Google Pixel 2 registra video superstabili, ecco come

Un principio chiave nella videografia è mantenere il movimento delle immagini fluiso e stabile, non ‘traballante’ come avviene con le fotocamere degli smartphone privi di qualsiasi forma di stabilizzazione, o che hanno una forma di stabilizzazione ma gestita male. "Un video stabile è privo di distrazioni, in modo che chi guarda possa concentrarsi sull’argomento di interesse" spiegano Liang e Shi, secondo cui "i video scattati con smartphone sono soggetti a molte condizioni che rendono un video di alta qualità una sfida significativa". Questi problemi sono: il Camera Shake, il Motion Blur, il Rolling Shutter e il Focus Breathing.

Il problema del Camera Shake è frequente, in quanto si verifica quando si tiene il telefono in mano ma non si ha la ‘mano ferma’ oppure si cammina o comunque si è in movimento durante la registrazione.

Simulazione video traballante

Il problema del Motion Blur si verifica quando la fotocamera o il soggetto si spostano durante la registrazione e gli elementi si vedono sfocati – anche se si stabilizza il movimento tra fotogrammi consecutivi, la sfocatura di movimento in ogni singolo frame non può essere facilmente ripristinata, in particolare su un dispositivo mobile. Un tipico artefatto video dovuto alla sfocatura del movimento è l’incoerenza della nitidezza: il video può rapidamente alternarsi tra sfocatura e nitidezza anche dopo che il video si stabilizza.

Esempio di sfocatura da movimento a bassa luminosita’

Il problema del Rolling Shutter (distorsione dell’otturatore) è quando le immagini vengono deformate. Il sensore di immagine CMOS raccoglie una riga di pixel, o "scanline", alla volta, e richiede decine di millisecondi per andare dalla scanline superiore a quella inferiore. Pertanto, qualsiasi cosa che si sposta durante questo periodo può apparire distorta. Anche se si ha una mano ferma, la distorsione dell’otturatore viene visualizzata quando si sposta rapidamente la fotocamera.

Rolling Shutter

Quando ci sono oggetti a diversa distanza in un video, l’angolo di visualizzazione può cambiare significativamente a causa di oggetti che entrano ed escono dal primo piano. Di conseguenza, l’immagine di vede restringersi o espandersi come il video qui di seguito, che i professionisti chiamano "Breathing".

Focus Breathing

Il sistema di stabilizzazione completo cosa dovrebbe avere

Un buon sistema di stabilizzazione dovrebbe affrontare tutti i problemi di cui sopra, per ottenere un video che sia nitido, il movimento deve essere fluido, e con l’otturatore e la messa a fuoco che funzionino in maniera corretta.

Chi ha una Gopro – o comunque i professionisti in generale – montano la telecamera su uno stabilizzatore meccanico per isolare completamente il movimento della mano. Questi dispositivi attivamente compensano il movimento della fotocamera per rimuovere i movimenti indesiderati. Tuttavia, di solito sono costosi, ingombranti e scomodi – di solito sono più grandi del telefono stesso e bisogna organizzarsi per mettere il telefono sullo stabilizzatore prima di iniziare a registrare.

OIS: stabilizzazione ottica dell’immagine

Sugli smartphone top di gamma da qualche tempo si è iniziato ad utilizzare la stabilizzazione ottica dell’immagine (OIS) per la soppressione degli artefatti dovuti alla ‘mano tremolante’. Nei moduli fotocamera per dispositivi mobili con OIS l’obiettivo viene sospeso al centro del modulo da un certo numero di molle e elettromagneti che vengono utilizzati per spostare l’obiettivo all’interno. Viene cosi’ compensato il movimento a velocità molto elevate. Dal momento che OIS risponde rapidamente al movimento può sopprimere la sfocatura della stretta di mano. Tuttavia, la portata del movimento correggibile è abbastanza limitata (di solito circa 1-2 gradi), che non è sufficiente a correggere i moti indesiderati tra  i fotogrammi video consecutivi o per correggere la sfocatura eccessiva di movimento durante la camminata. OIS non può quindi correggere alcuni tipi di movimenti, e a volte può anche introdurre l’artefatto "jello", simile al problema del Rolling Shutter.

OIS – Artefatto Jello

EIS: stabilizzazione elettronica dell’immagine

La Stabilizzazione Elettronica (EIS) analizza il movimento della fotocamera, filtra le parti indesiderate e crea un nuovo video trasformando ogni fotogramma. La qualità finale della stabilizzazione dipende dall’algoritmo di progettazione e ottimizzazione di queste fasi. In generale, l’EIS basato su software è più flessibile dell’OIS in modo da poter correggere più grandi e più tipi di movimenti. Tuttavia, l’EIS ha alcune limitazioni note. Ad esempio, per evitare regioni non definite nella struttura sintetizzata bisogna ridurre il campo visivo o la risoluzione. In secondo luogo, rispetto a OIS o ad uno stabilizzatore esterno, EIS richiede più risorse di calcolo, disponibili in quantità limitate nei telefoni.

