www.tvfreak.cz
>
>
>

Vysokorychlostní kamera v akci

Vysokorychlostní kamera v akci
, , návod

Téma vysokorychlostního záznamu je populární a my vám ho dnes přinášíme ve velmi pohodovém duchu se spoustou videí a komentářů z první ruky. Hlubší vědecké úvahy a teorie si tentokrát necháme od cesty a nebudeme jimi nikoho zatěžovat.




reklama
Videoklipy rychlých dějů natočené vysokorychlostní kamerou jsou vizuálně přitažlivé, daleko větší význam však mají v technické praxi, kde se používají k analýze i optimalizaci výroby a zpracování produktů. Stručně se podíváme na teorii záznamu, důležité parametry kamery a využití vysokorychlostních klipů. Následně si rozebereme kompletní postup samotného natáčení a podělíme se s vámi o praktické poznatky získané při tvorbě maturitní práce na téma Záznam dějů vysokorychlostní kamerou.


Vysokorychlostní záznam



Společnost filmových a televizních techniků (SMPTE) v roce 1948 definovala tzv. vysokorychlostní fotografii jako skupinu po sobě jdoucích snímků zachycených s rychlostí alespoň 128 snímků/s. Lidské oko je schopné zachytit přibližně 20–25 obrázků/s. Pokud tato čísla porovnáme, zjistíme, že základní rychlost snímkování nám umožní děj pozorovat s asi šestinásobným zpomalením. Současné nejmodernější kamery pro vysokorychlostní záznam dokážou toto číslo znásobit řádově i 10 000 ×.

Připomeňme si důležité milníky v historii vysokorychlostních kamer:
  • 1980 – První vysokorychlostní kamera využívající VHS záznam (HSV-200).
  • 1983 – První vysokorychlostní kamera specializována pro vojenské účely (FHS-200).
  • 1985 – První vysokorychlostní kamera specializována pro využití ve vzduchu (HVRB 200).
  • 1990 – První vysokorychlostní kamera využívající S-VHS záznam (HSV-1000).
  • 1990 – První vysokorychlostní kamera využívající technologii CMOS (HSV-1000).
  • 1994 – První barevná vysokorychlostní digitální kamera (Memrecam Ci).
  • 1994 – První vysokorychlostní digitální kamera vyuţívající CMOS technologii (Memrecam Ci).
  • 1995 – První tříčipová vysokorychlostní digitální kamera (Memrecam C2S).
  • 1997 – První vysokorychlostní kamerový systém schopný ukládat digitální i analogový záznam na pásku S-VHS (Memrecam C3 a HSV-500 C3).
  • 2003 – První jednočipová vysokorychlostní digitální kamera s HD rozlišením 720p využitá v živém sportovním vysílání (Memrecam fx K3).
  • 2005 – První tříčipová vysokorychlostní digitální kamera s full HD rozlišením 1080i využitá současně jak pro vytváření zpomalených záznamů tak pro živé vysílání během sportovních utkání (Memrecam Hi- Motion).

V následujícím klipu na YouTube je záznam s frekvencí jeden milion snímků za sekundu. Jedná se o jeden z „nejzpomalenějších“ videoklipů současnosti – je zpomalen 40 000 ×. Celý desetiminutový klip tedy ve skutečnosti trvá asi 0,015 s.



Princip záznamu a důležité parametry



Cesta skrze kameru se dá rozdělit do pěti částí. V první dochází k transformaci obrazu pomocí čoček a zrcadel, pak následuje separace barev pomocí filtrů. Dále dochází ke generaci elektrických signálů pro jednotlivé body, a nakonec se ze signálů vytvoří digitální data. Data se většinou nezapisují přímo na paměťovou kartu nebo pevný disk, ale na rychlou interní paměť, ze které jsou v případě spokojenosti archivována až následně.

O první čtyři kroky se stará obrazový senzor využívající čip CCD nebo CMOS. Oba senzory využívají fotocitlivé buňky umístěné na ploše čipu, které zaznamenají proud fotonů, a podle jeho velikosti určí jas obrazu. A oba čipy také využívají barevné filtry sloužící k rozdělení obrazu na 3 základní barevné složky: červenou, zelenou a modrou. Pokud známe v každém dostatečně malém bodě jas zelené, červené a modré barvy, jsme schopni zobrazit všechny barvy vnímatelné lidským zrakem.


Specializovaná kamera pro vysokorychlostní záznam obrazu Olympus i-speed 2.

