EIS 電子防震是什麼?

EIS(Electronic Image Stabilization,電子防震,亦稱電子影像穩定)是攝影機以電子方式補償震動的技術:把感光元件的完整影像裁出略小的輸出範圍,配合陀螺儀量度的震動數據,逐格反向移動裁切位置,抵消風力、車流等造成的畫面搖晃。本頁講解 EIS 的工作原理、與 OIS 光學防震的分別,以及在監控工程中的應用要點。

為什麼監控攝影機需要防震?

攝影機受到震動時,影像會搖晃甚至模糊。安裝在燈柱、旗杆、天橋或當風外牆的攝影機,會因陣風而擺動;鄰近行車道或鐵路的安裝點,重型車輛與列車經過亦會傳來震動。焦距越長,問題越嚴重——變焦拉近後視角收窄,同樣幅度的震動在畫面上被等比放大,遠距離監控畫面可以晃動到無法閱讀細節。

持續搖晃的畫面還有一個較少人留意的代價:畫面每一格都在變化,影像編碼器需要耗用更多碼率去記錄這些無意義的變動,令頻寬與儲存空間需求上升。防震技術令影像對震動不再敏感,既改善觀看與辨認效果,亦節省頻寬與儲存,並放寬安裝位置的限制。

EIS 的工作原理:裁切畫面,反向補償

  1. 預留補償餘量——感光元件輸出的完整影像中,只裁出略小的範圍作為實際輸出畫面,四周邊緣保留作補償空間。這要求感光元件解像度高於輸出解像度。
  2. 量度震動——內置陀螺儀(配合加速度計)實時感應攝影機的搖擺方向與幅度;由於量度來自物理感應器而非影像內容,低光環境依然準確。
  3. 逐格反向移動裁切範圍——攝影機向上晃,裁切範圍即向下移,如此逐格抵消震動,令輸出畫面保持穩定。
  4. 區分震動與真實移動——憑陀螺儀數據,系統可以分辨「攝影機本身在震」與「畫面中有物體快速移動」,避免把真實目標的移動錯誤補償掉。

整個過程純以電子方式完成,沒有任何活動部件,因此成本較低、結構簡單耐用,特別適合長期戶外運作的監控設備。

EIS 與 OIS 光學防震的分別

OIS(Optical Image Stabilization,光學防震)是另一主流方案:同樣以陀螺儀偵測震動,但補償方式是由執行器實時移動鏡片組(或感光元件本身),令光線落在感光元件上的位置保持穩定,屬機械式補償。兩者比較如下:

比較項目EIS 電子防震OIS 光學防震
補償方式電子裁切:移動輸出畫面的裁切範圍機械補償:執行器移動鏡片組或感光元件
活動部件沒有,結構簡單耐用有,含精密機械執行器
成本較低較高
視角影響需裁切畫面邊緣,輸出視角略窄不需裁切,視角完整
低光表現陀螺儀輔助型在低光仍準確;純影像分析型會下降良好,長焦距低光場景尤其有優勢
補償軸向可補償上下、左右擺動,亦可補償繞光軸的旋轉(roll)一般補償上下(pitch)與左右(yaw)擺動
動態模糊不能消除物體移動造成的模糊同樣不能

兩者並非互相排斥,部分高階設備同時配備光學與電子防震,先由光學系統吸收大幅震動,再由電子系統修正餘下的細微晃動。

工程應用要點

① 高危位置預先選型

燈柱、天橋、鐵路旁、當風外牆等位置,落單前應確認攝影機支援防震;長焦距周界機與遠距離監控機尤其不能忽略。

② 以啟用後視角做規劃

EIS 裁切會令實際視角略窄於規格書的標稱視角,覆蓋範圍計算應以啟用 EIS 後的輸出為準,避免現場出現盲區。

③ 防震不等於免震

防震補償有幅度上限,安裝支架本身仍應足夠堅固穩妥;結構性大幅擺動應由改善安裝方式解決,防震技術只處理殘餘震動。

④ 連帶節省頻寬儲存

畫面穩定後,編碼器毋須為無意義的晃動耗用碼率,錄影檔案更小,對多鏡頭系統的儲存規劃有實際幫助。

權威資料依據

本文核對資料:IEC 62676-5IEC 62676-4

常見問題

EIS 會不會令畫面視角變窄?
會。EIS 的原理是在感光元件的完整影像中裁出略小的輸出範圍,並靠移動這個裁切範圍抵消震動,因此需要犧牲畫面邊緣作為補償餘量,實際輸出視角比關閉 EIS 時略窄。規劃覆蓋範圍時,應以啟用 EIS 後的實際視角為準。
EIS 與 OIS 有什麼分別?
OIS 光學防震以陀螺儀偵測震動後,由執行器實時移動鏡片組或感光元件,令光線落點保持穩定,屬機械補償,畫面不需裁切;EIS 電子防震則沒有活動部件,以裁切畫面並按陀螺儀數據移動裁切範圍作補償,成本較低、結構更耐用,但輸出視角略窄。長焦距、低照度場景 OIS 較有優勢;一般監控安裝則 EIS 已足以應付風力與車流引起的震動。
EIS 可以消除移動物體的動態模糊嗎?
不可以。無論電子防震還是光學防震,都只能補償攝影機本身的震動,無法消除畫面中物體在曝光時間內移動造成的模糊。要減少動態模糊,只能縮短曝光時間,而這需要更充足的環境光線或更高的感光度設定。
什麼安裝位置需要 EIS?
凡是安裝結構會持續或間歇震動的位置都建議選用:燈柱、旗杆、天橋、鐵路或行車道旁的建築物、當風的外牆支架、船隻及車輛等。焦距越長,同樣幅度的震動在畫面上被放大得越明顯,因此長焦距的周界或遠距離監控攝影機,防震功能尤其重要。
夜間或低光環境 EIS 仍然有效嗎?
配備陀螺儀的 EIS 在低光環境仍然有效,因為震動量度來自陀螺儀的物理感應,不依賴影像內容分析,即使畫面昏暗亦能準確補償。至於純粹依賴影像分析、沒有陀螺儀輔助的電子防震,在低光或畫面缺乏細節時準確度會下降,選型時可留意規格書是否註明陀螺儀輔助。

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