Принцип работы видеокамеры: как устроены и функционируют современные камеры

Как устроена и работает современная видеокамера. Из каких основных компонентов состоит видеокамера. Как происходит захват изображения и звука. Какие бывают типы видеокамер. Как правильно снимать видео и переносить его на компьютер.

Устройство и принцип работы видеокамеры

Современная видеокамера — это сложное электронное устройство, состоящее из нескольких ключевых компонентов:

• Объектив — система оптических линз для фокусировки изображения
• Светочувствительный сенсор (матрица) — преобразует световой поток в электрический сигнал
• Процессор — обрабатывает сигнал с матрицы
• Система записи — сохраняет видеоданные на носитель
• Видоискатель и/или ЖК-экран для кадрирования
• Микрофон для записи звука
• Элементы управления
• Аккумулятор

Принцип работы видеокамеры заключается в следующем:

1. Объектив фокусирует изображение на матрицу
2. Матрица преобразует световой поток в электрический сигнал
3. Процессор обрабатывает сигнал, формируя видеокадры
4. Система записи сохраняет видеоданные на носитель
5. Параллельно происходит запись звука через микрофон

Светочувствительный сенсор (матрица) — сердце видеокамеры

Светочувствительный сенсор или матрица — это ключевой компонент любой цифровой видеокамеры. Именно он отвечает за преобразование оптического изображения в электрический сигнал. Как это работает?

• Матрица состоит из миллионов светочувствительных элементов — фотодиодов
• Каждый фотодиод регистрирует яркость падающего на него света
• Чем ярче свет, тем больший электрический заряд накапливает фотодиод
• Эти заряды считываются и преобразуются в цифровой сигнал

Существует два основных типа матриц:

1. CCD (ПЗС) — более качественные, но дорогие
2. CMOS — менее качественные, но дешевые и энергоэффективные

От характеристик матрицы (размер, количество пикселей) во многом зависит качество получаемого изображения.

Объектив видеокамеры — «глаз» устройства

Объектив видеокамеры выполняет важнейшую функцию — фокусирует изображение на матрицу. Как устроен и работает объектив?

• Состоит из системы оптических линз
• Имеет подвижные элементы для изменения фокусного расстояния (зум)
• Содержит диафрагму для регулировки светового потока
• Оснащен системой автофокусировки

Основные характеристики объектива:

1. Фокусное расстояние — определяет угол обзора
2. Светосила — способность пропускать свет
3. Кратность зума — диапазон изменения фокусного расстояния

Качественный объектив обеспечивает резкое изображение и широкие возможности для съемки.

Процессор видеокамеры — «мозг» устройства

Процессор видеокамеры отвечает за обработку данных с матрицы и формирование итогового изображения. Какие функции он выполняет?

• Преобразование сигнала с матрицы в видеокадры
• Сжатие видеопотока для уменьшения объема данных
• Цветокоррекция и улучшение изображения
• Стабилизация при съемке с рук
• Управление автофокусом и экспозицией

От мощности и возможностей процессора зависит качество итогового видео и функциональность камеры в целом.

Типы современных видеокамер

Сегодня существует несколько основных типов видеокамер:

1. Бытовые камеры — для домашнего использования
2. Полупрофессиональные — для продвинутых любителей
3. Профессиональные — для телевидения и кинопроизводства
4. Экшн-камеры — компактные камеры для активного отдыха
5. Камеры смартфонов — встроенные в мобильные устройства

Каждый тип имеет свои особенности конструкции и функциональности. Выбор зависит от целей использования и бюджета.

Как правильно снимать на видеокамеру?

Чтобы получить качественное видео, важно соблюдать несколько основных правил съемки:

• Используйте штатив для стабильности кадра
• Выбирайте правильную экспозицию
• Следите за фокусом
• Используйте ручные настройки для сложных сцен
• Правильно кадрируйте изображение
• Обеспечьте хорошее освещение
• Записывайте качественный звук

Соблюдение этих простых правил поможет значительно улучшить качество любительской видеосъемки.

Как перенести видео с камеры на компьютер?

