Цифровая стабилизация изображения в FullHD-видеокамерах

Тестирование проведено и предоставлено независимой тестовой лабораторией CCTVLAB. 

 

Профессиональное видеонаблюдение – это такая область, где даже самая мелкая деталь может иметь важнейшее значение. Недаром идет непрестанное увеличение разрешения видеокамер и производители соревнуются, кто сможет представить на рынок новейшую модель с еще большим количеством мегапикселей. Ведь высокое реальное разрешение как раз и позволяет видеть те самые мелкие детали. Раньше задачи распознавания решались только на достаточно близком расстоянии от камер. Теперь же видеокамера может находиться на значительном удалении от наблюдаемого объекта и при этом передавать все происходящее на сцене с достаточной детализацией.

Для профессионалов сцены из фильмов, в которых происходит бесконечное увеличение изображения за счет использования фантастических алгоритмов, всегда были комичными. Однако высокое реальное разрешение позволяет без использования каких-то сюрреальных технологий получать максимально детализированное изображение. И наиболее сбалансированными сейчас являются FullHD-камеры, осуществляющие съемку с разрешением 2 Мпкс. Несколько лет назад они только появились на рынке и проигрывали более ранним моделям по чувствительности (реальному разрешению при низкой освещенности) и величине потока (требуемому размеру архива на видеосервере для полноценного видеомониторинга 24/7). А сейчас благодаря новым высокочувствительным сенсорам и применению новейших алгоритмов кодирования эти модели стали практически минимальным вариантом, используемым инсталляторами.

Реальное разрешение зачастую значительно меньше заявленного вследствие воздействия разнообразных внешних факторов. И одной из причин, приводящих к этому, является воздействие на видеокамеры механической вибрации в месте установки. Подобная вибрация практически всегда сопутствует видеокамерам, установленным вдоль автомобильных дорог на столбах или специальных мачтах. В этом случае она возникает вследствие сильного ветра и нестабильности используемой конструкции. Кроме того, на камеру может непосредственно передаваться и вибрация от техногенного источника. Зачастую (особенно при видеонаблюдении в помещении) рядом оказывается какой-то мощный источник вибрации: генератор, лифт, входная дверь. Кроме смазывания изображения при эксплуатации в таких условиях, происходит «дребезжание» картинки и заметное увеличение потока. Главная проблема состоит в том, что вибрация является непредсказуемым процессом, не может быть учтена, описана, а значит и полностью скомпенсирована определенным алгоритмом. Подобное ухудшение изображения сильно усложняет задачу детекции, а тем более распознавания. К примеру, при распознавании автономеров ПО может не справляться с такими условиями и выдавать большое количество ошибок. Стоит учитывать, что для длиннофокусных объективов влияние вибрации будет наиболее критичным и даже небольшое перемещение камеры может вызывать колоссальное смещение картинки. При больших увеличениях это недопустимо. А ведь малая вибрация присутствует практически всегда, но обычно ее просто не замечают.

Поэтому важной для инсталлятора, а следовательно и производителя становится разработка способов борьбы с подобным. Полноценное решение этой проблемы заключается в применении оптической стабилизации в объективах видеокамер. Но такие камеры практически отсутствуют на рынке и являются скорее дорогостоящими проектными устройствами. Другой вариант, куда более доступный и распространенный, – использование программной стабилизации изображения. Подобные алгоритмы стабилизации могут называться по-разному: EIS – Electronical Image Stabilization, DIS – Digital Image Stabilization. Существует подход, при котором в камере используется гиросенсор. Его перемещения передаются в процессор камеры и учитываются при программной обработке изображения для компенсации вибрации. Еще есть несколько достаточно экзотических вариантов для видеонаблюдения. Ну и наконец, инсталляторы зачастую просто игнорируют мелкую вибрацию камеры, лишь иногда подстраивая сбившуюся фокусировку.

Преимущества и недостатки разных типов стабилизации изображения указаны в табл. 1.

Чтобы посмотреть, что же из себя представляют цифровые алгоритмы стабилизации как самый доступный вариант компенсации вибрации, мы решили провести тестирование.

Принцип работы алгоритмов цифровой стабилизации изображения

Принцип работы алгоритмов цифровой стабилизации изображения заключается в программной обработке видеосигнала, поступающего с сенсора камеры. При включении режима стабилизации видеокамера фиксирует центр изображения. Камера транслирует часть потока («кроп»), обрезая полосу изображения по периметру. При возникновении перемещения (при вибрации) она «следит» за перемещением центра изображения, передвигая область трансляции по площади кадра вслед за перемещением. Таким образом, амплитуда цифрового стабилизатора ограничена периметральной областью, вырезанной из площади изображения.

