、何も起こらなかったかのようにパンが続行されます。
通常、この効果は、視聴者よりもビデオグラファーにとってより当惑させられます。カメラマンは、ビュー画面が実際の動きより遅れていることを知っていますが、視聴者は彼を混乱させる現実の世界を持っていません。結果のビデオは見栄えがします。
新しいシステムは、この影響を最小限に抑えるために、より高度なソフトウェアを使用しています。彼らは、動きの大きさを測定することによって、パンと手ぶれを区別しようとします。動きが大きい場合は、パンが意図されていると見なされます。安定化は小さな動きのために予約されています。それでも、一部のカムコーダーでは、パンする必要があるときにスタビライザーをオフにすることをお勧めします。
シュートアウト
光学的安定化と電子的安定化の両方が技術の驚異です。彼らは揺れを検出し、それを毎秒60回補償することができます。
では、あなたにとって最善の解決策は何ですか？電子的または光学的？まあ、それはあなたが何をしたいのか、そしてあなたがどれだけのお金を持っているかによります。
手ぶれ補正は解像度の問題に悩まされません。画像はCCDにステアリングされているため、フル解像度を利用できます。しかし、それは通常、重く、より多くの費用がかかります。また、光学ソリューションには可動部品があるため、電子安定化よりも多くのバッテリーを消費する可能性があります。
電子安定化は比較的簡単で、安価で軽量です。また、最新のものは、起動時に解像度を犠牲にすることはありません。電子スタビライザーの場合、プロセス全体を監視するコンピュータープログラムが最も重要な基準になる可能性があります。
他のコンピューターアルゴリズムと同様に、プログラマーと同じくらい多くの方法で問題に取り組むことができます。スタビライザーを試して、さまざまな状況をどのように処理するかを確認する必要があります。ファインダーを通して見ることで違いを確認するのは必ずしも簡単ではないため、実際にテスト用のビデオを撮影する必要があります。脳はまだ動きを補正しており、効果を覆い隠します。
結論：あらゆる種類の画像安定化により、動画を劇的に改善できます。ビデオカメラの最新のバッチには、第3世代または第4世代のソフトウェアが含まれており、前の世代に比べて大幅に改善されています。光学システムは1年前は明らかに勝者でしたが、今では電子システムはそれらと同等になっています。新しいカムコーダーの市場にいる場合は、魔法が光学的であろうと電子的であろうと、画像安定装置を頼りに信じられないほどの結果を得ることができます。
そして、次のボートライドのためにDramamine™を保存できます。