Существует несколько способов переноса видео с камеры на компьютер:

1. Через USB-кабель напрямую с камеры
2. Извлечение карты памяти и подключение через кардридер
3. По Wi-Fi (для некоторых современных камер)
4. Через специальный порт FireWire (для профессиональных камер)

Для захвата и обработки видео на компьютере используется специальное программное обеспечение. Популярные программы: Adobe Premiere, Sony Vegas, Pinnacle Studio.

Современные тенденции в развитии видеокамер

Технологии видеосъемки постоянно развиваются. Какие тренды наблюдаются сегодня?

• Увеличение разрешения (4K, 8K)
• Улучшение качества съемки при слабом освещении
• Развитие систем стабилизации изображения
• Внедрение искусственного интеллекта для обработки видео
• Уменьшение размеров камер при сохранении качества
• Улучшение возможностей беспроводной передачи данных

Эти инновации делают видеосъемку все более доступной и качественной для обычных пользователей.

Устройство и принцип работы видеокамеры, как правильно снимать и скидывать видео на компьютер

Видеокамера – это востребованная техника, ассортимент которой на полке магазина может привести в замешательство. В настоящее время снимать видео может любое цифровое устройство – смартфон, фотоаппарат или планшет. Несмотря на это, ни один из видов перечисленной выше техники не сделает это так же качественно, как специально предназначенная для этого камера. Ниже будет рассмотрен принцип работы видеокамеры, ее устройство, а также приведены советы по съемке и эксплуатации.

Содержание

Устройство и принцип работы видеокамеры

Цифровая видеокамера – это сложное устройство, которое состоит из нескольких важных элементов. К ним относятся:

• объектив;
• микрофон;
• процессор;
• светочувствительный сенсор;
• видоискатель или дисплей для его замены;
• аккумулятор;
• запоминающее устройство.

Принцип работы видеокамеры

В некоторых моделях также присутствует оптический стабилизатор, который устраняет дрожание картинки при съемке видео во время движения или на весу.

В целом устройство видеокамеры не сильно отличается от строения цифрового фотоаппарата, и принцип работы здесь в некоторой степени аналогичный. Изображение, которое пользователь видит на экране или в видоискателе, проходит через объектив и диафрагму в виде света и улавливается специальным светочувствительным сенсором. Сигнал передается от матрицы (сенсора) в процессор, который преобразует его в изображение и выводит на экран, а также сразу записывает на носитель.

Все камеры можно разделить на несколько видов:

• любительские;
• полупрофессиональные;
• профессиональные.

В зависимости от  типа видеокамеры, ее конструкция может незначительно меняться.

Любительские модели

Любительские – недорогие камеры с небольшими размерами. Они имеют небольшое количество настроек, слабый микрофон, а в качестве носителя информации чаще всего выступает SD карта. Такие камеры обычно не имеют оптической стабилизации и обладают плохой способностью снимать в темноте. Долгое время основным размером изображения, которое могли снимать такие устройства, являлся формат 720*576 точек на дюйм. В настоящее время даже любительские видеокамеры работают в FullHD или HD формате.

Полупрофессиональные камеры

Подобные модели имеют более внушительный вес и размеры. Здесь стоит минимум три матрицы с большим размером 1/4″, что дает лучшую цветопередачу и детализацию. В полупрофессиональных моделях стоят более мощные микрофоны, и есть оптическая стабилизация. Кроме того, меню настроек значительно шире. Запись видео также осуществляется на карту памяти.

Профессиональная техника

Профессиональные – серьезные модели с большим количеством настроек. Такие камеры весят от 4 до 15 кг, и их невозможно держать одной рукой. В устройстве подобной камеры три матрицы размером не менее 1/2”. Оптика всегда сменная, микрофон выносной и часто направленный. Запись осуществляется на жесткий диск, реже на карту памяти. Есть оптическая стабилизация. В подобных устройствах нет дисплеев, но всегда присутствует видоискатель.

Советы по съемке для новичков

Очевидно, что на качество видео, которое способна сделать камера, напрямую влияют ее характеристики. Однако не менее важно правильно снимать на видеокамеру, ведь даже самое профессиональное устройство с отличными характеристиками не даст хорошего результата при ошибках во время съемки. Ниже приведены советы по эксплуатации устройства, которые в первую очередь предназначены для новичков. С их помощью можно освоить азы видеосъемки, а в дальнейшем вывести это умение на уровень профессионала или как минимум уверенного пользователя.

