Стабилизация изображения при видеосъемке

     Не секрет, что одно из основных отличий профессиональной съёмки (в частности, кино) от любительской заключается в том, что профессионалы, как правило, снимают со штативами, кранами, тележками и прочими приспособлениями, обеспечивающими неподвижность или плавное движение камеры, тогда как любители обычно об этом не задумываются. Как следствие, часто в любительской съёмке происходит такое мельтешение в кадре, что после нескольких минут просмотра начинает болеть голова, или во всяком случае пропадает желание смотреть на экран. Рецепт профессионалов, конечно, годится и для нас, простых видеолюбителей — надо учиться снимать со штативом. Однако не всегда он есть под руками, да и некоторые сюжеты нельзя толком снять с использованием штатива (а кран и тележка уже, увы, для любителей практически недоступны).

     Нужно иметь в виду, что помимо движения кадра как целого (движения фона), обусловленного в том числе и дрожанием камеры, часто ещё движется и объект в кадре относительно фона. Это создаёт одну из главных проблем при стабилизации в сколько-нибудь сложных случаях.

     Если движение в кадре (точнее, на его краях) отсутствует, то такое заполнение краёв работает очень хорошо: можно снимать далёкий неподвижный объект с дрожанием хоть в полкадра — процесс стабилизации как бы склеит из этого множества кадров единую «панораму» и будет медленно перемещать по ней взгляд. Конечно, этот приём не всегда работает хорошо, но в идеале позволяет вообще не уменьшать размер кадра (не терять в разрешении, за вычетом неизбежной переинтерполяции картинки при сдвиге, и в угле обзора, что тоже важно).

     Несмотря на то, что Warp-стабилизатор в Premiere Pro CC своим появлением облегчил жизнь многих видеоредакторов, результаты использования плагина далеки от совершенства. Более того, есть некоторые случаи, когда применение этого инструмента заканчивается тем, что полученный видеоматериал выглядит даже хуже, чем он был на самом деле снят, в первую очередь, именно в результате использования специфических алгоритмов Warp-стабилизатора.

     Этот побочный эффект возникает, как правило, из-за непомерного для Warp-стабилизатора дрожания камеры, в результате чего алгоритмы фильтра неспособны правильно компенсировать паразитные движение камеры. К счастью, по-прежнему существует еще один способ стабилизации в постпродакшне для этих непростых случаев, когда вам жизненно необходимо получить плавный видеоряд.

     Немалая часть жалоб в отношении работы программных стабилизаторов касается так называемой «мыльной» картинки. Она получается после того, как видео подверглось стабилизации.

     Для начала определим фундаментальный механизм работы любой системы стабилизации. Он имеет как минимум две составляющие: определитель «дрожания» и собственно механизм восстановления кадра без дрожания. При этом под дрожанием обычно подразумевается нежелательное беспорядочное движение самой камеры. А точнее, вращение камеры относительно любой из трёх осей, проходящих через её центр. Вращение относительно главной оптической оси (той, которую протирают спиртом:) приводит к вращению кадра (впрочем, это редко заметно), остальные две оси дают смещение по горизонтали и вертикали. Нужно иметь в виду, что помимо движения кадра как целого (движения фона), обусловленного в том числе и дрожанием камеры, часто ещё движется и объект в кадре относительно фона. Это создаёт одну из главных проблем при стабилизации в сколько-нибудь сложных случаях.

     Однако недостающие части не остаются пустыми, а заполняются или приграничными пикселами (что, в общем-то, смотрится не очень хорошо), или соответствующими фрагментами из соседних кадров, надлежащим образом сдвинутых до совпадения с текущим кадром. Если движение в кадре (точнее, на его краях) отсутствует, то такое заполнение краёв работает очень хорошо: можно снимать далёкий неподвижный объект с дрожанием хоть в полкадра – процесс стабилизации как бы склеит из этого множества кадров единую «панораму» и будет медленно перемещать по ней взгляд. Конечно, этот приём не всегда работает хорошо, но в идеале позволяет вообще не уменьшать размер кадра (не терять в разрешении, за вычетом неизбежной переинтерполяции картинки при сдвиге, и в угле обзора, что тоже важно).

     Возможные артефакты стабилизации

     Конечно, программная стабилизация может давать и сбои или просто некрасивые результаты. Рассмотрим возможные причины неприятностей.

     Во-первых, это группа вопросов, связанных с компенсацией границ (заполнением краёв). Конечно, можно совсем от неё отказаться и обойтись адаптивным или даже фиксированным зумом, но в этом случае мы проигрываем в разрешении и, что даже более заметно, в угле обзора: если мы пытались снять объект так, что он занимал почти весь кадр, но из-за дрожания периодически частично вылетал за его пределы, то после стабилизации с увеличением центральной части мы увидим только середину этого объекта. (Поэтому лучше снимать «с запасом», оставляя по краям кадра место). Если же мы обратимся к методикам заполнения краёв, то может получиться, что в соседних кадрах объект находился в другом положении, чем в текущем, и после компенсации мы будем наблюдать странноватую картину с искажёнными краями.

     Чтобы этого не происходило, опять-таки лучше стараться взять в кадр целиком движущийся объект, если это позволяют условия и цель съёмки. Аналогичное, хотя и менее заметное, нарушение происходит из-за различия в яркости соседних кадров (если автоматический экспонометр вздумал увеличить или уменьшить её). Впрочем, как сказано в статье про основные правила съёмки, лучше вообще отключить автомат и регулировать экспозицию вручную. Кроме того, некоторые камеры склонны затемнять углы кадра (виньетирование), что тоже будет слегка заметно при компенсации краёв.

