Du kan helt enkelt inte slå fysiken, och som Isaac Newton påpekade, motstånd mot rörelsen är proportionell mot massan. Så dagens fjäderviktiga videomirakel är svåra att hålla stilla. Och de fantastiska telefoton de sätter på videokameror idag är verkligen fantastiska - men de förstorar varje liten rörelse till en virtuell jordbävning på skärmen.
Ett problem som detta är himmelskt för uppfinnare och flera lösningar dök upp. De kallar sina nya enheter för bildstabilisatorer. Många av dem använder sig av naturen och fungerar genom att känna av kamerans rörelser och sedan kompensera för det.
Den här artikeln utforskar några av de olika tekniker som används för att stabilisera bilder, och ger dig några idéer för att få denna mirakulösa teknik att fungera.
Optisk stabilisering
Optisk bildstabilisering (eller OIS) använder lite smart optik för att korrigera skakningarna. Optisk stabilisering beror på rörelsesensorer för att avgöra om videokameran rör sig. Baserat på information om tonhöjd, som är som lutning, och yaw, som är ett fint ord för panorering, kompenserar det optiska systemet för skakningar.
Vilken typ av optik används för denna magi? Mycket intressanta, som squishy prismor - även känd som variabel böj eller aktiva prismor. Squishy prismor är de snyggaste prylarna sedan flexibla kretskort (en stöttepelare i moderna kameror). Ett squishy prisma består av två plattor av glas med optisk kisel mellan dem. För att hålla kislet från att spruta ut är plattorna förbundna med en dragspelsveckad bälg.
När de två plattorna är parallella går bilden rakt igenom. Men om du klämmer på någon av mekanismens fyra sidor blir det ett prisma. En liten klämning på undersidan skickar ljuset till toppen, vilket korrigerar för en vertikal skakning av kameran.
Linsen har ett par små gyroskop inbyggda för att upptäcka skakning. När kameran vippar skickar dessa gyron signaler till ett datorchip som tar reda på hur de ska kompensera. Datorn skickar i sin tur en signal till den optiska stabilisatorn som säger åt den att nypa sidorna av prismat för att styra bilden.
Canon var banbrytande för optisk stabilisering redan på 80-talet, men har nu licensierat den till andra leverantörer, som Sony.
Elektronisk stabilisering
Elektronisk bildstabilisering (eller EIS) fungerar enligt helt andra principer. Dagens videokameror använder en CCD (Charge-Coupled Device), som är ett rutnät av ljussensorer placerade i linsens fokalplan. Detta är ett litet högteknologiskt underverk, mindre än ett frimärke, som omvandlar ljus till elektriska pulser som utgör en videosignal. Det är en av anledningarna till att videokameror blev mindre och lättare:små CCD:er ersatte det skrymmande vidicon-röret.
Du kan bearbeta signalen från en CCD med en dator. Det gör bildstabilisering till ett programmeringsproblem.
Först måste du lagra en ram för jämförelse. Det kräver RAM, en datorterm för minne. Dela nu bilden i bitar, säg ett två-och-två-rutnät. Jämför en bit från den aktuella bildrutan med en bit från föregående bildruta. Datorn drar runt den gamla bilden och kontrollerar om den passar. När den hittar en bra passform registrerar den det horisontella och vertikala glidavståndet för den biten av skärmen.
Efter att varje bit har analyserats så här, sammanställer datorn data. Om alla passningar är bra och åt samma håll, är oddsen att du flyttade kameran. Å andra sidan, om passformen är dålig eller bitarna rör sig i olika riktningar, är ett rörligt föremål den troliga orsaken.
Om det bara är ett objekt som rör sig vill du inte kompensera. Men om det är hela skärmen kan du kompensera genom att skjuta den aktuella bilden i motsatt riktning.
Den här tekniken gör ett ganska bra jobb, men den kan ha några egenheter. Om du till exempel zoomar in på en studsande badboll kommer vissa stabilisatorer faktiskt att följa bollen - eftersom den tar upp så mycket skärmutrymme ser det ut som kamerarörelser. När du spelar upp videon ser det ut som att det finns en stillastående boll med världen som studsar upp och ner i bakgrunden.
Nyere elektroniska bildstabilisatorer använder kamerarörelse, snarare än bildrörelse, för att korrigera skakning. Dessa enheter fungerar bättre i situationer som den studsande badbollen. Liksom de optiska systemen använder de miniatyrgyron i linsen för att upptäcka rörelse.
Det är bra; nu vet vi hur vi upptäcker och korrigerar för kamerarörelser. Men när du skjuter bilden uppåt, har du inte ett svart utrymme längst ner på skärmen? Inte om du använder en del av bilden utanför skärmen, och det är där elektronisk stabilisering blir knepigt.
För att ha ett område utanför skärmen måste du ha en större CCD eller använda ett mindre fönster till en vanlig CCD.
Vissa äldre videokameror har lågupplösta CCD:er till att börja med och elektronisk stabilisering tar en ännu större bit ur den bilden. För att flytta bilden behövde dessa system ta den mindre rektangeln och sedan spränga den för att passa hela skärmen. Det försämrar bildkvaliteten. Detta är samma problem som digital zoomning. Själva bildelementen sprängs och bildkvaliteten sjunker.
