لرزش‌گیر دیجیتال هوشمند (EIS) چیست و چگونه لرزش ویدئو را کاهش می‌دهد؟

فرض کنید در حال دویدن هستید و هم زمان با گوشی یا دوربین ورزشی خود از مسیر فیلم می گیرید. وقتی ویدئو را تماشا می کنید، همه چیز می لرزد؛ انگار دوربین روی دستتان مدام بالا و پایین می پرد. حالا همان صحنه را با دستگاهی مجهز به لرزش گیر دیجیتال هوشمند (EIS) ضبط کنید. تصویر نرم تر به نظر می رسد، حرکت ها طبیعی تر هستند و تماشای ویدئو دیگر آزاردهنده نیست. سؤال اینجاست که بدون استفاده از قطعات مکانیکی، این فناوری چگونه لرزش را کاهش می دهد؟ در سال های اخیر، EIS به یکی از مهم ترین قابلیت های دوربین های اکشن، خودرو، پهپادها و حتی گوشی های هوشمند تبدیل شده است. پیشرفت پردازنده های تصویر و الگوریتم های هوش مصنوعی باعث شده عملکرد این فناوری نسبت به گذشته تفاوت چشمگیری داشته باشد. در ادامه، با نحوه عملکرد، مزایا، محدودیت ها و کاربردهای واقعی لرزش گیر دیجیتال آشنا می شویم.

لرزش گیر دیجیتال هوشمند (EIS) چیست؟

Electronic Image Stabilization یا به اختصار EIS فناوری ای است که با پردازش نرم افزاری، لرزش های ناخواسته تصویر را کاهش می دهد. برخلاف لرزشگیر اپتیکال که با جابه جایی لنز یا سنسور کار می کند، EIS هیچ قطعه متحرکی ندارد و تمام عملیات را پس از ثبت تصویر انجام می دهد.برای این کار، دوربین معمولاً تصویر را با کمی فضای اضافه ثبت می کند. سپس نرم افزار با تحلیل حرکت فریم ها، بخش مناسب هر تصویر را انتخاب می کند تا خروجی نهایی ثابت تر دیده شود.به زبان ساده، اگر هنگام فیلم برداری دست شما کمی بلرزد، EIS تلاش می کند این حرکت را تشخیص دهد و تصویر را به شکلی بازتنظیم کند که بیننده لرزش کمتری احساس کند.

EIS چگونه لرزش را تشخیص می دهد و تصویر را تثبیت می کند؟

کاهش لرزش تنها با جابه جا کردن تصویر انجام نمی شود. ابتدا سیستم باید متوجه شود که لرزش واقعی رخ داده یا سوژه در حال حرکت است.برای این تشخیص، معمولاً چند منبع اطلاعات با یکدیگر ترکیب می شوند:

• داده های ژیروسکوپ و شتاب سنج
• بررسی اختلاف بین فریم های متوالی
• تحلیل مسیر حرکت سوژه
• الگوریتم های پردازش تصویر و هوش مصنوعی

فرض کنید در حال دوچرخه سواری هستید. دوربین از طریق ژیروسکوپ متوجه تکان های فرمان می شود، سپس پردازنده همان اطلاعات را با تصویر ثبت شده تطبیق می دهد و قبل از ذخیره ویدئو، لرزش های اضافی را حذف می کند.همین هماهنگی میان حسگرها و پردازش تصویر باعث شده نسخه های جدید EIS بسیار طبیعی تر از نسل های اولیه عمل کنند.

چرا EIS بخشی از تصویر را برش می دهد؟

یکی از ویژگی های شناخته شده EIS، کاهش جزئی زاویه دید است. دلیل آن ساده است.وقتی نرم افزار قصد دارد تصویر را جابه جا کند، باید فضایی برای این حرکت در اختیار داشته باشد. به همین دلیل، دوربین تصویر را کمی بزرگ تر ثبت می کند و سپس بخش مرکزی را به عنوان خروجی انتخاب می کند.این فرآیند مانند زمانی است که در یک عکس بزرگ، قسمت کوچکی را برش می دهید تا سوژه دقیقاً در مرکز قرار بگیرد.در نتیجه، هرچه میزان لرزش بیشتر باشد، احتمال نیاز به برش تصویر نیز افزایش پیدا می کند.

تفاوت EIS و OIS چیست؟

بسیاری از کاربران تصور می کنند همه لرزش گیرها عملکرد یکسانی دارند، در حالی که روش کار آن ها کاملاً متفاوت است.

