Was ist der Unterschied zwischen optischer und digitaler Bildstabilisierung?

Wenn Sie jemals versucht haben, beim Gehen ein Video auf Ihrem Telefon aufzunehmen, wissen Sie, dass es schwierig ist, das Bild still zu halten. Es gibt einige nette Technologien, die diesen Wackeleffekt reduzieren sollen, und es gibt zwei verschiedene Ansätze, um ihn zu implementieren.

Die optische Bildstabilisierung kommt aus der Welt der Standfotografie und verwendet komplexe Hardwaremechanismen innerhalb eines Objektivs, um das Bild ruhig zu halten und eine scharfe Aufnahme zu ermöglichen. Es gibt es schon lange, wurde aber für Video adaptiert und kürzlich für Smartphones miniaturisiert. Die digitale Bildstabilisierung ist eher ein Software-Trick, wie ein „digitaler Zoom“, aber umgekehrt, indem aktiv der richtige Teil eines Bildes auf einem Sensor ausgewählt wird, damit sich das Motiv und die Kamera weniger bewegen. Werfen wir einen Blick darauf, wie beide funktionieren und wie sie in den neuesten Foto-Gadgets angewendet werden.

Optischer Bildstabilisator: Ein Stabilisator für Ihr Objektiv

How-To Geek hat bereits einen Artikel, der erklärt, wie die optische Bildstabilisierung funktioniert. Aber der Vollständigkeit halber fassen wir zusammen: Die optische Bildstabilisierung, kurz OIS genannt und je nach Kameramarke auch „IS“ oder „Vibration Reduction“ (VR, kein Bezug zur virtuellen Realität) genannt, ist alles rund um die Hardware.

Ein Kameraobjektiv mit optischer Bildstabilisierung verfügt über einen internen Motor, der eines oder mehrere der Glaselemente im Objektiv bewegt, während die Kamera fokussiert und die Aufnahme aufnimmt. Dies führt zu einem stabilisierenden Effekt, der den Bewegungen des Objektivs und der Kamera (z. B. durch das Zittern der Hände des Bedieners) entgegenwirkt und eine schärfere, weniger unscharfe Aufnahme ermöglicht. Dies wiederum ermöglicht es, Fotos bei schwachem Licht oder mit einem niedrigeren F-Stop-Wert aufzunehmen und dennoch gut definiert zu sein.

Die Technik, die in dieses Zeug steckt, ist erstaunlich. Es ist eine superkleine Version externer Hardware wie die Multi-Achsen-Gimbals, die auf verwendet werden Systeme wie die Steadicam– diese großen schultermontierten Kamerahalterungen, die Sie vielleicht bei Sportveranstaltungen oder Filmsets gesehen haben. Die Ergebnisse eines Stabilisierungssystems im Objektiv oder in der Kamera sind nicht so dramatisch wie die von externen gyroskopischen Stabilisatoren, aber sie sind immer noch ziemlich beeindruckend. Eine Kamera mit einem Objektiv mit optischer Bildstabilisierung kann bei geringeren Lichtverhältnissen klarere Standbilder aufnehmen als eine ohne, und die gleiche Technologie kann verwendet werden, um den verschwommenen, verwackelten Effekt bei der Videoaufnahme mit einer Handkamera geringfügig zu verbessern. Der große Nachteil ist, dass die optische Bildstabilisierung viele zusätzliche Komponenten in einem Objektiv erfordert und mit OIS ausgestattete Kameras und Objektive viel teurer sind als weniger komplexe Designs.

Bisher war die optische Bildstabilisierung auf High-End-Foto- und Videokameras beschränkt. Aber die Technologie wurde genug iteriert, um sie jetzt in DSLR- und spiegellosen Kameras auf Verbraucherniveau zu bekommen. Es wurde sogar verkleinert, damit ein OIS-Objektiv in ein Smartphone-Kameramodul passt. Ja, das bedeutet, dass es in einigen Smartphones ein winziges, bewegliches Glaselement gibt, das weniger als einen halben Zoll dick ist. Wenn Ihr Telefon über ein OIS-Objektiv verfügt, können Sie das obere Ende an Ihr Ohr halten, etwas schütteln und sogar das stabilisierende Element im hinteren Kameramodul hören. (Ähm, mach das aber nicht zu schwer.)

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

Bei viel kleineren Objektiven und Sensoren ist die OIS-Funktion bei Telefonen nicht so leistungsfähig wie bei größeren Kameras. Aber es hilft Ihnen immer noch, klarere Fotos und weniger verwackelte Videos aufzunehmen. Einige bemerkenswerte Telefondesigns mit optischer Bildstabilisierung sind das iPhone 6+ und höher, das 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 komplett in Software. Wenn Sie mit dem Unterschied zwischen optischem Zoom und digitalem Zoom vertraut sind (dh die Pixel in einem Bild vergrößern, ohne sie zu verbessern), ist es ähnlich. Aber die digitale Stabilisierung hat einen viel unmittelbareren, messbareren Effekt auf Videos.

Um ein verwackeltes, vorab aufgenommenes Video zu stabilisieren, können Sie die Abschnitte an den Rändern, die sich in jedem Frame „bewegen“, ausschneiden, was zu einem stabileren Video führt. Es ist eine optische Täuschung: Während das Video wackelt, wird der Zuschnitt jedes Frames des Bildes angepasst, um das Wackeln auszugleichen, und Sie „sehen“ eine glatte Videospur. Dies erfordert entweder das Vergrößern des Bildrahmens (und Einbußen bei der Bildqualität) oder das Verkleinern des Rahmens selbst (was zu einem kleineren Bild mit sich bewegenden schwarzen Rändern führt).