     Ещё одна неприятность полностью унаследована из цифрового накамерного стабилизатора: при недостаточно короткой выдержке и достаточно резком смещении кадр «поплывёт», будучи даже смещён обратно в нужное положение при стабилизации. Это выглядит как резкая кратковременная расфокусировка, хотя размытие и происходит только в одном направлении. Впрочем, большинство зрителей посчитают это менее неприятным, чем исходный рывок кадра. Чтобы минимизировать этот эффект, лучше сразу при съёмке установить выдержку поменьше (автомат камеры, как правило, при уменьшении освещённости сначала поднимает выдержку до 1/50 секунды и лишь затем открывает диафрагму; мы же желаем сделать наоборот, поставить выдержку, скажем, на 1/200 или хотя бы 1/100, а диафрагма пусть будет пошире).

     Наконец, ещё один эффект возникает, когда мы стабилизируем видео, снятое на широком угле (при минимальном зуме). Спрашивается, разве такое нужно? В некоторых ситуациях – да, см. ниже. Здесь мы сталкиваемся с той же ситуацией, что и фотограф, пытающийся просто склеить панораму в Photoshop'е: в соседних кадрах будет различная перспектива, и без компенсации перспективных искажений панорама не склеится.

     Все программы для работы с фотопанорамами используют компенсацию перспективных искажений, но для этого нужно знать фокусное расстояние (или угол обзора кадра), что в фотографии достигается простым чтением EXIF-параметров файла (или задаётся вручную), а в случае с видео практически недостижимо.

     Поэтому при стабилизации такого видео мы можем наблюдать странные «покачивания» картинки, как будто кратковременно одна сторона кадра к нам приблизилась, а другая удалилась.

     Иллюстрация перспективных искажений: два кадра сдвинуты до совпадения центров, но по краям выглядят по-разному

     Способ борьбы с этим, по сути, один – не увлекаться плавностью стабилизации, пусть лучше будут колебания некоторой амплитуды, на их фоне искажения станут незаметны.

     Ну и, наконец, упомянем об очевидной вещи: если планируется использование стабилизатора, то не стоит впечатывать в кадр дату и время:) (иначе придётся лицезреть танец пляшущих цифр в углу экрана). На самом деле сейчас это уже почти никто не делает (эти данные сохраняются в видеопотоке и при необходимости могут быть извлечены и добавлены на кадр при монтаже или просто как субтитры). А вот менее очевидно, что аналогичный эффект, хотя и в меньшей степени, возникает при наличии пятен, капель или даже бликов на объективе, так что не поленитесь протереть его перед началом съёмки и встать так, чтобы солнце не создавало бликов. Конечно, это относится и к съёмке без последующей стабилизации. Короче говоря, вы видите, что возможность использования программной стабилизации лучше предусмотреть ещё при съёмке.

     Режимы использования стабилизатора

     Программную стабилизацию имеет смысл применять во многих различных случаях, которые тем не менее поддаются некоторой классификации (достаточно субъективной). Условно разделим все случаи применения на три категории.

     1. Съёмка на максимальном зуме более-менее неподвижного объекта, или же панорама (при большом и не очень приближении, а то и вовсе на минимальном зуме). Отличительные особенности – всё нерегулярное движение в кадре относится на счёт дрожания камеры, а после стабилизации мы должны получить почти неподвижную картинку или равномерно прокручивающуюся панораму. Кстати, случай с панорамой, пожалуй, не менее важен – с рук, да и с обычного недорогого штатива, практически невозможно снять её равномерно и без рывков даже на самом широком угле; смотрится это довольно удручающе, но после стабилизации комфортность восприятия улучшается кардинально. Этот случай – самый простой для стабилизатора, с применением компенсации краёв мы практически ничего не теряем.

     2. Не очень большой зум, но заметное движение центрального объекта в кадре относительно фона. Например, скатывающийся по склону лыжник или проезжающий автомобиль. Здесь процедуре анализа движения придётся изрядно подумать, чтобы отделить объект от фона. В сущности, привязываться по движению можно и к тому, и к другому, но привязка к фону выглядит более естественной в случае, когда в движении объекта имеются заметные нерегулярности (тогда камера движется более равномерно вместе с фоном). Главное, чтобы привязка не прыгала от кадра к кадру – в одном фон занимал больше места и движение определялось по нему, а в другом – «внимание» стабилизатора переключилось на объект. Впрочем, в более простых алгоритмах этой проблемы как бы нет – вектора движения усредняются по всему кадру, но и это может выглядеть не очень хорошо. Ещё одна неприятность возникает при попытке компенсировать границы у движущегося объекта (об этом мы говорили выше). В общем, при съёмке надо делать зум немножко меньше, чем хотелось бы для полного влезания объекта в кадр.

     3. Съёмка на максимально широком угле в движении (камера движется относительно всего фона, да ещё наверняка на переднем плане тоже что-то пробегает). Самый сложный случай для стабилизатора, но если удаётся справиться с ним, то выглядит это потрясающе – почти как съёмка с рельсов или крана в кино. Применять это можно для создания самых необычных ракурсов: съёмка «от первого лица» при катании на лыжах, полёте на параплане, прохождении порога; съёмка движущегося человека (людей) двигающейся параллельно ему камерой и т.д. В этом случае вдобавок к проблемам предыдущего пункта добавляются и перспективные искажения, а неприятности с границами практически неизбежны, если не уменьшить немножко поле зрения заданием дополнительного увеличения. В некоторых ситуациях стабилизировать изображение, скорее всего, вообще не удастся – например, при съёмке из окна автомобиля далёкого пейзажа, на фоне которого постоянно мелькают деревья переднего плана на разном расстоянии от камеры и соответственно с разной экранной скоростью.

     Другие вопросы по теме видео