Ou "como usar um microprocessador para corrigir movimentos involuntários feitos pelo operador da câmera": este é o tema deste artigo, mostrando como funciona um dispositivo presente na maioria das câmeras de vídeo dos segmentos consumidor e semi-profissional. E porque não é obrigatório nas câmeras profissionais? Justamente devido à sua função, que é corrigir trepidações transmitidas pelo operador à câmera... não, não estamos dizendo que necessariamente um cameramen (woman?) é melhor do que outro e sim algo que tem a ver com o tamanho do equipamento. Equipamentos profissionais são maiores e mais pesados e por isso sofrem bem menos os efeitos da trepidação do que câmeras que às vezes chegam a caber na palma da mão.

E para piorar as coisas existe ainda um agravante: a lente zoom. Quando a mesma é levada para sua posição tele, quanto maior o aumento, maiores ficam as pessoas e objetos enquadrados, mas também maiores ficam os defeitos. Uma pequena vibração no corpo da câmera com a lente totalmente aberta (grande angular) pode passar quase desapercebida na imagem final. No entanto se o enquadramento estiver fechado com a lente na posição tele a história é bem outra.

Para tentar minimizar esses problemas, engenheiros pesquisaram diversos métodos para tentar anular o efeito dessas vibrações. E um desses métodos, que abordaremos aqui, é o EIS - Electronic Image Stabilizer, também conhecido como Digital Image Stabilizer. Mas...como seria possível corrigir uma ligeira vibração sofrida pela câmera?

O processamento no CCD

Como sabemos, as lentes da câmera projetam a imagem sobre a superfície do CCD (Charge Coupled Device) e o circuito eletrônico do equipamento se encarrega de fazer a leitura da mesma, linha a linha, até completar todo o quadro. A seguir, volta para o topo (primeira linha) para reiniciar a leitura e assim por diante. E é aqui, nesta fase de leitura das informações do CCD que o EIS começa a atuar. Cada quadro completo lido é armazenado em um chip de memória RAM (Random Access Memory). A seguir é lido o próximo quadro. Ao término desta tarefa, o microprocessador executa um programa para comparar as imagens lidas com as anteriores gravadas na memória RAM. Para fazer essa comparação, as imagens são divididas em pequenos blocos e cada bloco da imagem capturada é comparado com o bloco da imagem armazenada no chip de memória. Se as imagens não coincidirem, o software tenta deslocar um dos blocos para cima, para baixo e para os lados, na tentativa de encontrar uma posição onde as duas imagens se sobreponham. O mesmo processo é repetido para os demais blocos. Computadores processam informações a uma velocidade estonteante, assim toda essa verificação não gasta mais do que algumas frações de segundo. No final desta tarefa de comparação o processador deduzirá então se houve ou não movimento com a câmera: se para a grande maioria dos blocos ocorreu deslocamento na mesma direção, a conclusão é de que a câmera se moveu. Se, no entanto, o deslocamento dos blocos é desordenado, em diferentes direções, a conclusão será de que foi a imagem e não a câmera que se moveu.

A correção

Se foi a câmera e não a imagem que se moveu, o sistema tentará compensar isto. Para tanto, câmeras que utilizam o sistema EIS possuem CCD com uma quantidade bem maior de pixels do que a realmente utilizada. Isto porque somente uma parte do CCD é lida para formar a imagem a ser gravada - e aqui a mágica do processo começa a ser desvendada..... Quando se olha pelo visor da câmera, somente esta parte menor é mostrada, mas na realidade a imagem captada se estende além deste limite, para cima e para os lados. Isto ocorre exatamente para permitir que o processador desloque esta janela menor através da área maior captada, na tentativa de corrigir e anular o deslocamento acarretado pela movimentação da câmera.

Observe a figura:

Na sequência de desenhos, o primeiro (a) mostra a imagem de vários prédios, para onde a câmera foi apontada. O retângulo vermelho mostra a imagem capturada pelas lentes, formada sobre o CCD, portanto esta é a imagem que a câmera vê. No entanto, o processador que lê o CCD, somente o faz para a área indicada pelo retângulo amarelo. Esta é a imagem efetivamente gravada na fita. Percebeu como uma fica "dentro da outra"? Esta também é a imagem mostrada no visor da câmera. Como do CCD todo, somente uma parte menor dos pixels é aproveitada (sempre a do retângulo amarelo), geralmente a quantidade total de pixels nestes CCDs deve ser maior - uma parte da imagem é sempre descartada. É por isso que câmeras com sistema EIS possuem CCDs com mais pixels do que outras sem esse sistema - a quantidade "extra" é utilizada no processo de estabilização da imagem quando o sistema é acionado pelo operador.