Что тестируем? Мы решили испытать воздействие вибрации на изображение в Box-камерах. Для этих моделей чаще всего возможна установка на улице в кожухе с применением длиннофокусных объективов, что является наиболее сложным условием при наличии вибрации. FullHD-разрешение выбрано как самое востребованное на текущий момент. Таким образом, мы собирали камеры со следующими ограничениями:

• разрешение 2–3 Мпкс;
• корпус Box.

Какие модели были предоставлены на тест? В результате в лаборатории оказались следующие образцы:

• BEWARD SV2015M;
• Bolid VCI-320;
• NOVIcam PRO NC24P;
• приобретенная лабораторией камера, которую в дальнейшем будем называть Noname.

Как будем проводить измерения?

Все измерения будем проводить при одинаковом угле обзора у камер. Оценим общее качество съемки камер, определив реальное разрешение при помощи типовой тестовой таблицы при снижении освещенности от 500 до 1 лк, не используя ИК-подсветку.

Заданные амплитуда и частота вибрации в нашем тесте характерны для конструкций, на которые устанавливают камеры (столбы, мачты над автомагистралями).

Частота вибрации составляла 1 и 5 Гц, а смещение изображения в объективе камеры по отношению к полному размеру кадра равнялось 2, 6 и 11%. Влияние этой вибрации на качество съемки будем оценивать по нескольким факторам.

Первым будет разрешение камеры при воздействии вибрации и при воздействии вибрации и включенном алгоритме стабилизации. А вторым фактором будет отношение перемещения изображения при воздействии вибрации к перемещению изображения при воздействии вибрации с включенным алгоритмом стабилизации.

BEWARD SV2015M

Предоставлена НПП «Бевард»

Самая дорогая камера в тесте, которая показала самое высокое разрешение и наилучшую стабильность разрешения при снижении освещенности. Продемонстрировала наибольшую эффективность алгоритма стабилизации изображения при больших амплитудах на 1 Гц и при малых на 5 Гц . Лидирует по величине разрешения при малой амплитуде и вибрации на 1 Гц при выключенном алгоритме стабилизации. На этой же частоте включение алгоритма стабилизации позволяет сохранить разрешение даже при воздействии вибрации.

Производитель отмечает, что камера снабжена чувствительным сенсором SONY Exmor R, что позволяет ей записывать качественное видео с высокой цветопередачей и малым уровнем шума в условиях недостаточной освещенности, а также при работе с короткой выдержкой для наблюдения быстро движущихся объектов.

По словам производителя, поддерживаемая функция ABF преобразует объектив с типом крепления CS в объектив с автофокусом для удаленного изменения положения матрицы, точно подстраивая таким образом фокусировку изображения. Заявлены поддержка режима высокоскоростной съемки (60 кадр/с), кодек H.265 совместно с режимом Smart Stream для повышения степени сжатия видео и 2-кратный расширенный динамический диапазон (Double Scan, 2xWDR).

В характеристиках указана встроенная поддержка расширенной видеоаналитики на восемь функций: подсчет людей, пересечение линии, детекторы праздношатания, саботажа, людей, движения и входа/выхода в рамках заданной области (активация лицензии).

Bolid VCI-320

Предоставлена ЗАО НВП «Болид»

Камера имеет наименьшее (почти нулевое) снижение разрешения при включении алгоритма стабилизации во всех условиях. Лидирует по эффективности алгоритма стабилизации изображения при малых и средних амплитудах на 1 Гц и занимает второе место по этой величине на 5 Гц. Имеет наилучшее разрешение при вибрации 5 Гц.

Производитель описывает модель как цветную видеокамеру, предназначенную для работы в составе комплекса видеонаблюдения и непрерывной трансляции видеоизображения с охраняемой зоны на системы отображения, записи, хранения и воспроизведения видеоизображения. Производитель оснастил свою камеру аудиовходом и аудивыходом для подключения дополнительного звукового оборудования. В модели заявлен разъем DI/DO для приема/отправки и обмена цифровыми сигналами с внешними устройствами.

Для более экономного использования видеоархива камера поддерживает видеозапись с помощью кодека Н.265. В камере заявлен встроенный адаптер PoE для питания по кабелю сети Ethernet и слот для карты microSD, позволяющий сохранять видео даже при отсутствии сетевого подключения.

Производитель отмечает, что видеокамера обладает расширенным динамическим диапазоном 140 дБ для одновременного отображения ярких и темных участков одного кадра и высокой чувствительностью в условиях плохой освещенности.

NOVIcam PRO NC24P

Предоставлена компанией NOVIcam

Камера входит в число лидеров по величине и стабильности разрешения, причем при хорошей освещенности показывает достаточно близкие к лидеру значения.

Модель не оснащена функцией цифровой стабилизации изображения. IP-видеокамера исполнена в классическом корпусе и, по словам производителя, передает изображение FullHD с разрешением 1080р, 25 кадр/с и обеспечивает детализированный обзор. По информации производителя, связка мегапиксельного сенсора SONY и производительного процессора превращает камеру в мультифункциональное устройство. Заявляется возможность подключения к камере микрофона и динамиков, датчиков тревоги и реле, карты памяти, что должно позволить организовать на ее основе полноценную систему видеонаблюдения.