Patientenvideobearbeiter können dies manuell mit einer fertigen Aufnahme Bild für Bild tun. Hier ist ein dramatisches Beispiel für eine kurze Aufnahme aus Star Wars Episode VII.

Dies ist ein übertriebenes Beispiel für das Zuschneiden für einen stabilisierenden Effekt, aber es zeigt, wie das Bewegen des Bildes um den Videorahmen relativ zum Motiv (dem Schiff) oder zum Hintergrund zu einem flüssigeren Video führen kann. Hier ist eine Sammlung typischer Beispiele mit realen Themen.

Digitale Bildstabilisierung: Software zum Zuschneiden von Videos für Sie

Durch das Hinzufügen fortschrittlicher Software können Computer diese Technik des Zuschneidens und Verschiebens automatisch auf Videos anwenden. Videobearbeitungssoftware wie Adobe Premiere, Final Cut Pro und Sony Vegas können dies tun, indem sie im Allgemeinen den Effekt erzielen, indem sie ein Video in voller Größe geringfügig beschneiden oder zoomen und es Bild für Bild dynamisch stabilisieren. Hier ist ein Beispiel für einen automatischen Stabilisierungseffekt für ein Video, der in Final Cut Pro ausgeführt wurde (überspringen Sie zu 3:34, wenn er noch nicht eingestellt ist).

Genau wie die optische Bildstabilisierung wird diese Nachbearbeitungssoftware immer billiger und verbreiteter. Es ist sogar möglich, die grundlegende Zoom-and-Crop-Stabilisierung zu verwenden, die in einige kostenlose Videodienste wie YouTube und Instagram integriert ist. Dieser Effekt kann nur begrenzt angewendet werden, da er heranzoomen muss, um das Verwackeln der Kamera auszugleichen, ohne dass schwarze Bereiche am Rand des Videoframes angezeigt werden. Je weiter Sie heranzoomen, 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 Zuschnitts kleiner ist als der volle Frame des ursprünglichen nicht stabilisierten Videos (unten).

So kann die Bildstabilisierung auf ein vorhandenes Video angewendet werden. Kombinieren Sie jetzt diese Technik der Moving-and-Crop-Stabilisierung, etwas mehr Platz auf dem Pixelraster eines Standbildkamerasensors beim Aufnehmen von Videos und eine hochentwickelte Software, die Teile des Bildes und deren Bewegung erkennt, und Sie können die Stabilisierung automatisch durchführen. gerade während das Video aufgenommen wird! Diese Software zeichnet das gesamte Bild auf dem Sensor der Kamera für jeden Frame auf, erkennt automatisch, wie die Kamera in Bezug auf das Hauptmotiv und den Hintergrund wackelt und schneidet das Video auf 4K- oder 1080p-Größe zu, während das Bild bewegt wird, um die Bewegung von auszugleichen die Kamera selbst.

Das ist, was „digitale Bildstabilisierung“ bedeutet: Zuschneiden von Werkzeugen auf Videos automatisch und sofort in der Kamera anwenden, ohne dass zusätzliche Software erforderlich ist, nachdem das Video aufgenommen wurde.

Diese Technologie benötigt 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 fortschrittlichere computergestützte Verarbeitung benötigen, um die Zuschneidewerkzeuge in Echtzeit anzuwenden. Aber mit der richtigen Kombination aus Hardware und Software können die Auswirkungen dramatisch sein. Hier ist ein Video der neuesten digitalen Bildstabilisierungstechniken in 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, wobei das Zuschneiden automatisch angewendet wird, um Verwacklungen und Vibrationen auszugleichen. Es ist nicht perfekt – es ist nicht gut genug, um zum Beispiel das Erschüttern eines Fahrrads, das eine Treppe hinuntergeht, vollständig zu entfernen, und es bringt etwa 10 % Crop auf den Videorahmen. Aber es ist eine beeindruckende Verbesserung gegenüber einer nicht stabilisierten Kamera, ohne die Kosten oder den Zeitaufwand für OIS oder reine Software-Stabilisierung. GoPro verfügt seit der Hero 5-Serie über eine kamerainterne digitale Bildstabilisierung und ist auch für andere Action-Kameras verfügbar.

Die digitale Bildstabilisierung kann auch auf Videos auf Telefonen angewendet werden. Google hat auf dem ursprünglichen Pixel ein reines Software-System verwendet (bezeichnet als «EIS» für «elektronische Bildstabilisierung»), und jetzt haben die meisten High-End-Telefone zumindest ein gewisses Maß an digitaler Stabilisierung angewendet, explizit oder nicht. Samsung weist darauf hin, dass beim Galaxy Note 8, Galaxy S9 und Galaxy S9+ gleichzeitig die optische digitale Bildstabilisierung verwendet wird. Die digitale Bildstabilisierung hat jedoch einen großen Nachteil: Im Gegensatz zu einem optischen Stabilisierungssystem kann sie nicht auf Standbilder angewendet werden. Da die digitale Bildstabilisierung auf dem Zuschneiden einer Reihe von Standbild-Videobildern beruht, funktioniert sie nicht nur jeweils einzeln.

Bildnachweis: Kanon, GoPro