Съемка на весу

Самая распространенная проблема при видеосъемке – это дрожание устройства и рывки изображения. Они возникают, когда пользователь держит камеру на весу. Логичным будет вывод, что устранить проблему можно путем использования штатива, но так же очевидно, что это существенно ограничивает возможность для перемещения. Следует запомнить ряд полезных советов, которые позволят получить качественное изображение, даже если съемка ведется с рук.

1. Не стоит держать камеру на вытянутой руке.
2. Для съемки нужно использовать обе руки: одна держит устройство, вторая подпирает первую руку.
3. При съемке с рук удобно прижать локти к телу или упереться ими в живот.
4. По возможности следует использовать и другие опоры – перила, стол, спинку стула.
5. Следует как можно меньше ходить с камерой в руках или же освоить мягкую походку профессионального оператора, которая напоминает движение кошки – плавно и без резких движений.

Трансфокатор

Использование зума – это любимое занятие начинающих операторов. Обычно пользователи приближают изображение по делу и без него. Результат – смазанное изображение, резкие наезды, дрожание. Использование зума в камере всегда влияет на картинку: чем сильнее приближено изображение, тем менее четким оно получится.

Совет! Если есть необходимость сделать наезд, то он должен быть плавным, не слишком близким и всегда ограничен лишь оптическим зумом. Цифровое приближение существенно портит картинку, так как достигается не оптикой (то есть с помощью законов физики), а осуществляется процессором.

Движение камеры

Редко случаются ситуации, когда снимать нужно один объект. Чаще всего оператор снимает какое-то действо, а значит, камеру приходится перемещать. Делать это следует плавно, без рывков и строго соблюдать вертикаль и горизонталь. Для того чтобы изображение на видео не заваливалось, при съемке нужно выбрать ровные горизонтальные и вертикальные линии, которые могут стать своеобразными уровнями. Это может быть столб, угол дома и другие прямые предметы. При движении следует строго следить за тем, что отображается в видоискателе или на экране — это позволяет избежать потери картинки. При съемке панорамы в конце и начале видео рекомендуется сделать небольшие паузы, сама съемка не должна длиться более 8 секунд и двигаться следует очень плавно.

Совет! Если нужно резко изменить объект камеры, то здесь, наоборот, лучше просто резко сдвинуть камеру, чем ставить ее на паузу. Это помогает сэкономить время, а рывок можно удалить во время монтажа.

Длинный кадр

Под длинным кадром понимается непрерывная съемка одного объекта на протяжении длительного времени. В киноделе сверхдлинным кадром считается 12 секунд на одном объекте. Как показывает практика, смотреть на это скучно и неинтересно. Гораздо лучше воспринимаются кадры длительностью не более 5 секунд. Если пользователь не является гениальным и признанным режиссером, а длительный кадр – не «фишка» оператора, то злоупотреблять им не стоит, а в идеале лучше вообще забыть. При съемке рекомендуется обращать внимание на детали, менять планы, ракурсы. Все это позволяет во время монтажа отобрать материал, который лучше всего подойдет для задумки фильма или ролика. Правилом пяти секунд пользуются повсеместно – от съемки рекламы и программы новостей до производства высокобюджетных фильмов.

Свет

При съемке в помещении с искусственным освещением очень важно настроить баланс белого на камере, в противном случае лица и кожа людей будут иметь синеватый или желтый оттенок. Для того чтобы избежать падения тени одного человека на другого, следует использовать несколько источников света. Не рекомендуется резкий переход из освещенного места в темноту и наоборот. Камера просто не успевает отреагировать на изменения, кадр будет испорчен.

Еще немного полезных рекомендаций

Детей и животных не следует снимать с высоты роста оператора, это выглядит не очень красиво. Лучше для такой съемки присесть или положить камеру на стул. Еще одна распространенная проблема начинающих операторов – использование паузы. Достаточно часто пользователи думают, что сняли камеру с паузы и снимают, а потом видят, что устройство в этот момент бездействовало. Чтобы избежать таких ошибок, нужно смотреть на индикацию записи или паузы.