На одну из боковых сторон вынесен разъем автоматической регулировки диафрагмы (АРД) для электронного управления световым потоком. Поддержка технологии РоЕ позволит использовать один кабель для передачи питания и данных.

Производитель подчеркивает, что для простоты настройки и удаленного доступа к камере предоставляется бесплатный облачный сервис P2P. Поддержка стандарта ONVIF предназначена для обеспечения связи с популярными IP-видеорегистраторами и программным обеспечением. Заявляется широкий диапазон рабочих температур, позволяющий использовать камеру даже в неотапливаемых помещениях.

Noname

Предоставлена лабораторией CCTVLab

Ожидаемо отстает от других камер по величине разрешения и качеству работы алгоритма цифровой стабилизации изображения практически при всех условиях. Однако показывает рост эффективности алгоритма стабилизации при частоте вибрации 5 Гц, в итоге выигрывая у других моделей при больших амплитудах.

Модель является типовой видеокамерой из китайского интернет-магазина и оснащена сенсором SONY IMX123. Преимуществом этой конкретной модели является поддержка алгоритма цифровой стабилизации изображения.

 

Результаты испытаний

Во всех камерах наблюдалось закономерное снижение разрешения при снижении освещенности (рис. 1).

По графикам (рис. 2 и рис. 3) становится заметно, что в большинстве камер при увеличении амплитуды вибрации происходит закономерное падение разрешения. В основном разрешение камер при включенном алгоритме немного ниже, чем когда он выключен.

Чем выше амплитуда и частота вибрации, тем меньше разница между величинами разрешений при съемке с выключенным алгоритмом и при его включении. Интересно, что при частоте 1 Гц алгоритм стабилизации одной из камер отрабатывает вибрацию без видимого ухудшения изображения.

При оценке эффективности работы алгоритма стабилизации можно заметить много интересных особенностей.

Эту эффективность вычисляли при воздействии вибрации как отношение амплитуды колебания изображения к амплитуде колебания изображения при включенном алгоритме стабилизации изображения. Получилось, что алгоритмы стабилизации камер более эффективны на частоте 1 Гц (рис. 5), причем эффективность с увеличением амплитуды вибрации только возросла.

А вот при частоте 5 Гц (рис. 6) эффективность с ростом амплитуды вибрации незначительно росла только у одной камеры, а у двух других заметно снижалась.

При большой амплитуде вибрации на частоте 5 Гц амплитуда перемещения изображения у этих двух камер при включенном алгоритме сравнялась с амплитудой при выключенном алгоритме.

Если же рассмотреть все результаты в совокупности, то можно отметить, что камеры лучше справились с вибрацией на 1 Гц. Можно предположить, что производители настраивали свои алгоритмы именно на такие условия.

Подведем итоги

По результату тестов данных образцов камер можно сделать следующие важные выводы. Алгоритм стабилизации изображения при его включении снижает разрешение камеры, даже при съемке статичного изображения при отсутствии вибрации. И далее разрешение падает с увеличением амплитуды и частоты вибрации, стабилизатор позволяет лишь сохранить разрешение на том же уровне либо ухудшает его еще больше. Но в то же время алгоритм цифровой стабилизации значительно сокращает амплитуду колебаний изображения, снижая скачок битрейта из-за вибрации, что позволяет более стабильно работать различным алгоритмам аналитики, таким как распознавание номеров, детектор движения и т.д., а также делает просмотр видео более комфортным.

Отсюда следует главная рекомендация для инсталляторов: необходимо следить, чтобы на камере алгоритм стабилизации был выключен при отсутствии веского обоснования его включения (не столько самого наличия заметной вибрации камеры в месте установки, сколько именно влияния этой вибрации на качество выполнения системой видеонаблюдения конкретных задач).

Опубликовано в журнале «Системы безопасности» №2, 2019

Посмотреть результаты испытания других типов видеокамер >>

Цифровая стабилизация изображения со стационарных камер — корреляционный подход / Хабр

Введение

Данную статью я решил написать после прочтения статьи «Массивно-параллельная стабилизация изображения», в которой описывается алгоритм для стабилизации изображения с поворотных камер. Дело в том, что в свое время мной был реализован алгоритм для стабилизации изображения со стационарных камер, который используется в IP-видеосервере MagicBox и некоторых других продуктах компании Синезис, в которой я работаю по настоящее время. Алгоритм получился достаточно удачным по своим скоростным характеристикам. В частности, в нем очень эффективно реализован алгоритм поиска смещения текущего изображения относительно фона. Эта эффективность позволила задействовать основные его элементы (конечно с некоторыми модификациями) для сопровождения объектов, а также для проверки их на неподвижность.