První rozdíl v ovou technologiích snímání obrazu se objevuje při zpracování dat z čipu. CCD nemá v okolí buňky žádnou elektroniku a signály odchází postupně z jednotlivých buněk do řídící elektroniky. CMOS disponuje u každé buňky jednoduchým obvodem, který se stará o zesílení a přenos signálu do procesoru pro každou buňku zvlášť. I proto je světlocitlivá plocha jednotlivých buněk na CMOS menší než u CCD, ale na druhou stranu to umožňuje zmenšení počtu obvodů, které musejí signál zpracovávat po odchodu ze snímače. CMOS technologie je tedy celkově méně náročná na prostor, ale i na odběr elektrické energie.

Důležitým parametrem, který markantně ovlivňuje nároky na výsledný datový tok, je rozlišení obrazu. Sděluje nám, kolik bodů dokáže kamera zaznamenat a tím pak určuje kvalitu a velikost obrazu, také však velikost záznamu. Momentální vysokorychlostní kamery dokážou maximálně full HD rozlišení 1920 × 1080 px. Vynásobením zjistíme, že jeden snímek má v nekomprimované podobě velikost 6 MB (3 barevné složky, každá s hloubkou 8 bitů), takže 1 s záznamu s rychlostí 2000 snímků/s zabírá téměř 12 GB paměti.

Z hlediska světelných nároků patří mezi hlavní parametry rychlost závěrky, nebo přesněji expoziční čas, který vyjadřuje dobu, po kterou musí být vystaven snímač dopadu světla, aby byla dosažena správná expozice. U vysokorychlostních kamer tato hodnota markantně ovlivňuje maximální počet snímků/s. Aby byl záznam vysokorychlostní, musí být rychlost závěrky menší než 7,8 ms. Průměrné závěrky vysokorychlostních kamer jsou nuceny „mrkat“ v intervalech 100µs a méně, za tak krátkou dobu nestihnou pochytat dostatek světla, a proto je nezbytné dodatečné osvětlení snímaného předmětu, vyjma předmětů nebo dějů, které jsou samy zdrojem světla (zapalovač, elektrický výboj, výbušniny,...).
Nejnovější články
RGB vs RGBW: lze poznat „falešné“ 4K? RGB vs RGBW: lze poznat „falešné“ 4K?
Doba, kdy si zákazníci připláceli za exkluzivní technologie, je už dávno pryč. S krizí se trend obrátil a dnes musí výrobci hledat cesty, jak ušetřit. Příkladem budiž RGBW panely, které se tváří jako 4K, avšak ve skutečnosti úplně nejsou. Lze to ale poznat?
22.6.2016,  článek,  , Jakub Doležal,  4 komentáře
Popcorn Hour A-500: exot s pevným diskem Popcorn Hour A-500: exot s pevným diskem
Multimediálním centrům s HDD uvnitř již téměř odzvonilo. Nový model Popcorn Hour tak působí poměrně exoticky, neboť nabídne prostor pro 3,5“ disk. K tomu přidejme podporu 4K videa a solidní výbavu. Kolik však bude novinka A-500 stát?
13.6.2016,  aktualita,  , Jakub Doležal
Xtreamer představuje mxV: 3 nové modely Xtreamer představuje mxV: 3 nové modely
Levných boxů s Androidem a podporou multimediálních formátů je jako hub po dešti, avšak vždy jim něco chybí k dokonalosti. Dokáže tuto situaci vyřešit Xtreamer, který představil v rámci řady hned 3 modely? Je libo DVB-T2 nebo DVB-S2?
11.6.2016,  aktualita,  , Jakub Doležal,  8 komentářů
Doporučená multimediální centra: červen 2016 Doporučená multimediální centra: červen 2016
Co nového se událo mezi multimediálními centry za uplynulý měsíc? Budeme v roce 2016 vybírat pouze mezi záplavou dokonalých modelů s podporou 4K, nebo nás opět čeká pátrání mezi hordami nedokončených prototypů? Jaký model Vám můžeme nyní doporučit?
1.6.2016,  návod,  , Jakub Doležal,  8 komentářů
HDR funguje jen ve tmě HDR funguje jen ve tmě
Vysoký dynamický rozsah HDR je fenomén poslední doby podobně jako 4K, které často doprovází. Je však méně rozšířené. Čerstvé majitele HDR televize tak může čekat jedno nepříjemné překvapení: Stačí tlumené světlo a superlativy HDR se vytrácí.
27.5.2016,  aktualita,  , Pavel Zubatý