Elektroniczna stabilizacja obrazu (EIS)

EIS (ang. Electronic Image Stabilization) jest skrótem oznaczającym elektroniczną stabilizację obrazu.

Jest to technika poprawy jakości obrazu wykorzystująca elektroniczne przetwarzanie za pomocą procesora graficznego kamery. EIS minimalizuje rozmycie i kompensuje drgania urządzenia, które często są spowodowane warunkami zewnętrznymi, takimi jak wiatr, drganie podłoża pod wpływem ruchu ciężkich pojazdów czy z powodu niewłaściwego zamocowania kamery, np. na zbyt wysokim i giętkim maszcie.

System EIS nie zapobiega rozmyciu obrazu powodowanego ruchami obiektu lub ekstremalnymi drganiami kamery, ale został zaprojektowany tak, by minimalizować rozmycie wynikające z normalnego ruchu obiektywu. Niektóre kamery i obiektywy posiadają bardziej rozbudowane tryby aktywne.

Rys. 1. Obraz z kamery z wyłączoną i włączoną funkcją EIS

Stabilizacja obrazu jest dokonywana w procesie przetwarzania obrazu powstającego na matrycy kamery. Procesor obrazu śledzi dane z przetwornika w czasie rzeczywistym. Następnie są one analizowane, m.in. przy użyciu algorytmów wykrywających i mierzących ruch powstającego obrazu. Jeżeli algorytm sklasyfikuje przesunięcie jako wstrząs, zostaje zapoczątkowane odpowiednie przekształcenie (na ogół przesunięcie) obrazu niwelujące zmianę. Aby system EIS mógł skutecznie niwelować wstrząs i przesuwać obraz w określonych granicach, konieczne jest stworzenie pewnych zapasowych obszarów na jego brzegach.

Można tego dokonać na dwa sposoby.

Pierwszy polega na cyfrowym (bardzo niewielkim) powiększeniu centralnej części obrazu. Fragment sceny pojedynczej klatki, który podlega rejestracji, jest pewnym wycinkiem całości, którego położenie na analizowanym pełnym obrazie może się zmieniać w zależności od potrzeb. Jeżeli zawartość tak określonej części obrazu przesunie się w którąś stronę w stosunku do kolejnej klatki obrazu, równocześnie następuje przesunięcie granic wycinka. W rezultacie przesunięty na matrycy piksel jest zapisywany bez przesunięcia w nowym układzie współrzędnych. System działający w ten sposób nieco zmniejsza pole widzenia kamery, co można zaobserwować w momencie jego uruchomienia.
Pomiędzy poszczególnymi klatkami są analizowane różnice obrazu, przy czym obraz najczęściej jest dzielony na sektory. Jeżeli w danej chwili zostanie stwierdzone poruszenie tylko w pewnej części sektorów obrazu, będzie to interpretowane jako ruch rejestrowanego obiektu. Jeżeli jednak ruch obejmie znaczną część obrazu, zostanie to odebrane jako przesunięcie tła. W efekcie – gdy algorytm zinterpretuje to przesunięcie jako wstrząs – nastąpi stosowna korekta. Niestety taki układ można dość łatwo oszukać; wystarczy, że w kadrze pojawi się bardzo duży ruchomy obiekt. W takiej sytuacji musi minąć trochę czasu, żeby algorytm rozpoznał, czy chodzi o przesunięcie obiektu, czy drganie kamery.

Drugi sposób jest dość podobny, z tym że jest realizowany sprzętowo. Matryca kamery ma na brzegach obszar, który nie jest wykorzystywany podczas normalniej pracy. W razie wykrycia wstrząsów współrzędne środka obszaru odczytującego obraz są odpowiednio przesuwane.

Oczywiście efektywność systemu EIS jest uzależniona od skuteczności metod ich detekcji.
Wprowadzenie na rynek kamer o wysokich rozdzielczościach przyniosło znaczące korzyści w projektowaniu systemów nadzoru. Wyższe zapewniają większą szczegółowość obrazu oraz analizowanie tylko jego wybranych fragmentów, tzw. obszarów zainteresowania. Takie podejście często opiera się na teleobiektywach. Rezultatem może być obniżenie jakości obrazu i utrata szczegółów spowodowana ruchem i drganiami.

Rys. 3. Nagranie z kamery Hikvision z wyłączoną i włączoną funkcją EIS

System EIS jest rozwiązaniem kompromisowym, ale też stosunkowo tanim. Działanie elektronicznej stabilizacji pogarsza rozdzielczość uzyskiwanego obrazu. Jest on niejako produktem wtórnym, wynikiem działania pewnych algorytmów. Najczęściej zmniejsza się kontrast, ostrość szczegółów oraz pole widzenia. To, o ile pogorszy się obraz, zależy od amplitudy wstrząsów, z jaką przyjdzie zmierzyć się systemowi EIS. Przy niezbyt dużych ogniskowych i w typowych sytuacjach zwykły obserwator nie powinien tego jednak jakoś szczególnie dotkliwie odczuć. Zaletą systemu elektronicznego jest jego duża szybkość działania oraz w najprostszej opcji brak elementów mechanicznych. Dzięki temu układ taki nie zwiększa masy ani rozmiarów urządzenia.