Алгоритм стабилизации включает в себя следующие основные элементы: обнаружение смещения для текущего кадра, компенсация данного смещения и периодическое обновление фона, относительно которого происходит стабилизация. Ниже я подробно распишу каждый из них.

Рис. 1 Стабилизация изображения иногда очень полезна.

Обнаружение смещения текущего кадра

Базовый подход, на котором основывается корреляционный подход по определению смещения, можно кратко описать так:

1) Берется центральная часть фонового изображения. Величина отступа определяется максимальным возможным смещением, которое мы хотим определить. Центральная часть не должна быть слишком маленькой, иначе у корреляционной функции (смотри ниже) не будет хватать данных для стабильной работы.
2) На текущем кадре выбирается часть такого же размера, но смещенная относительно центра картинки.
3) Для каждого смещения рассчитывается некоторая метрика, описывающая корреляцию центральной части фона и текущего изображения. Для этого может быть использована, например, сумма квадратов разности для каждой точки этих двух изображений или, например, сумма абсолютной разности для каждой точки.
4) Смещение, для которого корреляция максимальна (меньше сумма квадратичных разностей или сумма абсолютных разностей), и будет искомым смещением.

Рис. 2 Смещение текущего кадра относительно фона.

Естественно, что если такой подход применить в лоб, то скорость работы алгоритма будет катастрофически низкой, даже не смотря на то, что скорость работы корреляционной функций может быть очень высока. 1.5), что тоже не приемлемо.

Рис.3 Поиск максимума корреляционной функции. Градиентный спуск.

Выходом из этой ситуации является использование многомасштабных изображений (каждый уровень масштабирования уменьшает изображение в два раза). Теперь искать локальный максимум корреляции мы будем искать для максимального масштаба, а затем на меньших масштабах его последовательно уточнять. Таким образом, сложность алгоритма уменьшается до O(n), что уже вполне приемлемо.

Рис.4 Многомасштабное изображение.

Субпиксельная точность

Если компенсировать дрожание изображения с камеры с точностью до пиксела, то стабилизированное изображение будет все равно весьма заметно дергаться. К счастью это можно исправить. Если внимательно проанализировать окрестность корреляционной функции вблизи максимума (см. рис 3), то можно заметить, что значения функции не симметричны относительно максимума, что говорит о том, что максимум располагается не в точке (3, 2), где-то между ней, и точкой (1, 4).

2 + D*x + E*y + F = 0, то задача уточнения координат максимума сведется к подбору таких параметров параболоида, при которых его отклонение от фактических значений в известных точках минимально. Опыт подсказывает, что точность получаемого таким образом уточнения будет порядка 0.1-0.2. При компенсации дрожания с такой точностью, стабилизированное изображение уже практически не дергается.

Компенсация смещения

Компенсацию смещения для целого сдвига выполняем следующим образом: смещаем текущее изображение на найденный сдвиг с противоположным знаком. Пустые области, возле края заполняем фоном. Для субпиксельного сдвига компенсацию выполняем методом билинейной интерполяции. При этом, однако, возможно небольшое размытие стабилизированного изображения. Если это критично, то можно применять бикубическую интерполяцию.

Обновление фона

В качестве фона можно использовать просто любой предыдущий кадр. Однако, качество стабилизации заметно улучшается, если в качестве фона использовать усредненное по многим кадра изображение. Фон желательно периодически обновлять, чтобы компенсировать возможные изменения освещенности на сцене. При обновлении фона нужно удостовериться, что фоновое значение достаточно контрастно и неоднородное. В противном случае, корреляционная функция не будет иметь четкого максимума, что сильно снизит точность работы стабилизатора. Также весьма нежелательно, чтобы на фоне присутствовали движущиеся объекты.

Работа в паре с детектором движения

Если стабилизатор работает в паре с детектором движения, то процесс обновления фона для него значительно упрощается. Обычно детектор движения уже имеет в своем составе усредненный по многим кадрам фон, относительно которого он определяет наличие движения. Этот же фон можно использовать и для работы стабилизатора. Стабилизированное изображение от стабилизатора в свою очередь уменьшает число ложных срабатываний детектора движения. Также можно использовать тот факт, что детектор движения в процессе своей работы получает маску областей с наличием движения. Эту маску полученную детектором движения на прошлом кадре, можно использовать при вычислении корреляционной функции для исключения областей с движением. Что также положительно сказывается на работе стабилизатора изображения.

Плюсы предложенного подхода:

1) Высокая скорость работы алгоритма. В частности, для стабилизации изображения разрешением 1280×720 в формате BGRA32 на процессоре Core i7-4470 (задействовано 1 ядро) алгоритму требуется 1.5 миллисекунды.
2) Компенсация дрожания камеры с субпиксельной точностью.