Många moderna chips ger en upplösning som överträffar NTSC-standarder. Du kan få utmärkt videokvalitet med mindre än 400 000 pixlar på CCD:n. Om din videokamera har fler pixlar än så är oddsen goda att den klarar elektronisk stabilisering utan att försämra bilden. Den för helt enkelt en rektangel runt CCD:n för att följa åtgärden. Rektangeln representerar en komplett videobild, så det finns ingen anledning att spränga den.
Datorstabilisering (efterbearbetning)
Nyligen har en ny utmanare för bildstabilisering presenterat sig. Datorer har blivit ganska bra på att analysera bilder. De kan skanna en scen och plocka fram föremål. När ett objekt har identifierats kan det spåras. Genom att spåra föremål i synfältet kan datorn kompensera för alla typer av skakningar som ingen av de andra metoderna kan hantera.
Denna teknik är fortfarande i forskningsstadiet. Det tar längre tid än en trettiondels sekund för en snabb stationär dator att beräkna och spåra objekt, så det kan inte göras i farten ännu. Men du kan lägga din video genom datorn och efterbehandla den för att ta bort skakningarna.
Det verkar som om datorer fördubblas i kraft var artonde månad. Om några år kanske du har motsvarigheten till dagens superdator i din tummestora videokamera. Du kommer att kunna sticka den över örat som en penna och springa runt, medan datorn håller din bild stabil och tydlig.
Bara ett problem
Ett problem delas, i större eller mindre utsträckning, av alla bildstabilisatorer. Eftersom mekanismerna fungerar genom att uppmärksamma kamerarörelser och korrigera dem, hur flyttar du målmedvetet kameran? Om du börjar panorera, kommer inte stabilisatorn att försöka kompensera? Det korta svaret är:ja.
Så fort du startar en tilt eller panorering kommer du att märka att sökaren fördröjer handlingen. Stabilisatorn försöker stoppa vad den anser vara en stor skakning.
En elektronisk stabilisator kommer att försöka stoppa rörelsen, men den kommer snabbt att ta slut utanför skärmen. Vid den tidpunkten kommer den att försöka komma ikapp, men vissa system fungerar bättre än andra. På tidiga system kan du se ett hopp när stabilisatorn ger upp försöken att spåra kamerans rörelser och bara börjar om.
Optiska stabilisatorer fungerar lite bättre, eftersom prismat bara kan fungera över ett smalt intervall av vinklar (för att undvika regnbågar). Så när du flyttar kameran fäster den prismat till max. Vid den tidpunkten fortsätter pannan som om ingenting hade hänt.
Vanligtvis är denna effekt mer oroande för videofotografen än tittaren. Kameraoperatören vet att visningsskärmen släpar efter den faktiska rörelsen, men tittaren har inte den verkliga världen att förvirra honom - den resulterande videon ser bra ut.
Nyere system använder mer sofistikerad programvara för att minimera denna effekt. De försöker skilja mellan panorering och kameraskakning genom att mäta rörelsens storlek. Om rörelsen är stor, kommer den att anta att en panna är avsedd. Stabilisering är reserverad för mindre rörelser. Med vissa videokameror kanske du vill stänga av stabiliseringen när du behöver panorera.
Shoot Out
Både optisk och elektronisk stabilisering är teknikens underverk. De kan upptäcka skakning och sedan kompensera för det, sextio gånger varje sekund.
Så vad är den bästa lösningen för dig? Elektronisk eller optisk? Tja, det beror på vad du vill göra och hur mycket pengar du har.
Optisk stabilisering lider inte av ett upplösningsproblem. Bilden har styrts till CCD, så hela upplösningen är tillgänglig. Men det brukar väga och kosta mer. Och eftersom det finns rörliga delar i den optiska lösningen kan den suga upp mer batterisaft än elektronisk stabilisering.
Elektronisk stabilisering är relativt enkel, billig och lätt. Och de moderna offrar inte upplösningen när de slår in. För elektroniska stabilisatorer kan datorprogrammet som övervakar hela processen vara det viktigaste kriteriet.
Som med alla datoralgoritmer finns det lika många sätt att närma sig problemet som det finns programmerare. Du bör experimentera med din stabilisator för att se hur din hanterar olika situationer. Du borde faktiskt spela in video för testet, eftersom det inte alltid är lätt att se skillnaden genom att titta genom sökaren - din hjärna kompenserar fortfarande för rörelsen och det maskerar effekten.
Slutet:alla typer av bildstabilisering kan förbättra dina videor dramatiskt. Den senaste satsen av videokameror har tredje eller fjärde generationens programvara och representerar en stor förbättring jämfört med tidigare generationer. Medan optiska system var en klar vinnare för ett år sedan, har de elektroniska systemen nu nått paritet med dem. Om du är på marknaden efter en ny videokamera kan du lita på att bildstabilisatorer ger dig otroliga resultat – oavsett om magin är optisk eller elektronisk.
Och du kan spara Dramamine™ till din nästa båttur.