Закон о видеосъемке в общественных местах

Неопытные операторы иногда сталкиваются с ситуацией, когда им пытаются запретить съемку того или иного объекта. Насколько обоснованы такие запреты, помогут понять нормативные документы и прописанные в них регламенты. В настоящее время существует 3 документа, которые касаются разрешения или запретов на видеосъемку в общественных и прочих местах:

• Конституция РФ;
• федеральный закон «Об информации, информационных технологиях и защите информации»;
• закон о защите прав потребителей.

Итак, снимать на видеокамеру по закону можно в любом общественном месте, и каких-либо ограничений здесь нет.

29 статья основного закона разрешает искать информацию свободно и без каких-либо ограничений, ее можно получить и передавать, а также распространять, но только законными методами. По сути, в законах не прописывается ни одного общественного места, которое может быть запрещено для съемки.

Некоторые ограничения относятся к объектам, находящимся во владении РЖД, но и здесь ограничения устанавливаются непосредственно организацией, но не законами. При большом желании их можно обжаловать. Закон разрешает снимать должностных лиц при исполнении.

В статье 152 ГК РФ регламентируется охрана изображения личности, однако, и она не запрещает снимать людей. Проблемы могут возникнуть при попытках опубликовать видео с конкретным человеком без его согласия. Однако и здесь закон защищает право на съемку и публикацию конкретной личности. Формулировка «неприкосновенность частной жизни» теряет свою силу по причине того, что съемка ведется в общественном месте, где никакой тайны личной жизни быть в принципе не может.

Важно! В данном законе есть небольшое ограничение: если видеозапись конкретного человека предполагает ее использование в коммерческих целях, то необходимо письменное согласие объекта съемки.

Достаточно часто можно встретит запреты на съемку в концертных залах, музеях и в других местах связанных с произведениями культуры и защищенными авторским правом. Закон гласит, что такая съемка возможна при условии, что данные материалы будут использованы только в личных целях, которые не предполагают коммерческую деятельность, то есть получение прибыли. Кроме того, не запрещено снимать что-либо на фоне картин или других предметов искусства.

Совершенно законно можно снимать видео в следующих случаях:

• создание материала направленного на благо государства;
• использование видео как сюжет для новостей на ТВ;
• личность попала в кадр случайно и не является главным действующим лицом;
• изображение получено на массовом мероприятии;
• съемка сотрудников государственной безопасности при исполнении.

Важно! Запрет действует на съемку в зданиях суда и исполнительных заведениях, на заседаниях Государственной думы, на военных и стратегических объектах, на таможне в пределах 5 км от границы.

В настоящее время не существует  наказания за съемку в общественном месте, однако, если видео каким-либо образом порочит или оскорбляет честь человека, то оно может быть изъято из общего доступа. Автор может быть привлечен к ответственности при условии, что объект съемки сможет доказать намеренную съемку с целью опорочить.

Как переместить видео на компьютер

Захват видео – это процесс переноса видеоматериала с камеры на компьютер. Данный термин не совсем точно передает суть процесса, так как передача осуществляется без каких либо изменений данных.

Многие пользователи не подозревают, что перенести данные с камеры на компьютер немного сложнее, чем фотографии: здесь не используется обычный usb-кабель и соответствующие разъемы, а требуется специальный контроллер IEEE-1394. Если по каким-то причинам его нет в ПК, то его можно приобрести отдельно в виде платы или же внешнего разъема.

Контроллер IEEE-1394 имеет несколько названий – FireWire или i-link. Данное устройство является высокоскоростной последовательной шиной для обмена информацией в цифровом виде между различными устройствами. Самое распространенное использование – запись с видеокамеры на компьютер.

Итак, для того чтобы скинуть видео с видеокамеры на компьютер, необходимо придерживаться следующего алгоритма действий.

1. Подключить устройства с помощью специального кабеля, который чаще всего поставляется в комплекте с камерой. Этот кабель имеет штекеры разного размера с каждой из сторон. Большой штекер втыкается в материнскую плату через разъем 1394, маленький – в камеру. В некоторых случаях может быть наоборот, поэтому следует смотреть на конкретное устройство.
2. Видеокамеру после подключения необходимо включить и нажать на Play.
3. Далее весь процесс управления осуществляется с компьютера.

Совет! Если камера не подключается, то следует изъять кабель и выключить камеру, а после попробовать повторить процесс. При этом включать камеру следует уже после ее подключения к ПК.