Недостатки предложенного подхода

1) Стабилизация изображения в текущей реализации возможна только для стационарных камер.
2) Обнаруживается и компенсируется только пространственный сдвиг камеры, вращения камеры не компенсируются.
3) Фон должен быть достаточно четким и неоднородным, иначе корреляционной функции будет не за что зацепиться. Поэтому в темноте или в условиях тумана стабилизация будет плохо работать.
4) Фон должен быть неподвижным. Работа стабилизатора на фоне бегущих волн также невозможна.

Замечания по практической реализации

Для начала отметим, что для определения сдвига вполне достаточно использования только серого изображения, цветовые характеристики практически не влияют на точность, но естественно замедляют расчеты.

При реализации стабилизатора желательно использовать оптимизированные функции для работы с изображениями. Я для этих целей использовал библиотеку Simd. В ней в частности можно найти:
1) SimdAbsDifferenceSum и SimdAbsDifferenceSumMasked — для расчета корреляционной функции.
2) SimdReduceGray2x2, SimdReduceGray3x3, SimdReduceGray4x4 и SimdReduceGray5x5 — для построения многомасштабных изображений.
3) SimdBgrToGray — для получения серого изображения.
4) SimdShiftBilinear — для компенсации сдвига.

Посмотреть результат работы алгоритма

Пример 1:

Пример 2:

Камера Стабилизация изображения Оптическая и цифровая

Лучшее →

Автор:

Лоуренс Бонк

Обновлено 27 июля 2022 г.

Наши посты содержат партнерские ссылки. Иногда, но не всегда, мы можем заработать $$, когда вы совершаете покупку по этим ссылкам. Без рекламы. Всегда. Узнать больше

Содержание_

• Что такое стабилизация изображения?
• Различия между оптической и цифровой стабилизацией изображения
• Эффективность
• Цена

Если вы покупаете новую цифровую камеру, вас может заинтересовать оптическая стабилизация изображения в сравнении с цифровой. В конце концов, лучшие цифровые камеры обычно используют один или даже оба этих метода стабилизации. Продолжайте читать, чтобы узнать о различиях между ними.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

• Оптическая стабилизация изображения использует механические детали, такие как гироскопы, для физического перемещения объектива для стабилизации изображения.
• Цифровая стабилизация изображения использует программное обеспечение и алгоритмы для выполнения этой задачи. Оптическая стабилизация изображения обычно считается более эффективным выбором.
• Однако камеры, оснащенные настоящей системой оптической стабилизации, как правило, стоят дороже, чем камеры с электронной системой стабилизации изображения.

Что такое стабилизация изображения?

Технология стабилизации изображения — это общий термин, который относится к целому ряду методов, призванных ограничить размытие и дрожание изображения из-за неустойчивости рук во время фотосъемки. Это особенно важно, если вы снимаете фотографии без использования штатива или в движущемся транспортном средстве. Большинство современных камер включают некоторую стабилизацию изображения, даже камеры смартфонов, что может быть важно, если вы сравниваете камеру мобильного телефона с цифровой камерой.

Внутренний совет

Обязательно проверьте меню настроек, чтобы получить доступ к любой системе стабилизации изображения.

Различия между оптической и цифровой стабилизацией изображения

Основное различие между этими двумя методами заключается в том, как они стабилизируют изображения во время использования. Оптическая стабилизация изображения использует десятки механических гироскопов, которые фактически перемещают объектив, чтобы стабилизировать изображение во время съемки. Метод стабилизации считается оптическим при наличии механического элемента. Это иногда называют стабилизацией на основе объектива, поскольку механические компоненты обычно размещаются в элементе объектива. Это то, что вы можете попытаться найти в цифровой камере «наведи и снимай», хотя это, вероятно, можно найти в цифровых зеркальных камерах и беззеркальных камерах.

Цифровая стабилизация изображения, с другой стороны, использует алгоритмы и программное обеспечение, чтобы ваши снимки были четкими и не размытыми. Он использует пиксели за пределами кадра в качестве своего рода буфера движения. Вы не найдете эту функцию в компактных камерах, таких как Canon PowerShot SX720 HS или цифровая камера Nikon Coolpix A900.

Эффективность

В большинстве случаев оптическая стабилизация изображения является лучшим выбором, так как она работает быстро, эффективно и без ошибок. Это связано с механическим характером конструкции. Хотя вы можете сравнить объективы 6 мм и 8 мм и на цифровых камерах. Конечно, оптическая стабилизация изображения, как правило, зарезервирована для высококачественных цифровых зеркальных камер, поэтому, если вы сравниваете размер цифрового сенсора в зеркальных камерах, вам также следует взглянуть на то, какой тип стабилизации изображения предлагается.