در شمار زیادی از محصولات امروزی، این دو فناوری کنار یکدیگر استفاده می شوند. ابتدا OIS لرزش های فیزیکی را کاهش می دهد و سپس EIS لرزش های باقی مانده را اصلاح می کند. نتیجه، ویدئویی روان تر از استفاده مستقل هر کدام است.

نقش هوش مصنوعی در نسل جدید EIS

نسخه های قدیمی لرزش گیر دیجیتال تنها حرکت دوربین را دنبال می کردند، اما مدل های جدید رفتار صحنه را نیز تحلیل می کنند.

هوش مصنوعی می تواند تشخیص دهد:

• سوژه اصلی کدام بخش تصویر است.
• حرکت طبیعی افراد چگونه باید حفظ شود.
• کدام لرزش ناشی از حرکت دوربین است و کدام بخشی از صحنه محسوب می شود.

برای مثال، اگر شخصی در حال دویدن باشد، الگوریتم تلاش می کند حرکت بدن او طبیعی باقی بماند و فقط لرزش ناشی از دست فیلم بردار را حذف کند.همین موضوع باعث شده کیفیت لرزش گیر دیجیتال در بسیاری از گوشی های پرچم دار و دوربین های ورزشی به شکل محسوسی بهتر از گذشته شود. در برخی سناریوها، مانند راه رفتن یا فیلم برداری روزمره، نتیجه نهایی می تواند به عملکرد یک گیمبال ساده نزدیک شود؛ هرچند EIS همچنان جایگزین کامل لرزش گیرهای مکانیکی نیست.

EIS در چه دستگاه هایی استفاده می شود؟

کاربرد این فناوری دیگر محدود به دوربین های اکشن نیست و تقریباً در هر دستگاهی که فیلم برداری می کند دیده می شود.

رایج ترین کاربردهای EIS عبارت اند از:

• گوشی های هوشمند
• دوربین های ورزشی
• دوربین های خودرو (Dash Cam)
• پهپادها
• دوربین های نظارتی هوشمند
• وب کم های حرفه ای
• دوربین های بدنه نیروهای امنیتی

در هر یک از این محصولات، هدف اصلی یکسان است؛ ثبت ویدئویی روان تر بدون افزایش ابعاد یا پیچیدگی سخت افزار.

آیا EIS همیشه بهترین انتخاب است؟

اگرچه EIS پیشرفت زیادی کرده، اما همچنان محدودیت هایی دارد.برای مثال، در نور بسیار کم ممکن است پردازنده برای تثبیت تصویر با چالش روبه رو شود. همچنین در لرزش های شدید، برش تصویر بیشتر خواهد شد و گاهی جزئیات لبه های کادر از بین می رود.از سوی دیگر، اگر پردازنده دستگاه قدرت کافی نداشته باشد، اجرای الگوریتم های تثبیت تصویر ممکن است باعث کاهش کیفیت خروجی یا محدود شدن نرخ فریم شود.به همین دلیل، کیفیت EIS تنها به وجود این قابلیت وابسته نیست؛ قدرت پردازش، کیفیت سنسور و نرم افزار دوربین نیز نقش مهمی در نتیجه نهایی دارند.

هنگام خرید دوربین فقط به عبارت "EIS دارد" اکتفا نکنید

وجود عبارت EIS روی مشخصات فنی، به تنهایی نشان دهنده عملکرد خوب دوربین نیست.بهتر است هنگام بررسی محصولات، به موارد زیر نیز توجه کنید:

• کیفیت پردازنده تصویر
• نسخه الگوریتم تثبیت تصویر
• عملکرد دستگاه در نور کم
• میزان کراپ هنگام فعال شدن EIS
• کیفیت نمونه ویدئوهای واقعی

گاهی دو دوربین هر دو از EIS استفاده می کنند، اما اختلاف کیفیت خروجی آن ها بسیار بیشتر از چیزی است که روی کاغذ دیده می شود.

سخن نهایی

لرزش گیر دیجیتال هوشمند (EIS) نشان می دهد که کیفیت فیلم برداری دیگر تنها به لنز یا سنسور دوربین وابسته نیست و پردازش تصویر نقش مهمی در ثبت ویدئوهای روان تر ایفا می کند. اگرچه این فناوری محدودیت هایی مانند کاهش جزئی زاویه دید و افت عملکرد در نور کم دارد، اما با تکیه بر الگوریتم های پیشرفته توانسته بدون نیاز به قطعات مکانیکی، کیفیت ویدئو را در بسیاری از شرایط بهبود دهد. با پیشرفت هوش مصنوعی و افزایش توان پردازشی تراشه ها، انتظار می رود نسل های آینده EIS لرزش را با دقت بیشتری تشخیص داده و ویدئوهایی طبیعی تر و پایدارتر ثبت کنند.