Устанавливать драйвера для этого разъема или камеры не нужно: начиная от Windows XP, система сама определяет подключенное устройство. Для работы понадобятся специальные программы для захвата видео с видеокамеры. Как правило, каждый бренд прилагает в комплект к устройству диск с соответствующей программой, но многие предпочитают устанавливать сторонние бесплатные утилиты. Они имеют лучший и расширенный вариант функций по сравнению с родным софтом от производителя камеры.

Важный момент, который следует знать о видеозахвате – он идет в режиме реального времени, то есть длится ровно столько, сколько времени идет сама запись. Осуществлять процесс нужно при условии достаточного времени на это мероприятие, а также не будет лишним позаботиться о нужном количестве свободной памяти на ПК. Современные камеры пишут видео в очень хорошем качестве, поэтому размер файла может достигать десятков гигабайт.

Популярные программы для видеозахвата

В настоящее время существует множество программ для видеозахвата. По мнению многих лучшими в своем роде являются платные утилиты Pinnacle Studio и Adobe Premiere, однако, многие пользователи и особенно любители предпочитают постигать основы работы с видео с использованием бесплатного ПО. Ниже представлен краткий обзор самых популярных бесплатных программ для захвата и обработки видео.

ScenalyzerLive

Условно бесплатная программа, которая на первый взгляд может смутить очень простым дизайном. Утилита максимально проста с точки зрения использования, но обладает внушительным функционалом. С ее помощью можно:

• по отдельности копировать с камеры аудио и видеодорожку;
• захватывать видео с заданной частотой кадров;
• сразу разбивать запись на ролики по несколько минут;
• компилировать данные по тайм-коду, то есть включению и выключению камеры или же по смене картинки.

Немаловажное достоинство программы – она грамотно раскладывает материал таким образом, что его легко обрабатывать, например, вырезать ненужные сцены или наоборот склеивать несколько роликов в один. ScenalyzerLive позволяет делать монтаж видео без дополнительных программ, то есть уже в процессе захвата.

Стоит отметить, что программа распространяется платно, но никто не мешает пользоваться пробной версией. Единственный недостаток этого вариант – в углу постоянно появляется значок с напоминанием о покупке. Кроме того, на сайте создателя можно найти более старые версии софта, полностью бесплатные. Функционал у них будет несколько урезан, но основную задачу они выполнят не хуже самой последней версии.

Exsate DV Capture Live

Полностью бесплатное приложение. Его особенностью является возможностью сразу сжимать видео в определенный формат (их выбор весьма велик). Управление софтом осуществляется по принципу «шаг за шагом», то есть буквально каждое действие пользователя сопровождается выбором установки: куда сохранить, какой формат выбрать для данных, с каким интервалом «нарезать» видео. Это существенно упрощает процесс работы и знакомство с программой. Немаловажный полезный момент – возможность нанести на запись дату и время видеозахвата.

WinDV

Бесплатная и самая маленькая утилита с точки зрения места, которое она занимает на ПК. Данное приложение даже не требует установки. Здесь нет широкого функционала, и софт выполняет лишь главную задачу – захватывает видео.

Совет! Программа подойдет тем, кто планирует в более профессиональных программах заниматься монтажом и обработкой файлов. Также она незаменима в том случае, когда требуется быстро скинуть видео по причине того, что камера чужая, и ее необходимо отдать.

Благодаря простоте WinDV не требует от ПК мощных характеристик и работает даже с очень старыми устройствами. При всей своей простоте утилита умеет распознавать тайм-код и самостоятельно разбивает видео по полученным из него данным.

Заключение

Захват данных с видеокамеры не является очень сложной задачей и будет под силу даже начинающим пользователям. При этом стоит помнить, что если по какой-то причине видеозахват не удался, и камера при этом осуществляет запись на карту памяти, то сбросить видео можно путем простого подключения самого носителя информации к ПК. В таком случае необходимо просто открыть на ноутбуке карту памяти и скопировать из нее нужные видеофайлы. Также следует знать, что в данном случае система получает данные в исходном виде, и какая-либо обработка возможна только с использованием специального софта для монтажа.

