Elektronische Bildstabilisierung
Manchmal genügt schon eine Kleinigkeit, um einen ansonsten perfekten Videostream praktisch wertlos werden zu lassen. Windstöße können eine Überwachungskamera so stark erschüttern, dass die Aufnahmen verwackeln und nutzlos werden. Ähnlich kann sich ein schwerer LKW oder ein Zug auswirken, der nahe an der Kamera vorbeifährt. Die Lösung: Elektronische Bildstabilisierung (EIS).
Es wurden verschiedene Verfahren zur Bildstabilisierung entwickelt, die jedoch unterschiedliche Erfolge aufweisen. Die Einführung effizienter und preisgünstiger Gyroskope in Verbindung mit modernster Softwareprogrammierung beschleunigte hingegen die Entwicklung einer zuverlässigen Bildstabilisierung.
Auswirkung von Vibrationen auf das Videoergebnis
Paradoxerweise hat sich das Problem mit unscharfen Bildern durch die verbesserte Videoqualität noch verschärft. Durch größere Pixeldichte, höhere Auflösung und leistungsfähigeren Zoom werden nicht nur die Kameras anfälliger für Vibrationen, sondern gleichzeitig werden auch die Betrachter sensibler und aufmerksamer im Hinblick auf diese Eigenschaften. Natürlich sind sich Betreiber und Integratoren dieser Herausforderungen bewusst und versuchen, Lösungen dafür zu finden. So lassen sich Vibrationen beispielsweise durch stabilere Halterungen oder weniger exponierte Installationsorte reduzieren.
Bisherige Verfahren der Bildstabilisierung
Es gibt gegenwärtig zwei Methoden, um dem Problem entgegenzuwirken – optische Bildstabilisierung und elektronische Bildstabilisierung. Die optische Bildstabilisierung erkennt und misst Kameravibrationen normalerweise mit Gyroskopen oder Beschleunigungsmessern. Die normalerweise auf Schwenken und Neigen beschränkten Messwerte werden dabei an Stellglieder weitergegeben, welche die Kamerabewegung durch Regulierung des Objektivs ausgleichen. Eine andere Lösung ist die Bewegung des Bildsensors, etwa mit kleinen Linearmotoren. Beide Methoden können Erschütterungen von Kamera und Objektiv ausgleichen, so dass der Bildsensor genauso auf das einfallende Licht reagieren kann wie bei einer Kamera, die keinen Vibrationen ausgesetzt ist. Optische Bildstabilisierung eignet sich besonders für große Brennweiten und funktioniert auch bei schlechten Lichtverhältnissen gut. Der Hauptnachteil einer optischen Lösung ist ihr Preis.
Elektronische Bildstabilisierung
Die elektronische Bildstabilisierung (EIS), auch als digitale Bildstabilisierung bezeichnet, wurde in erster Linie für Videokameras entwickelt. Die Modellierung der Kamerabewegung erfolgt anhand verschiedener Algorithmen zur Korrektur des Bildes. Pixel außerhalb des sichtbaren Bildes werden als Puffer für die Bewegung verwendet. Diese Pixeldaten können dann genutzt werden, um die elektronische Aufnahme Bild für Bild so weit zu verschieben, dass die Bewegung ausgeglichen und ein stabiler Videostream erzeugt werden kann.
Eine hervorragende Kombination
Mit der Entwicklung preisgünstiger Gyroskope sowie effizienterer Algorithmen zur Modellierung der Kamerabewegung hat sich die Verfügbarkeit von Stabilisierungsverfahren verbessert. Außerdem konnten Hybridsysteme geschaffen werden, die mit Hilfe von Gyroskopmessungen die Bilder gemäß diesen Gyroskopsignalen digital verarbeiten anstatt das Objektiv zu bewegen. Axis hat dieses kombinierte Verfahren wegen seiner Vielseitigkeit gewählt. Die Lösung deckt ein breites Frequenzband ab und kommt gleichzeitig gut mit hohen und niedrigen Amplituden zurecht.
Vorteile und Anwendungen in der Videoüberwachung
Eine Überwachungskamera, die an einem exponierten Standort wie etwa einem langen Mast oder einem Straßenschild an einer viel befahrenen Straße angebracht ist, kann durch Wind oder Straßenverkehr erschüttert werden, so dass die Videobilder unscharf werden. Elektronische Bildstabilisierung funktioniert vollkommen unabhängig vom Objektivtyp der Kamera. Bei Verwendung eines leistungsstarken Teleobjektivs, das ein entferntes Objekt heranzoomt, wird das Sichtfeld schmaler. Jede Erschütterung oder jedes Zittern wird in der Kamera verstärkt – die Amplitude der Erschütterung steigt proportional zum verwendeten Zoomfaktor. Bei Standardobjektiven gibt es ähnliche Probleme, wenn die Kamera an einem Standort mit vielen Erschütterungen montiert ist. Bildstabilisierung sollte immer als Voraussetzung für die optimale Nutzung der Kamera unter allen Bedingungen angesehen werden.
Weniger Kameras und Speicherplatz nötig
Kameras, die weniger empfindlich auf Erschütterungen reagieren, machen eine Installation flexibler und lassen mehrere Montageoptionen zu. Eventuell sind daher weniger Kameras nötig, um die Anforderungen an die Überwachung zu erfüllen.
Stabilisierte Bilder nehmen außerdem geringere Bandbreite und weniger Speicherplatz in Anspruch. Videokomprimierungsformate wie H.264 basieren auf dem Bewegungsausgleich. Diese Methode verwendet die Aufnahme eines einzigen Bildes als Baseline und speichert nur Informationen über die Veränderungen im Bild. Eine gut stabilisierte Aufnahme enthält verhältnismäßig wenig Bewegung und nimmt daher geringere Bandbreite und weniger Speicherplatz in Anspruch.
Bei dieser Bilderreihe sieht man sehr deutlich, wie qualitativ hochwertig das stabilisierte Bild mit EIS ist. Auf dem jeweiligen linken Bild sieht man eine Aufnahme einer Kamera, die mit EIS stabilisiert wurde. Die jeweiligen rechten Bilder zeigen eine Aufnahme einer Kamera, die stabil montiert ist und bei der daher keine Bildstabilisierung notwendig ist. Der Unterschied zwischen den mit EIS stabilisierten Bildern und den „normalen Bildern“ ist nicht sichtbar.
Angenehmere Bildbetrachtung
Für die Anwender, die mit den Videobildern arbeiten, bringt die Elektronische Bildstabilisierung eine entscheidende Veränderung mit sich. Denn nicht nur die Qualität des Videomaterials wird verbessert. Details sind leichter zu erkennen und das Material kann besser weiterverwendet und analysiert werden. Auch das Arbeiten vor dem Bildschirm wird angenehmer, da weniger Ermüdungserscheinungen durch unscharfe oder verwackelte Videoaufnahmen auftreten. Derzeitige Axis Kameras mit elektronischer Bildstabilisierung: AXIS Q1615, AXIS Q1615-E, AXIS Q1635, AXIS Q3505-V, AXIS Q3505-VE.
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