Авторка — Ясмін Елкаліш
Якщо ви керували дроном, то, ймовірно, помічали неприродне хвилювання зображення. Воно виглядає так, ніби камеру трясли під час знімання. Це називають «ефектом желе» через схожість із десертом, а формальна назва — спотворення рухомого затвора, або rolling shutter.
У статті пояснимо причини, відмінності типів затворів і способи зменшення ефекту.
Зміст
- Причини ефекту желе
- Дисбаланс пропелерів
- Типи затворів: рухомий, глобальний і механічний
- Як усунути ефект rolling shutter
Рисунок 1. Ефект желе в пейзажному відео з дрона (Боб Годж)
Причини ефекту желе
Ефект виникає через поєднання двох чинників: вібрацій дрона та способу, у який сенсор камери зчитує кадри.
Дисбаланс пропелерів і вібрація
Дисбаланс спричиняє небажані вібрації, що знижують ефективність польоту. Вони також погіршують аеровідеознімання та збирання даних, які потребують стабільного відеопотоку.
Читайте також: Як зменшити вібрацію пропелерів БПЛА
Камери зазвичай встановлюють на стабілізованих підвісах для поглинання мікровібрацій. Проте не всі високочастотні коливання вдається загасити, і вони спотворюють зображення.
Найпоширеніше джерело нестійкості й надмірної вібрації — дисбаланс пропелерів і двигунів. Він прискорює зношення механічних компонентів та відмови підшипників і двигунів, створюючи самопідсилювальний цикл вібрації в усьому дроні.
Це відео добре демонструє явище. До запуску пропелерів зображення чітке й плавне. Щойно вони починають обертатися, виникає ефект желе — наочний зв’язок стійкості пропелерів із якістю відео.
Рисунок 2. Ефект желе на відео міні-дрона на землі
Рухомий, глобальний і механічний затвори
Ми розглянули, що таке ефект желе й коли він з’являється. Тепер з’ясуймо причину — роботу затвора камери.
Камери дронів можуть мати електронний рухомий або глобальний затвор, рідше — механічний шторковий або пелюстковий.
Rolling shutter — поширений спосіб зчитування CMOS-сенсорів, які добре підходять дронам завдяки низькому споживанню та вартості. Сенсор зчитує зображення рядок за рядком, подібно до струменевого принтера.
Саме послідовне зчитування створює ефект желе: вібрація трохи змінює положення камери під час кадру. Коли сенсор доходить до нижнього рядка, сцена вже могла зміститися. Унаслідок цього зображення викривляється й неточно відтворює реальність.
Глобальний затвор у CMOS одночасно фіксує весь кадр замість послідовного зчитування, усуваючи основну причину ефекту. Проте, за словами виробників, технологія дорога й складна для інтеграції.
Тому глобальний затвор використовують лише найсучасніші камери дронів.
Рисунок 3. Відмінності експозиції рухомого та глобального затворів
Рекомендуємо: Випробування однолопатевих пропелерів
Два основні механічні типи, поширені в дзеркальних камерах, — шторковий і пелюстковий. У шторковому дві шторки рухаються сенсором: перша відкриває експозицію, друга після заданого часу закриває її в тому самому напрямку. Пелюстковий використовує перекривні лопаті, які відкриваються й закриваються від центра.
DJI додала механічні затвори до Phantom 4 RTK та Mavic 3 для усунення спотворень rolling shutter у геодезії й картографуванні.
Хоча механічні затвори усувають пов’язані з цим проблеми, надмірна вібрація скорочує середній час до відмови їхніх рухомих частин. Тому дисбаланс усе одно може погіршувати роботу камери.
Як усунути ефект rolling shutter, або желе
Без значних витрат уникнути рухомого затвора та його особливостей у камерах дронів складно.
Але ефект можна обмежити. У налаштуваннях спробуйте подовжити витримку й налаштувати світлофільтриабо використати програмну стабілізацію після знімання для поліпшення відео. Проте це майже не впливає на першопричину.
Зменшити саму вібрацію можна вдосконаленням підвісу або балансуванням пропелерів.
Як збалансувати пропелери
Tyto Robotics створила систему динамічного балансування, яка кількісно визначає й усуває дисбаланс пропелерів та двигунів дрона.
Лише за кілька коротких запусків можна досягти класу балансування ISO:
Рисунок 4. Динамічне балансування додаванням вантажів (джерело)
Висновок
Ефект желе виникає через порядкове зчитування більшості камер дронів. У поєднанні з високочастотною вібрацією та швидкими об’єктами спотворення майже неминучі.
Оскільки тип затвора й сцену не завжди можна контролювати, ефективний спосіб поліпшити відео — зменшити вібрацію від дисбалансу пропелерів і двигунів.
Завантажте наш технічний матеріал про методи балансування пропелерів , щоб дізнатися більше:
Джерела:
Phantom Pilots. What causes the Jello video effect? PhantomPilots website. Published 2016.https://phantompilots.com/threads/what-causes-the-jello-video-effect.86315/#:~:text=Unbalanced%20props%20are%20the%20most,there%20is%20more%20play%20with
Mosaic51. Rolling vs. global shutter: Camera effects explained. Mosaic51 website. Published 2022. https://www.mosaic51.com/technology/rolling-vs-global-shutter-camera-effects-explained/#:~:text=The%C2%A0consistency%20and%20accuracy%C2%A0of%20the%20images,%E2%80%98jello%20effect%E2%80%99%20or%20object%20segmentation
Wondershare Filmora. How to remove Jello effect and rolling shutter from aerial video. Filmora website. Published 2022. https://filmora.wondershare.com/drones/remove-jello-effect-rolling-shutter-from-aerial-video.html
DJI Enterprise. Mechanical shutter drones: The work of professional surveyors. DJI Enterprise website. Published 2022. https://enterprise-insights.dji.com/blog/mechanical-shutter-drones#:~:text=The%20work%20of%20professional%20surveyors,provide%2C%20you%20need%20a%20shutter
Micrathene FPV. The Jello effect: Causes, solutions, and tips for smooth video footage. Micrathene FPV website. Published 2023. https://www.micrathenefpv.com/blog/the-jello-effect-causes-solutions-and-tips-for-smooth-video-footage
2Bridges Productions. 5 handy tips to fix rolling shutter Jello effect in aerial footage. 2Bridges website. Published 2022. https://www.2bridges.nyc/nycblog/5-handy-tips-to-fix-rolling-shutter-jello-effect-in-aerial-footage/