Als je beeldmateriaal er soms uitziet alsof je het tijdens een aardbeving hebt opgenomen, is dat niet jouw schuld. Geen enkele video uit de hand zal perfect stabiel zijn; zelfs foto's gemaakt op een statief kunnen de kriebels krijgen als je op volledige telefoto fotografeert. Maar je kunt slechte vibes uit je programma's bannen door beeldstabilisatie te gebruiken.
Beeldstabilisatorsystemen kunnen het trillen van uw afbeeldingen aanzienlijk verminderen; maar om er een te gebruiken, moet je investeren in een camcorder die er een bevat. Dus voordat u overweegt dat te doen, wilt u weten hoe goed beeldstabilisatie werkt, of het de kosten waard is en wat uw opties zijn bij het selecteren van een systeem.
In dit artikel zullen we kijken naar de soorten en oorzaken van cameratrilling, de twee zeer verschillende methoden om dit te compenseren en een andere manier om trillingen volledig te beheersen. Laten we beginnen met het waarom van cameratrilling.
Alles over cameratrilling
Videobeelden trillen omdat de camcorder die ze heeft gemaakt bewoog; dat is duidelijk genoeg. Maar verschillende soorten bewegingen veroorzaken verschillende soorten spiertrekkingen.
De meest voorkomende oorzaak van beweging is simpelweg het menselijke spierstelsel. We houden onze armen stil door spanning tussen tegengestelde sets spieren, flexoren en extensoren. Dit resulteert in een continue touwtrekken - het effect is een lichte maar constante beweging heen en weer.
Om dit te demonstreren, wijs met één vinger naar een woord op deze pagina, sluit dan één oog en bestudeer de vinger met de andere. Je zult zien dat het gewoon onmogelijk is om te voorkomen dat de vinger een beetje beweegt ten opzichte van het woord. Hetzelfde gebeurt als je een camcorder vasthoudt.
De op één na grootste oorzaak van cameratrilling is beweging van plaats naar plaats. Elke keer dat je een stap zet, stuur je een kleine schokgolf door je lichaam die ervoor zorgt dat wat je ziet een beetje stuitert. Je merkt dit niet omdat je hersenen het stotende beeld compenseren, maar je hersenloze camcorder neemt plichtsgetrouw een beeld op dat springt bij elke schokkende stap.
De laatste grote bron van beeldtrillingen is trillingen, een resonantie die herhaaldelijke stoten veroorzaakt met snelle en regelmatige tussenpozen. De meest voorkomende bron van trillingen zijn machines, bijvoorbeeld een automotor.
In sommige omstandigheden kunt u twee of drie soorten shakes tegelijk krijgen. Als je bijvoorbeeld met de hand in een rijdend voertuig zit, heb je te maken met wedijverende spieren, hobbels in de weg en motortrillingen.
Het is belangrijk om de verschillende soorten bewegingen te begrijpen. Waarom? Omdat beeldstabilisatiesystemen, om goed te werken, verschillende methoden gebruiken om verschillende soorten trillingen te dempen. Zoals we binnenkort zullen zien, zijn hun controlerende microchips effectiever in het detecteren en compenseren voor bepaalde frequenties en amplitudes van beweging. Met andere woorden, de kans dat ongewenste beweging in je video terechtkomt, hangt af van hoe vaak het gebeurt en hoe sterk het is.
De meest voorkomende schudfrequenties liggen tussen één en 20 per seconde. Typisch zal een lichte hand-en-arm tremor tussen drie en vijf cycli per seconde (cps). Een niet-afgestemde automotor loeit met 1200 tpm. zal trillen bij 20 c.p.s. (uitgaande van één vibratiecyclus per motoromwenteling).
Praktische gevolgen
Het type camcordertrilling is van invloed op het type beeldtrilling dat het gevolg is. Een langzame, lichte armbeweging zorgt voor een milde weifeling die niet altijd onaangenaam is. Een zeer snelle, regelmatige trilling zorgt ervoor dat het hele beeld onscherp lijkt. Tussendoor kan een hobbelige wandeling of rit een onregelmatige slingerende beweging veroorzaken die sommige kijkers misschien misselijk maakt.
Het effect op het beeld is ook afhankelijk van de brandpuntsafstand waarop u de camcorderlens instelt. Bij een extreme groothoek is de meeste camerabeweging acceptabel of zelfs onmerkbaar. Maar bij volledige telefoto vergroot je de camerabeweging samen met het onderwerp. Als je ooit hebt geprobeerd je hand vast te houden terwijl je een voetbal- of honkbalwedstrijd van een afstand dekte, weet je dat de resultaten eruit kunnen zien alsof je vanuit een roeiboot in zware zee opneemt.
