Elektronická stabilizácia obrazu (EIS)

EIS (ang. Electronic Image Stabilization) je skratka znamenajúca elektronickú stabilizáciu obrazu.

Ide o techniku zlepšenia kvality obrazu využívajúcu elektronické spracovanie s pomocou grafického procesu kamery. EIS minimalizuje rozmazanie a kompenzuje vibrácie zariadenia, ktoré sú často spôsobené vonkajšími faktormi, ako je vietor, vibrácie podkladu vplyvom pohybu ťažkých vozidiel, alebo kvôli nesprávnemu pripevneniu kamery, napr. na príliš vysokom a ohybnom stožiari.

Systém EIS nezabraňuje rozmazaniu obrazu spôsobenému pohybmi objektu alebo extrémnymi vibráciami kamery, ale bol navrhnutý tak, aby minimalizoval rozmazanie vyplývajúce z bežného pohybu objektívu. Niektoré kamery a objektívy majú ešte prepracovanejšie aktívne režimy.

Obr. 1. Obraz z kamery s vypnutou a zapnutou funkciou EIS

Stabilizácia obrazu sa robí v procese spracovania obrazu vznikajúceho na matrici kamery. Procesor obrazu sleduje údaje z meniča v reálnom čase. Následne sú analyzované, napr. s pomocou algoritmov detegujúcich a merajúcich pohyb vznikajúceho obrazu. Pokiaľ algoritmus klasifikuje presun ako otras, bude začaté príslušné prevedenie (všeobecne posunutie) obrazu zmierňujúce zmenu. Aby mohol systém EIS efektívne zmierňovať otrasy a posúvať obraz v stanovených hraniciach, je nevyhnutné vytvorenie istých záložných oblastí na jeho okrajoch.

Možno to spraviť dvoma spôsobmi.

Prvý spočíva v digitálnom (veľmi miernom) zväčšení stredovej časti obrazu. Fragment scény jedného políčka, ktorý podlieha registrácii, je istým výrezom celku, ktorého poloha na analyzovanom plnom obraze sa môže meniť v závislosti na potrebách. Pokiaľ sa obsah takto definovanej časti obrazu vo vzťahu k ďalšiemu políčku obrazu presunie na niektorú stranu, dochádza paralelne k posunutiu hraníc výrezu. Vo výsledku je na matici posunutý pixel uložený bez posunu v novom systéme súradníc. Takto fungujúci systém o niečo zmenšuje zorný uhol kamery, čo môžeme pozorovať v okamžiku jeho spustenia.
Medzi jednotlivými políčkami sú analyzované rozdiely obrazu, pričom je obraz najčastejšie delený na sektory. Pokiaľ bolo v daný okamžik zistené posunutie len pri istej časti sektorov obrazu, bude to interpretované ako pohyb registrovaného objektu. Pokiaľ avšak pohyb zasiahne značnú časť obrazu, bude to prijaté ako posun pozadia. Vo výsledku – keď algoritmus interpretuje tento posun ako otras – dôjde k príslušnej korekcii. Bohužiaľ, takýto systém môže byť dosť ľahké oklamať; stačí, že sa v zábere objaví veľmi veľký pohyblivý objekt. V takejto situácii musí uplynúť trochu času, aby algoritmus rozoznal, či ide o posun objektu alebo o vibráciu kamery.

Druhý spôsob je dosť podobný s tým, že sa realizuje hardvérovo. Matrica kamery má na okrajoch oblasť, ktorá nie je počas normálnej práce využívaná. V prípade detekcie otrasov sú súradnice stredu oblasti snímania obrazu zodpovedajúcim spôsobom posunuté.

Samozrejme, efektivita systému EIS závisí na účinnosti metód ich detekcie.
Uvádzanie kamier s vysokým rozlíšením na trh prinieslo výrazné výhody v navrhovaní systémov dozoru. Vyššie zaisťujú väčšiu podrobnosť obrazu a analyzovanie iba jeho vybraných častí, tzv. oblastí záujmu. Takýto prístup sa často opiera o teleobjektívy. Výsledkom môže byť zníženie kvality obrazu a strata detailov spôsobená pohybom a vibráciami.

Obr. 3. Nahrávky z kamery Hikvision s vypnutou a zapnutou funkciou EIS

Systém EIS je kompromisné, ale tiež pomerne lacné riešenie. Pôsobenie elektronickej stabilizácie zhoršuje rozlíšenie získavaného obrazu. Je to vlastne sekundárny produkt, výsledok práce istých algoritmov. Najčastejšie sa znižuje kontrast, ostrosť detailov a zorné pole. To, o koľko sa obraz zhorší, závisí na amplitúde otrasov, s ktorou sa bude musieť systém EIS vyrovnať. Pri nepríliš veľkých ohniskových vzdialenostiach a v typických situáciách by to ale nemal bežný pozorovateľ nejako zvlášť citeľne pociťovať. Výhodou elektronického systému je jeho vysoká rýchlosť činnosti a v najjednoduchšej verzii bez mechanických prvkov. Vďaka tomu takýto systém nezväčšuje hmotnosť ani rozmery zariadenia.