O desenho (b) mostra que a câmera sofreu um pequeno movimento brusco para a direita e para baixo: a imagem vista pelo CCD deslocou-se para a posição indicada pelo retângulo vermelho. O retângulo amarelo mostra qual parte dos prédios estava sendo gravada antes da câmera ter sofrido o deslocamento. Em (c) o retângulo rosa indica qual área dos prédios passaria agora a ser registrada na fita, em comparação com o retângulo amarelo (o que estava sendo registrado antes). O processador dividirá em blocos as imagens destes 2 retângulos para compará-las e concluir o que deve ser feito.

O desenho (d) mostra que o processador concluiu que a câmera sofreu um movimento para a direita e para baixo. A partir do deslocamento ocorrido na imagem, o mesmo calcula pelo deslocamento inverso a localização dentro da área do CCD da imagem original. Em (e) o retângulo rosa mostra qual área do CCD passou agora a ser registrada na fita. Em comparação com o retângulo amarelo na imagem de cima (a) pode-se observar que a imagem é a mesma, ou seja, o efeito da trepidação na câmera foi anulado.

Mas o que ocorreria se o deslocamento causado na câmera fosse maior? O desenho (f) exemplifica a situação. Aqui o deslocamento é tão grande que o processador não conseguirá recuperar a imagem original: a parte segmentada do retângulo rosa mostra a área que já não é mais vista pelo CCD. Neste caso, como mostra o desenho (g), o processador somente tem como alternativa 'empurrar' também a imagem registrada na fita para a direita. Porém isto não é um problema, uma vez que o objetivo dos estabilizadores de imagem é exatamente este: corrigir somente pequenas trepidações a que a câmera está sujeita.

Avaliação do resultado

O sistema é muito bom para corrigir essas pequenas trepidações, por exemplo quando a câmera, segura pelas mãos tem a objetiva zoom ajustada para algum grau de tele-objetiva. No entanto, existem alguns problemas. Quando a câmera está parada e inicia um movimento lento de panorâmica, o estabilizador EIS tenta a princípio corrigir o movimento. Porém, a partir de determinado ponto isto deixa de ser possível (desenhos (f) / (g) ), e a imagem registrada na fita passa a sofrer também o deslocamento. Como este deslocamento foi 'camuflado' durante o tempo em que o processador conseguia efetuar a correção, haverá um 'salto' na imagem final registrada, para a nova posição.

Sistemas mais recentes usam um software específico para tentar 'advinhar' se a intenção é efetuar uma panorâmica ou ocorreu uma movimentação acidental da câmera. Embora em muitas situações isto funcione, sempre é possível desligar o estabilizador ao efetuar este tipo de movimento.

Existem no entanto outros problemas: em algumas situações, dependendo do 'julgamento' do processador para determinar se deve ou não corrigir o deslocamento, a escolha pode ser errada, como quando se faz um close em um grande objeto balançando para um lado e outro: o processador pode tentar 'seguir' o movimento do objeto interpretando-o como deslocamento da câmera. No entanto, apesar desses problemas o EIS é um sistema barato (não possui partes móveis, todo o trabalho de estabilização é eletrônico), por isso mesmo é encontrado mais facilmente em câmeras do segmento consumidor do que do segmento semi-profissional.

Sistemas do tipo EIS mais recentes foram modificados e melhorados: a captura de área menor dentro de uma área maior dentro do CCD e o processo de correção, como mostrado nos desenhos de (a) a (g) continuam existindo. No entanto, ao invés de efetuar comparações na imagem armazenada e a atual para detectar a movimentação da câmera, são utilizados pequenos sensores para detectar essa movimentação. Estes sensores minúsculos, localizados próximo às lentes são baseados no princípio do giroscópio, sendo capazes de detectar a trepidação ocorrida e enviar um sinal para o processador. Este então efetua as devidas correções na imagem. Sistemas que utilizam este processo são mais eficientes, evitando muitos erros como os acima descritos. No entanto o sistema, por ser mais complexo e sofisticado é mais caro, sendo encontrado em câmeras do segmento semi-profissional.

O mesmo tipo de sensor giroscópico mencionado acima é também utilizado no sistema óptico de estabilização de imagem (Optical Image Stabilizer), considerado melhor do que o EIS, porque a imagem no CCD não sofre nenhum tipo de manipulação - veja artigo sobre OIS.