Принцип работы видеокамеры

Обычная аналоговая видеокамера состоит из двух основных частей:

• Сенсор изображения
• Формирование сигнала
• Объектив
• Автофокусировка
• Оптический и цифровой зум
• Экспозиция
• Источники:

• секции, включающей ПЗС-матрицу, объектив и двигатели управления зумом, фокусировкой и диафрагмой;
• уменьшенного в размерах видеомагнитофона.

Принцип работы видеокамеры заключается в том, что она получает визуальную информацию и превращает ее в электронный сигнал. 

Третий компонент, видоискатель, тоже получает видеоизображение, поэтому пользователь может видеть, что снимает. Это маленький черно-белый или цветной дисплей, но многие современные модели дополнительно оборудуются большими полноцветными ЖК-экранами.  

Устройство и принцип работы цифровых видеокамер сходны с аналоговыми, но у них есть дополнительный элемент, преобразовывающий информацию в байты данных. Вместо записи видеосигнала как непрерывной последовательности магнитных импульсов, он сохраняется как нули и единицы. Цифровые видеокамеры популярны, поскольку позволяют легко копировать видео без потери какой-либо информации. Аналоговая же запись «исчезает» с каждой копией – исходный сигнал не воспроизводится точно. Видеоинформация в цифровой форме может быть загружена на компьютер, где ее можно редактировать, копировать, отправлять по электронной почте и т. д.

Сенсор изображения

Он регистрирует свет с помощью матрицы из миллионов крошечных фотодиодов. Каждый из них измеряет количество фотонов, которое попадает в определенную точку, и переводит эту информацию в электроны (электрические заряды): более яркое изображение представлено более высоким зарядом, а более темное – низким.

Конечно, измерение светового потока дает только черно-белое изображение. Чтобы получить цветное, необходимо определить не только общий уровень освещенности, но также уровни для каждого цвета. Полный спектр можно воссоздать, комбинируя всего 3 из них – красный, зеленый и синий. Поэтому принцип работы видеокамер основан на использовании только этих цветов.

В некоторых моделях сигнал разделяется на 3 варианта одного и того же изображения для уровней красного, зеленого и синего света. Каждый из них захватывается собственным чипом. Затем они складываются, и основные цвета смешиваются для получения полноцветного изображения.

Этот простой метод позволяет получить насыщенное видео с высоким разрешением.

Формирование сигнала

Сенсоры имеют дополнительные фрагменты, которых нет в датчиках цифровых камер. Для создания видеосигнала они должны ежесекундно делать множество снимков, которые затем объединяются, создавая впечатление перемещения.

Для этого видеокамера захватывает кадр и чересстрочно записывает его. За датчиком изображения находится другой сенсорный слой. Для каждого поля видеозаряды переходят на него, а затем последовательно передаются. В аналоговой видеокамере этот сигнал поступает на видеомагнитофон, который его записывает (вместе с информацией о цвете) на видеопленке в виде магнитных импульсов. Пока второй слой передает данные, первый захватывает очередное изображение.

Принцип работы видеокамеры цифрового типа в основном такой же, за исключением того, что на последнем этапе аналого-цифровой преобразователь превращает сигнал в байты данных.

Камера записывает их на носитель, который может быть магнитной лентой, жестким диском, DVD или флеш-памятью.

Цифровые модели с чересстрочной разверткой сохраняют каждый кадр в виде двух полей так же, как и аналоговые.

Камеры с прогрессивной разверткой записывают видео покадрово.

Объектив

Принцип работы объектива видеокамеры заключается в следующем. Чтобы камера могла записать четкую картину объекта перед ней, необходимо сфокусировать оптику, то есть переместить ее так, чтобы лучи, исходящие от объекта съемки, попадали точно на сенсор. Подобно фотоаппаратам, видеокамеры позволяют перемещать объектив, чтобы фокусировать свет.

Автофокусировка

На всех видеокамерах есть устройство автоматической фокусировки. Обычно это инфракрасный луч, который отражается от объектов в центре кадра и возвращается к датчику камеры.

Чтобы определить расстояние до объекта, процессор вычисляет, сколько времени требуется, чтобы луч отразился и вернулся, умножает это значение на скорость света и делит произведение на два (потому что он прошел расстояние дважды – к объекту и назад). В видеокамере есть небольшой двигатель, который перемещает оптику, фокусируя ее на вычисленное расстояние. Обычно это работает достаточно хорошо, но иногда приходится дистанцию определять заново – например, когда требуется сфокусироваться на чем-то не в центре кадра, поскольку автофокус реагирует на то, что находится прямо перед объективом.