Fused Video Stabilization, la fusione di OIS e EIS

Google ha quindi introdotto nei suoi Pixel 2 la tecnologia Fused Video Stabilization (stabilizzazione video fusa) che combina entrambe le funzioni OIS e EIS simultaneamente durante la registrazione video per affrontare tutte le problematiche di cui sopra.

La tecnologia Fused Video Stabilization di Google si sviluppa in tre fasi di lavorazione. La prima fase prevede l’elaborazione e l’analisi del movimento, estrae il segnale giroscopico, il movimento OIS e altre proprietà per stimare in modo preciso il movimento della fotocamera. Quindi, la seconda fase di filtraggio del movimento combina l’apprendimento automatico (machine learning) e l’elaborazione del segnale per prevedere l’intenzione di una persona di spostare la fotocamera. Infine, nella fase di sintesi del filmato, si rimuovono le distorsioni dell’otturatore (rolling shutter) e della messa a fuoco (focus breathing).

Fused Video Stabilization – le tre fasi di sciluppo

Risultati della Fused Video Stabilization

Con la stabilizzazione video fusa, Google promette per i video registrati con i telefoni Pixel 2 meno sfocatura dovuta al movimento e più naturali. E’ disponibile per tutte le modalità di registrazione video sui Pixel 2, anche la registrazione 4K o a 60fps.

"Fused Video Stabilization combina il meglio di OIS e EIS mostrando ottimi risultati nella riduzione del motion smoothing e motion blur" spiegano Liang e Shi, "cosi’ su Pixel 2 e Pixel 2 XL non è più necessario collocare il telefono su uno stabilizzatore esterno prima di registrare, tenere saldamente il telefono in tutta la sessione di registrazione o portare ovunque un supporto a sospensione. Il video registrato sarà sempre stabile, affilato e pronto per la condivisione".

Google Pixel 2 – Stabilizzazione video FVS su motocicletta

Google Pixel 2 – Stabilizzazione video FVS su duna di sabbia

Google Pixel 2, Recensione della Fotocamera ottima per DxOMark

Tra le caratteristiche dei telefoni Pixel 2 e Pixel 2 XL di Google c’è la stabilizzazione delle immagini sia elettronica che ottica, una combinazione rara da trovare negli smartphone, ma a cosa serve? Perchè non ne bastava una di stabilizzazione? Quali benefici comporta combinare due forme di stabilizzazione? Per chiarire e presentare come funzionano EIS e OIS nella gamma di telefoni Pixel 2 di Google sono intervenuti Chia-Kai Liang, Senior Staff Software Engineer, e Fuhao Shi, Android Camera Team, di Google in un post sul blog dell’azienda.

Secondo i due esperti, uno degli aspetti più importanti degli smartphone attuali è acquisire e condividere video facilmente ma per questo non bisogna per forza rinunciare alla qualità dei filmati. Per questo gli smartphone Pixel 2 e Pixel 2 XL sono stati progettati in modo da acquisire video di alta qualità in maniera semplice, grazie alla tecnica di stabilizzazione video chiamata Fused Video Stabilization e basata sia sulla stabilizzazione ottica dell’immagine (OIS) che sulla stabilizzazione elettronica delle immagini (EIS). La Fused Video Stabilization promette di fornire filmati "altamente stabili con artefatti minimi" e non è un caso se il Pixel 2 è attualmente classificato come miglior smartphone per fare video nella classifica di DxO.

"Pixel 2 offre un’impressionante performance dei video, con solo pochi piccoli difetti" si legge nel rapporto di DxO Mobile. Dai test condotti risulta che l’esposizione è buona in quasi tutte le condizioni di illuminazione, con rapide transizioni tra livelli di illuminazione. L’autofocus è molto veloce, fluido e stabile – incluso il monitoraggio dei soggetti. Il Pixel 2 svolge anche un ottimo lavoro nel bilanciare la conservazione dei dettagli e la riduzione del rumore, "tra i migliori che abbiamo testato" si legge nel rapporto. Del Pixel originale di Google è stata apprezzata un anno fa la sua ottima stabilizzazione delle immagini nei video, ma questa tecnologia è stata migliorata nel nuovo modello Pixel 2. In particolare, la modalità video su Pixel 2 offre un elevato livello di stabilizzazione, con meno artefatti in condizioni ambientali indoor e luminose.