Een andere factor is van invloed op cameratrilling:het gewicht en het ontwerp van de camcorder. Als alle andere dingen gelijk zijn, zijn zwaardere VHS-camcorders van volledige grootte doorgaans stabieler dan hun neven VHS-C en 8 mm. De reden:eenvoudige traagheid. Hoe meer gewicht, hoe meer kracht er nodig is om het te verplaatsen.
Op de ontwerpafdeling zijn camcorders waarmee gebruikers ze van hun gezicht kunnen houden gemakkelijker stabiel te houden. Je handen en armen kunnen als schokdempers fungeren, maar de benige rand rond het oog dat je tegen de zoeker drukt, brengt elke trilling van je lichaam over naar de camera. Aan de andere kant, wanneer je een full-size camcorder tijdens het fotograferen tegen je wang drukt, verhoogt de stevige romp van zijn lichaam de stabiliteit. Dit is een van de redenen waarom de meeste ENG-camera's (elektronische nieuwsgaring) nog steeds de voorkeur geven aan camera's op ware grootte.
Nu we de soorten en kenmerken van cameratrilling hebben onderzocht, kunnen we kijken hoe verschillende fabrikanten dit proberen te compenseren. Er zijn twee basisbenaderingen:elektronisch en optisch.
Elektronische beeldstabilisatie
Zoals de naam al aangeeft, vermindert elektronische beeldstabilisatie (EIS) trillingen door het beeld elektronisch te manipuleren. Dit is hoe EIS werkt.
In een camcorder die is uitgerust met elektronische beeldstabilisatie, neemt het regelcircuit niet het volledige beeld op dat op de lichtgevoelige chip van de camera valt. In plaats daarvan registreert het ongeveer 90 procent van het oppervlak van de chip. Als de camera stilstaat, is die 90 procent van links naar rechts en van boven naar beneden gecentreerd, zoals je kunt zien in figuur 1a. [[[Figuur 1]]]
Stel nu dat de camera naar links beweegt. Daardoor verschuift het beeld naar de rechterkant van het opgenomen frame en het resultaat is een wankel beeld (Figuur 1b).
Maar als de camera EIS heeft, veranderen de zaken. Wanneer u tegen de camera stoot, verschuift het gebruikte gedeelte van het uitleesgebied van de afbeelding op de chip zelf elektrisch tegen de bewegingsrichting in om de hoeveelheid beweging te compenseren, waardoor het onderwerp van de opname wordt gevolgd (Figuur 1c).
Hoe weet de camera wanneer en waar het opgenomen gedeelte van het chipbeeld moet worden verschoven? Door een van twee verschillende soorten informatie te analyseren:1) veranderingen in de afbeelding zelf; of 2) veranderingen in de positie van de camcorder. (Elke specifieke camcorder gebruikt slechts één van deze twee benaderingen.)
Beeldanalyse. Een methode voor het detecteren van camerabewegingen is het gebruik van een microchip om veranderingen van het ene beeldveld naar het andere te analyseren. (Zoals u weet, bestaat één videoframe uit twee geïnterlinieerde velden.) Het circuit van de camera bevat twee 'veldgeheugens', die elk kort één veld opslaan. Dat wil zeggen, één geheugen slaat veld één op, dan veld drie en dan vijf. De andere slaat twee, vier en dan zes op, enzovoort.
In principe zoekt de microchip naar beweging door geselecteerde gebieden van het tweede veld in elk frame te vergelijken met dezelfde gebieden van het eerste veld. Hier is wat het zoekt:
- Als het beeld in sommige gebieden verschilt van veld a tot veld b, maar het beeld in andere gebieden niet, dan is het het onderwerp dat beweegt, niet de camera. Het onderwerp loopt bijvoorbeeld over het frame, maar de achtergrond blijft stil.
- Als het beeld in alle gebieden evenveel verschilt, betekent dit dat het hele beeld verschuift en dat kan cameratrillingen betekenen.
Dus als de vergelijking van de twee velden geen uniforme verandering laat zien, doet het EIS-circuit niets. Als dat zo is, analyseert de chip de richting van de beweging en verschuift het actieve segment van de CCD in de tegenovergestelde richting. Wanneer het beeld zigzagt, zigzagt het, met precies dezelfde hoeveelheid.
Let op wat we eerder zeiden:dat een uniforme verandering over het hele veld cameratrilling kan betekenen. Soms kunnen grote hoeveelheden beweging worden veroorzaakt door, je raadt het al, de beweging van een groot onderwerp. Dit verklaart het grootste nadeel van de meeste EIS-systemen:ze kunnen het verschil niet zien tussen camerabeweging en de beweging van een onderwerp dat het grootste deel van het beeld vult.
