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.

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,...).
Nejpopulárnější videokamery

Nejnovější články
Netflix ve 4K: stojí to za to? Netflix ve 4K: stojí to za to?
Pokud si dnes domu donesete 4K televizor, velmi rychle zjistíte, že se prakticky nemáte na co dívat. Tradiční televizní vysílání je příšerné, UHD filmů je minimum a jediným světlem na konci tunelu se tak zdá Netflix. Je však výsledek úměrný nákladům?
1.9.2015,  recenze,  Jakub Doležal,  4 komentáře
LG uvádí první 4K HDR OLED televize LG uvádí první 4K HDR OLED televize
Už v pátek začne berlínský veletrh konzumní elektroniky IFA 2015. Jedním z hlavních lákadel bude technologie OLED, která bude poprvé rozšířena o formát 4K HDR. Potvrdila to společnost LG, která uvede tři modely 4K HDR OLED TV a jeden HD model.
31.8.2015,  aktualita,  Pavel Zubatý
Evolveo WINPC Q4: nastává éra Windows? Evolveo WINPC Q4: nastává éra Windows?
Miniaturní multimediální centra byla vždy doménou především Linuxu, ale dnes se podíváme na zkušeného hráče, který se této kategorii dlouho vyhýbal. Ano, otestujeme Windows v mini počítači se spotřebou 12 W. Máme tu snad konečně silného protivníka?
28.8.2015,  recenze,  Jakub Doležal
Samsung zlevňuje SUHD TV Samsung zlevňuje SUHD TV
Jihokorejský gigant Samsung se rozhodl snížit cenu svých prémiových televizorů s přívlastkem SUHD. Nejvíc znatelné slevy jsou podle magazínu Forbes patrné na americkém trhu (několik tisíc dolarů). Jiné trhy si na výraznější slevy budou muset počkat.
25.8.2015,  aktualita,  Pavel Zubatý,  4 komentáře
Evolveo Android Box Q4 4K: s Androidem na 4K? Evolveo Android Box Q4 4K: s Androidem na 4K?
Android na mobilních telefonech zásadně dospěl a díky své popularitě se dostává i na multimediální centra. Jak si poradí s 4jádrovým procesorem, podporou H.265 a především akcelerací videa v rozlišení 4K? To nám prozradí box od Evolveo.
25.8.2015,  recenze,  Jakub Doležal,  17 komentářů