Цена

Оптическая стабилизация изображения дороже, чем цифровая стабилизация изображения, поскольку первая использует настоящие механические компоненты, а вторая использует только программное обеспечение. Другими словами, камера с настоящей оптической стабилизацией будет стоить дороже, чем без этой функции. В этой заметке убедитесь, что ваша камера имеет настоящую оптическую стабилизацию, так как многие компании используют собственные названия и бренды, чтобы скрыть, какая стабилизация работает под капотом. Проведите небольшое исследование, прежде чем покупать новые цифровые камеры.

Часто задаваемые вопросы

Как работают системы стабилизации изображения?

Различные цифровые камеры включают различные системы стабилизации, каждая из которых имеет свои собственные методы работы.

---

Когда отключать стабилизацию изображения?

Когда дело доходит до цифровых камер, отключите стабилизацию изображения, если вы хотите получить определенный эстетический или визуальный эффект, который система стабилизации сведет на нет. Вы также можете отключить его, чтобы сэкономить заряд батареи или избежать длинных выдержек.

---

Какая оптимальная выдержка при съемке с рук?

Когда вы держите камеру в руках, установите выдержку короче, чем на единицу фокусного расстояния. Это называется правилом взаимности, которому должно следовать большинство цифровых камер, даже если вы используете телеобъективы.

---

STAT: Эмпирическое правило для определения самой длинной скорости затвора, возможной для съемки с рук без заметного смазывания из-за сотрясения камеры, состоит в том, чтобы взять обратную величину фокусного расстояния объектива, эквивалентного 35 мм, также известного как “ правило 1/мм (источник)

ССЫЛКИ:

1. https://huit.harvard.edu/home-network
2. https://edu.gcfglobal.org/en/computerbasics/connecting-to-the-internet/1/
3. https://www.youtube.com/watch?v=m6avnoOoYgQr
4. https://en.wikipedia.org/wiki/Router_(computing)
5. https://www.usi.edu/business/aforough/Chapter %2020.pdf

Лоуренс Бонк

Лоуренс Бонк — копирайтер с десятилетним опытом работы в технической сфере, ведет колонки в Engadget, Huffington Post и CBS, среди прочих. У него есть кошка по имени Корица.

Статьи по теме

Оптическая и цифровая стабилизация изображения

Вы, вероятно, сделали несколько снимков и получили размытие деталей из-за дрожания камеры. Кроме того, это может произойти, когда вы снимаете видео во время движения, и в результате получается слишком много тумана, что снижает резкость видео. Следовательно, стабилизация изображения важна для вашей камеры, поскольку она помогает стабилизировать ваши изображения. Это уменьшает эффект рукопожатий или движений во время видеосъемки или фотосъемки.

Существует множество систем стабилизации изображения. Оптическая стабилизация изображения ( OIS) в объективах работает с использованием плавающего элемента линзы. Гироскоп камеры и датчики ускорения обнаруживают дрожание камеры. Затем элемент объектива смещается электроникой объектива в направлении, противоположном дрожанию камеры. Стабилизация в камере ( IBIS ) работает, фактически слегка сдвигая датчик, чтобы компенсировать дрожание камеры.

Во время электронной стабилизации изображения ( EIS ) — это метод улучшения изображения с использованием электронной обработки. EIS сводит к минимуму размытие и компенсирует дрожание камеры. Наконец, гибридная стабилизация изображения (HIS) — это система стабилизации, которая сочетает в себе оптическую стабилизацию изображения ( OIS ) и электронную стабилизацию изображения ( EIS ) одновременно.

Преимущество стабилизации изображения заключается в том, что она позволяет получать более четкие изображения неподвижных объектов при более длинных выдержках, чем без нее. Производители объективов оценивают стабилизацию изображения тем, на сколько ступеней медленнее вы можете снимать с помощью стабилизации изображения.

Что такое стабилизация изображения ?

Когда вы держите камеру в руках и делаете фото или снимаете видео, велика вероятность непреднамеренного движения камеры (дрожания). Дрожание руки, когда вы держите камеру, легкое дрожание при нажатии на спуск затвора — даже малейшее движение во время экспозиции может привести к размытию изображения.

Движение камеры может быть любым из следующих направлений движения.

Классический способ предотвращения сотрясения камеры — использование штатива. Конечно, штатив не всегда идеален, и его эффективность во многом зависит от того, насколько устойчива поверхность, на которой он стоит. Кроме того, спуск вручную может вызвать легкое дрожание камеры, поэтому рекомендуется использовать таймер автоспуска или пульт дистанционного управления камерой. Кроме того, штативы можно использовать не во всех ситуациях.

Производители фотоаппаратов изо всех сил старались найти способ, с помощью которого корпус камеры компенсировал бы это нежелательное движение, чтобы у вас было больше шансов получить четкий снимок.