Bewegingsdetectie. Waar sommige EIS-systemen beeldverandering van veld tot veld analyseren, detecteren en interpreteren andere de beweging van de camera zelf. Kleine, gevoelige bewegingsdetectoren melden elke fysieke verschuiving van de camcorder. Omdat ze het beeld helemaal niet analyseren, laten bewegingssensoren zich niet misleiden door de beweging van het onderwerp.
Maar ze kunnen nog steeds voor de gek gehouden worden. Wat als de camera expres beweegt:pannen of kantelen of volgen? Wat weerhoudt een EIS-schema ervan om zijn bult te breken en te proberen grote camcorderbewegingen te compenseren?
Warme en wazige computerchips
“Vage logica”, dat is wat. Fuzzy logic is een speciaal type instructieset waarmee een computer kan raden. Normaal gesproken moet een computer een absoluut perfecte "als/dan/anders"-situatie hebben om te kunnen functioneren. Stel je voor een veel vereenvoudigd voorbeeld een auto voor die wordt bestuurd door een computer. Door zijn programmering weet de computer dat als het licht rood is, de auto moet stoppen; als het licht anders is, ga dan door. Bij het volgende kruispunt praat de computer met een sensor aan de oppervlakte:"Is het licht rood of niet?"
'Niet', antwoordt de sensor, en de auto gaat verder.
Maar bij de volgende kruising vraagt de computer:"Rood of niet?" De sensor meldt:"Er is hier geen stoplicht."
"Dat is niet rood", zegt de computer, en hij stuurt de auto recht in een ongeval.
Maar met fuzzy logic-programmering kan de computer in plaats daarvan antwoorden:"Geen licht? Oké, nadert er dan iets op de zijstraat?”
“Nee.”
“Dan is het waarschijnlijk oké om te gaan, dus ik riskeer het.”
Vage logica, kortom, stelt een computer in staat die wordt geconfronteerd met onzekere omstandigheden om zijn beste opname te maken, wat in een camcorder een stabiel schot is. Als het hele beeld gelijkmatig blijft veranderen, realiseert de chip zich dat dit camerabeweging is in plaats van trilling, en probeert hij niet te compenseren.
Vage logica is ook nuttig bij het detecteren en compenseren voor verschillende soorten trillingen. Hier keren we terug naar frequentie en amplitude. Door het specifieke type shake te analyseren en te identificeren, kan de microchip zijn compensatie optimaliseren.
Vroege pogingen tot beeldstabilisatie werden beperkt door het feit dat ze alleen effectief waren binnen een smal frequentiebereik. Een systeem dat is geoptimaliseerd voor armbewegingen met vier of vijf cycli per seconde, kan niet snel genoeg reageren op snelle trillingen. Aan de andere kant had een systeem dat is ontworpen om trillingen te dempen de neiging om overdreven te reageren op langzamere bewegingen.
In de huidige stabilisatiesystemen is het regelcircuit echter in staat om de respons nauwkeurig af te stemmen op het type schok.
Hoewel we het gehad hebben over bewegingssensoren, besturingschips en fuzzy logic in de context van elektronische beeldstabilisatie, gelden precies dezelfde dingen ook voor optische stabilisatie. Maar als de detectie en programmering in wezen hetzelfde zijn, is optische compensatie een totaal andere benadering.
Optische beeldstabilisatie
Optische beeldstabilisatie werkt voordat het beeld de CCD raakt, dus er zijn geen elektronische aanpassingen nodig en het beeld kan 100 procent van het chipoppervlak vullen.
In feite doen optische systemen hun werk voordat het beeld zelfs maar de lens van de camcorder binnenkomt. In principe is het idee simpel:plaats een optisch prisma tussen de scène en de lens om het verschoven beeld weer in het midden te buigen.
Eenvoudig? Suuure! Een prisma breekt licht langs slechts één enkele as; maar beeldtrilling varieert oneindig in zowel richting als amplitude. Geen enkel prisma zou ooit alle soorten trillingen en trillingen kunnen compenseren.
Dus de ingenieurs van Canon bedachten een ingenieuze oplossing:een 'zacht' prisma waarvan de brekingsas verandert wanneer je het buigt. Om dit variabele prisma te maken, plaatsen ze twee stukken optisch glas met een opening ertussen, omsloten door een met accordeon geplooide cilinder (zie figuur 2).
[[[Figuur 2 hier]]]
Ze vullen de ruimte tussen de glaselementen met vloeibaar silicium met een zeer hoge brekingsindex.
