Elektronische Bildstabilisierung (EIS)

EIS (eng. Electronic Image Stabilization) ist eine Abkürzung, die die elektronische Bildstabilisierung bezeichnet.

Es handelt sich dabei um eine Technik zur Verbesserung der Bildqualität, die die elektronische Verarbeitung mithilfe des Grafikprozessors der Kamera ausnutzt. EIS minimiert Verschwommenheit und gleicht die Vibrationen des Geräts aus, die häufig durch äußere Einflüsse verursacht werden, etwa durch Wind, durch Vibrationen des Untergrunds unter dem Einfluss von schweren Fahrzeugen oder aufgrund einer falschen Befestigung der Kamera, z. B. auf einem zu hohen und biegsamen Mast.

Das System EIS beugt nicht dem Verschwimmen des Bilds durch Bewegungen des Objekts oder extreme Vibrationen der Kamera vor, wurde aber so entworfen, um die aus normaler Objektivbewegung folgende Verschwommenheit zu minimieren. Manche Kameras und Objektive besitzen fortgeschrittenere aktive Modi.

Abb. 1. Kamerabild mit ausgeschalteter und eingeschalteter EIS-Funktion

Die Bildstabilisierung erfolgt im Prozess der Verarbeitung des auf der Matrixanzeige der Kamera entstehenden Bilds. Der Bildprozessor verfolgt die Daten vom Wandler in Echtzeit Anschließend werden diese analysiert, u. a. mithilfe von Algorithmen zur Erkennung und Messung der Bewegung des entstehenden Bilds. Wenn der Algorithmus eine Verschiebung als Stoß klassifiziert, wird die entsprechende Umwandlung des Bilds (generell eine Verschiebung) eingeleitet, um die Veränderung auszugleichen. Damit das EIS-System wirksam Stöße nivellieren und das Bild innerhalb festgelegter Grenzen verschieben kann, ist die Schaffung gewisser Reservebereiche an seinen Rändern erforderlich.

Dies kann auf zwei Arten erfolgen.

Die erste beruht auf der digitalen (sehr geringen) Vergrößerung eines zentralen Teils des Bilds. Das Fragment der Szene eines einzelnen Bildrahmens, der aufgezeichnet wird, ist ein gewisser Ausschnitt der Gesamtheit, dessen Position auf dem analysierten vollen Bild sich in Abhängigkeit vom Bedarf ändern kann. Wenn der Inhalt eines so festgelegten Teils des Bilds sich in eine der Richtungen im Verhältnis zum nächsten Bildrahmen verschiebt, erfolgt gleichzeitig eine Verschiebung der Grenzen des Ausschnitts. Als Ergebnis wird das auf der Matrixanzeige verschobene Pixel ohne Verschiebung im neuen Koordinatensystem gespeichert. Das auf diese Weise funktionierende System verkleinert etwas das Sichtfeld der Kamera, was man im Moment seiner Inbetriebnahme beobachten kann.
Zwischen den einzelnen Bildrahmen werden die Bildunterschiede analysiert, wobei das Bild meistens in Sektoren geteilt wird. Wenn im jeweiligen Moment eine Bewegung nur in einem Teil der Sektoren des Bilds erkannt wird, wird das als Bewegung des registrierten Objekts interpretiert. Wenn die Bewegung jedoch einen wesentlichen Teil des Bilds umfasst, wird das als Hintergrundverschiebung erkannt. Im Endeffekt – wenn der Algorithmus diese Verschiebung als Stoß interpretiert – erfolgt eine entsprechende Korrektur. Leider kann ein solches System relativ einfach getäuscht werden, es reicht, wenn ein sehr großes, bewegliches Objekt im Bild erscheint. In dieser Situation muss etwas Zeit vergehen, damit der Algorithmus erkennt, ob es um die Verschiebung eines Objekts oder eine Vibration der Kamera geht.

Die zweite Methode ist recht ähnlich, wird aber über die Hardware umgesetzt. Die Matrixanzeige der Kamera hat an den Rändern einen Bereich, der während des normalen Betriebs nicht genutzt wird. Bei Feststellung von Stößen werden die Koordinaten der Mitte des Bereichs, der das Bild abliest, entsprechend verschoben.

Natürlich hängt die Effektivität des EIS-Systems von der Wirksamkeit der Erkennungsmethoden ab.
Die Markteinführung von Kameras mit hohen Auflösungen hat zu wesentlichen Vorteilen bei der Planung von Überwachungssystemen geführt. Obige garantieren eine größere Detailliertheit des Bilds und die Analyse von nur ausgewählten Fragmenten, sog. Interessensbereichen. Dieser Ansatz basiert häufig auf Teleobjektiven. Das Ergebnis davon kann die Senkung der Bildqualität und der Verlust von Details sein, der durch Bewegung und Vibrationen verursacht wird.

Abb. 3. Aufnahme von einer Hikvision Kamera mit ausgeschalteter und eingeschalteter EIS-Funktion

Das EIS-System ist eine Kompromisslösung, die aber relativ günstig ist. Die Funktion der elektrischen Stabilisierung verschlechtert die Auflösung der erzielten Bilds. Dieses ist eine Art von sekundärem Produkt, das Ergebnis der Anwendung bestimmter Algorithmen. Meisten verringert sich der Kontrast, die Schärfe der Details und das Sichtfeld. Um wie viel das Bild sich verschlechtert, hängt von der Amplitude der Stöße ab, mit denen das EIS-System sich messen muss. Bei nicht allzu großen Brennweiten und in typischen Situationen sollte ein durchschnittlicher Verbraucher dies jedoch nicht allzu sehr zu spüren bekommen. Der Vorteil des elektronischen Systems ist seine hohe Wirkungsschnelligkeit sowie in der einfachsten Option der Mangel an mechanischen Elementen. Dadurch erhöht dieses System weder Gewicht noch Abmessungen des Geräts.