Краткая история стабилизации изображения

В 1995 году Canon предлагает еще один метод уменьшения, если не устранения, эффектов дрожания камеры: стабилизация изображения (IS). В то время как первый VR-объектив Nikon вышел в 2000 году. Они подошли к проблеме сотрясения камеры сбоку. Вместо того, чтобы пытаться остановить движение камеры, стабилизированный объектив вводит в него компенсирующее движение с целью сохранения статичности изображения на датчике камеры.

После этого производители фотоаппаратов вводят одни и те же концепции в свои продукты под разными названиями:

• Canon ( IS ) Стабилизация изображения
• Nikon ( VR ) Подавление вибрации
• Sony ( OSS ) Оптическая стабилизация
• Fujifilm ( OIS ) Оптическая стабилизация изображения
• Panasonic ( Mega OIS ) Мегаоптическая стабилизация изображения

1. Оптическая стабилизация изображения — стабилизация объектива

Система стабилизации на основе объектива использует плавающий элемент объектива (или группу элементов), который управляется электронным способом (бортовым процессором), а затем смещается в противоположную сторону любому дрожанию камеры, регистрируемому камерой.

Два гироскопических датчика внутри тубуса объектива обнаруживают дрожание камеры: один для рыскания (движение из стороны в сторону) и один для тангажа (движение вверх-вниз). Датчики определяют как угол, так и скорость движения.

Как это работает

При частичном нажатии кнопки спуска затвора фотокамеры происходит следующая последовательность событий:

• Два гироскопа определяют скорость и угол движения камеры/объектива.
• Данные гироскопа передаются микропроцессору в объективе, который анализирует их и формулирует инструкцию
• Эта инструкция передается группе элементов стабилизирующей линзы, которая затем перемещается с соответствующей скоростью и направлением, чтобы противодействовать движению камеры.
• Полная последовательность непрерывно повторяется, как показано ниже

Режимы стабилизатора изображения (Canon)

В недавно выпущенных объективах IS у вас есть три режима IS, а именно:

• Режим 1 : система IS работает в стандартном системном режиме и корректирует движения как по тангажу, так и по рысканию. Это лучший режим для фотографирования статичных объектов.
• Режим 2 : Режим 2 лучше всего использовать, когда вы панорамируете камеру, следуя за движущимся объектом. Объектив игнорирует движение панорамирования и компенсирует только движение, перпендикулярное направлению панорамирования.
• Режим 3: он был представлен в 2010 году с объективами EF 300mm f/2.8L IS II USM и EF 400mm f/2.8L IS II USM (теперь на смену им пришел EF 400mm f/2.8L IS III USM ) линзы.

Этот полезный режим использует преимущества стандартного стабилизатора изображения (эффективен как для горизонтального, так и для вертикального движения камеры), но вместо того, чтобы быть активным все время, он активируется только при полном нажатии кнопки спуска затвора для захвата изображения.

Режим 3 особенно полезен для спортивной фотосъемки , когда вы, вероятно, будете быстро перемещаться между объектами.

Когда использовать стабилизацию изображения

В некоторых случаях использование объектива со стабилизацией изображения действительно полезно:

• Если вы снимаете неподвижные объекты при слабом освещении . В этой ситуации IS может помочь улучшить ваши изображения, потому что вы можете уменьшить скорость затвора на два, три или даже четыре шага. Уменьшая скорость затвора, вы можете использовать меньшую диафрагму для большей глубины резкости или уменьшить значение ISO, чтобы уменьшить шум на изображениях.
• Если Вы снимаете при ветре или с движущейся или вибрирующей платформы, такой как движущийся автомобиль, грохочущий мост или трясущаяся земля.
• Если Вы снимаете видео без штатива или подвеса . Вы определенно заметите улучшение качества видео при использовании объектива с IS.
• Если вы снимаете с телеобъективом и вам не нужна короткая выдержка для остановки движения. Вместо того, чтобы устанавливать выдержку на основе обратного правила* , вы можете уменьшить выдержку на несколько ступеней (в зависимости от ваших возможностей IS)

*Взаимное правило: при съемке с рук необходимо использовать выдержку не менее 1/фокусное расстояние объектива, чтобы избежать сотрясения камеры. Поэтому, если вы снимаете объективом 50 мм, вам понадобится выдержка 1/50.

Плюсы и минусы стабилизации объектива

Плюсы

• Линзы с оптической стабилизацией более эффективны.
• Стабилизация объектива более эффективна для длинных телеобъективов/супертелеобъективов.
• Стабилизация объектива более эффективна в условиях низкой освещенности.

Минусы

• Доступно не для всех типов объективов (например, для объективов с фиксированным фокусным расстоянием и широкоугольных объективов)
• Более высокая стоимость: объективы с OIS стоят дороже, чем их аналоги без IS.
• Стабилизация изображения может ухудшить боке.
• При включении OIS издается громкий звук.