Als je de accordeonbuis op een willekeurig punt rond de rand uitzet, wordt deze aan de andere kant samengedrukt, waardoor de hoek tussen de glaselementen verandert. Als je het als een wijzerplaat beschouwt, kantelt het glas om negen uur door de rand uit te breiden naar drie uur; uitzetten om tien uur kantelt het glas naar vier uur enzovoort. Vouw de rand iets uit voor een kleine hoek; breid het vollediger uit voor een grotere hoek.
Het resultaat:een prisma waarvan de as oneindig variabel is over 360 graden en waarvan de brekingshoek ook variabel is. In praktische termen betekent dit dat op welke manier een beeld ook afbuigt, het prisma het terug kan richten naar het midden van de CCD.
Bekijk afbeelding 3 om te zien hoe dit werkt.
[[[figuur 3 hier]]]
Figuur 3a toont het beeld van een man en een vrouw die door een lens op een CCD worden gericht. (Vergeet niet dat camcorderlenzen veel complexer zijn dan dit eenvoudige diagram.) In figuur 3b buigt de lens iets naar beneden, zodat het beeld omhoog is bewogen in het frame en van positie is veranderd op de CCD. Het resultaat wordt weergegeven als beeldtrilling.
Afbeelding 3c laat zien wat er gebeurt als u het variabele prisma van Canon tussenvoegt. Door aan de bovenkant net genoeg uit te breiden om de beeldverschuiving te compenseren, breekt het prisma het beeld terug naar het midden van de CCD. Als gevolg hiervan verschuiven de onderwerpen niet ten opzichte van het frame en wordt de beeldtrilling effectief geannuleerd.
Een korte zijreis
Ontworpen om cameratrillingen te compenseren, proberen zowel elektronische als optische systemen de effecten ervan ongedaan te maken nadat ze zich hebben voorgedaan. Een andere benadering van stabilisatie:voorkom dat camerabewegingen optreden. In plaats van het beeld te stabiliseren, probeert deze methode de camcorder zelf te stabiliseren.
De meest bekende camerastabilisator is de Steadicam van Cinema Products, een ingenieus gebruik van een veerarmsysteem dat camerabewegingen dempt. Full-size Steadicam-harnassen voor filmwerk zijn zo groot dat de operators ze dragen. En hoewel de resultaten spectaculair kunnen zijn - met een acteur door een deur zweven, drie trappen op, een smalle gang door en door een andere deuropening - vereisen ze veel kracht en behendigheid om te werken, samen met veel oefening.
De Steadicam compenseert enorme cameratrillingen, zoals het rennen van een trap. Het bevindt zich in een heel andere klasse dan camerabeeldstabilisatoren die zijn ontworpen om trillende handen te compenseren.
In de afgelopen jaren is de Steadicam JR echter een populaire stabilisatiemethode geworden. Ontworpen voor camera's met een gewicht van minder dan vier pond, werkt de Steadicam JR door het gewicht van de camera te laten drijven op een exoskelet-gimble-arm die door de operator wordt vastgehouden. Dit isoleert de camera van de bewegingen van de operator.
Hoewel Steadicams eigenlijk camera's zijn in plaats van beeldstabilisatoren, hebben we ze hier kort opgenomen voor het perspectief dat ze bieden op de voor- en nadelen van elektronische en optische methoden.
Voor- en nadelen
Alle drie de stabilisatiemethoden bieden een combinatie van positieve en negatieve eigenschappen.
Elektronische stabilisatiesystemen zijn compact omdat ze geen volume toevoegen aan de lens, en snel omdat ze niets fysiek hoeven te verplaatsen. Al het zware werk gebeurt elektronisch, met ultrahoge snelheid.
Aan de andere kant offeren veel elektronische systemen de beeldkwaliteit op omdat ze slechts 90 procent van de CCD gebruiken. Als gevolg hiervan moet het beeld elektronisch worden vergroot om de resterende 10 procent van het frame te vullen, met onvermijdelijk verlies van scherpte.
Om dit probleem aan te pakken, stappen fabrikanten nu over op overmaatse chips, waarvan 90 procent van het oppervlak gelijk is aan 100 procent van een conventionele chip. Het JVC-model GR-SZ7 levert bijvoorbeeld verliesvrije EIS dankzij een CCD die 570.000 sensoren bevat!
Een ander probleem met sommige units is dat hun effectiviteit aanzienlijk varieert, afhankelijk van de frequenties die worden gedempt.