2. Встроенный стабилизатор изображения (IBIS) — стабилизация камеры

Встроенная система стабилизации изображения (In-Body IS) сама по себе мощна. Однако, что делает его более мощным, так это то, как он координируется с системой оптической стабилизации изображения (Optical IS) на совместимых объективах. Это позволяет уменьшить дрожание камеры до восьми ступеней выдержки при использовании нестабилизированных объективов.

Первыми камерами Canon, оснащенными встроенным стабилизатором изображения (In-Body IS), являются модели EOS R5 и EOS R6.

Информация от различных датчиков системы стабилизации изображения в камере объединяется с информацией от различных датчиков на объективе (через высокоскоростную систему связи RF mount ). Затем он используется для перемещения блока стабилизации изображения объектива или датчика изображения, необходимых для достижения наилучших результатов. Как показано на видео ниже от Canon

Подробные данные от следующих трех ключевых компонентов отправляются в процессор изображений DIGIC X для обнаружения дрожания камеры:

• Гироскопический датчик (угловой скорости)
• Датчик ускорения (акселератора)
• Датчик изображения (информация об изображении)

Камера использует эту информацию для определения значения, направления и скорости дрожания камеры, что позволяет ей смещать датчик изображения для стабилизации изображения. При подключении объектива со встроенной в объектив (оптической) стабилизацией изображения (оптическая стабилизация изображения) информация о дрожании камеры от гироскопа и датчиков ускорения в объективе также включается в расчеты стабилизации изображения для выполнения координированного управления стабилизацией изображения.

Это скорректированные движения In-Body IS для объективов EF и RF

Тип объектива	Угол наклона/рысканья	Угол наклона	X/Y
EF без IS	IBIS	IBIS	IBIS
EF с IS	OIS	IBIS	IBIS
EF с гибридным ИС	OIS	IBIS	Фото: OIS Видео: IBIS

Тип объектива	Угол наклона/рыскания	Угол наклона	X/Y
РФ без ИС	ИБИС	ИБИС	ИБИС
RF с IS	OIS + IBIS	IBIS	IBIS
RF с Hybrid IS	OIS + IBIS	IBIS	Фото: OIS Видео: IBIS

Гибридная стабилизация изображения ( HIS ), как следует из названия, означает, что камера сочетает оптическую стабилизацию изображения ( OIS ) и электронную стабилизацию изображения ( EIS ) одновременно.

Плюсы и минусы встроенного в корпус IS

Плюсы

• Обеспечивает стабилизацию изображения даже при использовании старинных объективов и объективов без стабилизатора изображения.
• Единовременная оплата: вы покупаете одну камеру со встроенной стабилизацией изображения, и все объективы автоматически получают преимущества стабилизации изображения.
• Он может корректировать типы сотрясения камеры, которые трудно или невозможны с помощью только оптической стабилизации изображения, например сдвиг и дрожание камеры при вращении.
• In-Body IS и Optical IS могут координироваться для более эффективной стабилизации изображения.

Минусы

• Не очень эффективен для длинных телеобъективов/супертелеобъективов
• Менее точный замер и эффективность автофокусировки в условиях недостаточной освещенности

Минусы IBIS полностью Больше не существует при использовании комбинированного OIS и IBIS, как в новом обновлении камер Canon .

3. Электронная стабилизация изображения (EIS)

Электронная стабилизация изображения (EIS) — высокоэффективный метод компенсации дрожания рук, который проявляется в отвлекающих дрожаниях видео во время воспроизведения. EIS полагается на точный датчик движения для отслеживания источника дрожания, которым может быть, например, рукопожатие или движение автомобиля. Затем информация о движении интегрируется в течение текущего видеокадра и используется для ее компенсации путем обрезки просматриваемого изображения из потока видеокадров.

EIS стабилизирует изображение с помощью датчика изображения. Процессор изображения отслеживает данные с датчика изображения в режиме реального времени. Данные анализируются с использованием различных алгоритмов, обнаруживающих и измеряющих любые изменения в записанном изображении. Чтобы система EIS могла эффективно компенсировать дрожание и сдвигать изображение в определенных пределах, необходимо создавать дополнительные области по его краям.

Поскольку EIS не использует механическую компенсацию, в отличие от оптических методов, она может отслеживать и компенсировать сильное входное движение в спортивных приложениях для телефонов или экшн-камер.

4. Гибридная стабилизация изображения (HIS)

Как следует из названия, камера сочетает в себе оптическую стабилизацию изображения ( OIS ) и электронную стабилизацию изображения ( EIS ) одновременно.

Заключение

Взглянув на все плюсы и минусы каждой технологии стабилизации изображения, становится ясно, что пока нельзя полностью заменить одну другую. Кажется, что лучшим подходом было бы объединить две технологии стабилизации изображения в одной системе камер.

Стабилизация должна быть встроена в длиннофокусные объективы для фотографов спорта и дикой природы, а также доступна в камерах для всех других ситуаций. Я вижу, что Canon, наконец, сделала это в своем новом IBIS .