Optische stabilisatiesystemen hebben geen dure extra grote CCD's nodig omdat ze het volledige chipgebied gebruiken. Modellen die we hebben gezien, zoals de Canon ES1000 Hi8-camcorder, bieden opmerkelijk consistente resultaten over een breed scala aan trillingsfrequenties. De ES1000 dempt effectief trillingen van 1 tot meer dan 20 cycli per seconde; tussen drie en 15 cps, is de compensatie meer dan 90 procent effectief.
Om zeker te zijn, optische systemen betalen een kleine boete in gewicht en massa. En theoretisch kunnen ze tenminste niet zo snel reageren als elektronische systemen omdat ze de fysieke componenten van hun prisma's moeten verplaatsen. Maar deze nadelen zijn vrijwel onmerkbaar bij echt camcordergebruik.
Wat de Steadicam JR betreft, de effecten die u ermee kunt bereiken zijn werkelijk opmerkelijk, alsof uw camcorder op de rug van een vliegende vogel rijdt. Aan de negatieve kant is het duur als accessoires gaan (ongeveer $ 400, straatprijs). En zelfs in zijn kleinste vorm voegt het aanzienlijke omvang en massa toe.
Sommige gebruikers melden ook dat het apparaat een eigen verontrustende geest heeft wanneer je het probeert te verplaatsen. Maar misschien is het eerlijker om te zeggen dat zelfs de jongste Steadicam behoorlijk wat oefening nodig heeft om het onder de knie te krijgen.
Over het algemeen voegen alle drie de systemen meer of minder gewicht, kosten en complexiteit toe aan uw video-outfit. Maar het goede nieuws is dat ze geweldig werken! Vergelijk vergelijkbare beelden die zijn gemaakt met en zonder beeldstabilisatie en je zult het duidelijke verschil zien. (Voor een diepgaand rapport over het in de praktijk testen van gestabiliseerde camcorders, zie Robert J. Kerr's Image Stabilizers in de Videomaker van augustus 1993.)
Stabilisator genealogieën
De volgende vraag is dan:wie maakt wat? Waar ga je heen voor een elektronisch gestabiliseerde camera - of voor een met een optisch systeem? Hier is een informeel overzicht van enkele fabrikanten en hun productaanbod.
Elektronische beeldstabilisatiesystemen zijn verkrijgbaar bij Hitachi, JVC, Panasonic en Mitsubishi.
Canon heeft het optische systeem ontwikkeld; zijn derde nieuwe en verbeterde versie verschijnt in modellen zoals de eerder genoemde ES1000.
Wat betreft Sony, je moet elk cameramodel bekijken, want deze fabrikant verkoopt drie verschillende systemen:
- Meer bescheiden geprijsde eenheden maken gebruik van EIS met het klassieke elektronische veldbeeldanalysesysteem.
- Als je een stuk duurder bent, vind je modellen zoals de Hi8 TR400. Het gebruikt nog steeds EIS, maar met camerabewegingssensoren in plaats van veldanalyse.
- Daarboven in witte stropdas en staarten is de Sony Hi8 TR700, die echte optische stabilisatie gebruikt onder licentie van Canon.
En alsof dat nog niet verwarrend genoeg was:het optische systeem van Sony is naar verluidt de eerste generatie van Canon, terwijl Canon zelf versie drie heeft, zoals hierboven vermeld.
Wie heeft het nodig?
Als alles is gezegd en gedaan, heb je dan echt beeldstabilisatie nodig?
Het korte antwoord:als je veel sport of video's van dieren in het wild maakt, of wat dan ook, waar je je lens op volledige telefoto parkeert en hem daar houdt, ga dan voor stabilisatie. De verbetering van de beeldstabiliteit zal dramatisch zijn.
Als uw handen van nature wat onvast zijn (en eerlijk is eerlijk, de meesten van ons zijn niet geboren als neurochirurg), zult u waarschijnlijk consequent profiteren van beeldstabilisatie bij alle brandpuntsafstanden van de lens.
Bekijk het anders eens. Bij uw vriendelijke videotheek in de buurt kunt u een gestabiliseerde camcorder aansluiten op een grote monitor, de zoomlens instellen op volledige telefoto en met het systeem spelen. Zet dan de beeldstabilisatie uit en bekijk het verschil op de monitor.
Als u besluit dat u een elektronisch veldanalyseschema wilt, controleer dan of de camcorder die u kiest een extra grote CCD heeft, zodat u de resolutie niet opoffert.
Het zou ironisch zijn, nietwaar, als u op de ene afdeling de beeldkwaliteit zou moeten verliezen om die op een andere afdeling te krijgen?
Videomaker-editor Jim Stinson maakt industriële video's, geeft les in professionele videoproductie en schrijft mysterieuze fictie.