Оптический и цифровой зум

Видеокамеры также оснащены зум-объективом. Благодаря этому можно приблизить сцену, увеличив фокусное расстояние (между оптикой и пленкой или сенсором). Объектив с оптическим зумом представляет собой единый блок, который позволяет переходить от одного увеличения к другому.

Диапазон масштабирования говорит о максимальном и минимальном увеличении.

Чтобы зум было проще использовать, большинство видеокамер оборудовано двигателем, который перемещает оптику в ответ на нажатие кнопки на ручке.

Одно из преимуществ — можно легко управлять увеличением, не используя вторую руку. Кроме того, мотор перемещает объектив с постоянной скоростью, и масштабирование получается более плавным. Однако двигатель истощает заряд батареи.

Некоторые видеокамеры имеют т. н. цифровой зум. Пользователи не советуют его использовать, поскольку он вообще не связан с объективом, а просто увеличивает часть снимка, захваченного сенсором. При этом приносится в жертву разрешение, т. к. используется только часть площади датчика. В итоге видео получается менее четким.

Экспозиция

Одной из замечательных особенностей камеры является автоматическая подстройка к разным уровням освещенности. Сенсор очень чувствителен к пере- или недоэкспонированию, поскольку диапазон сигналов, поступающих от каждого фотодиода, ограничен.

Видеокамера контролирует их уровень и регулирует диафрагму, уменьшая или увеличивая поток света через линзы.

Процессор постоянно поддерживает хороший контраст, чтобы изображения не выглядели слишком темными или размытыми.

Источники:

• FB.ru
• Знайтовар.Ру
• zapishemvse.ru
• Студопедия
• AG
• Пикабу!
• Sovets.net
• БЕСТ-СТРОЙ.РУ

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 6 чел.
Средний рейтинг: 3.7 из 5.

ПЗС — Как работают видеокамеры

Подобно пленочной камере, видеокамера «видит» мир через линзы. В пленочной камере линзы служат для фокусировки света от сцены на пленку, обработанную химическими веществами, которые имеют контролируемую реакцию на свет. Таким образом, пленка камеры записывает сцену перед собой: она улавливает большее количество света из более ярких частей сцены и меньшее количество света из более темных частей сцены. Объектив видеокамеры также служит для фокусировки света, но вместо того, чтобы фокусировать его на пленку, он направляет свет на небольшой полупроводниковый датчик изображения. Этот датчик, 9Устройство с зарядовой связью 0003 (ПЗС) измеряет свет с помощью полудюймовой (около 1 см) панели из 300 000–500 000 крошечных светочувствительных диодов, называемых фотосайтами .

Каждый фотосайт измеряет количество света (фотонов), попадающих в определенную точку, и переводит эту информацию в электроны (электрические заряды): более яркое изображение представлено более высоким электрическим зарядом, а более темное изображение представлено более низким электрическим зарядом. заряжать. Подобно тому, как художник рисует сцену, сопоставляя темные области со светлыми областями, ПЗС-матрица создает видеоизображение, записывая интенсивность света. Во время воспроизведения эта информация определяет интенсивность электронного луча телевизора, проходящего по экрану.

Реклама

Конечно, измерение интенсивности света дает нам только черно-белое изображение. Чтобы создать -цветное изображение , видеокамера должна определить не только общие уровни освещенности, но также и уровни каждого цвета света. Так как вы можете воспроизвести полный спектр цветов, комбинируя три цвета: красный, зеленый и синий, видеокамере на самом деле нужно только измерить уровни этих трех цветов, чтобы воспроизвести полноцветное изображение.

Как три цвета смешиваются, образуя множество цветов

В некоторых видеокамерах высокого класса светоделитель разделяет сигнал на три разные версии одного и того же изображения: одна показывает уровень красного света, другая показывает уровень зеленого света и третья показывает уровень синего свет. Каждое из этих изображений захватывается собственным чипом — чипы работают, как описано выше, но каждый из них измеряет интенсивность только одного цвета света. Затем камера накладывает эти три изображения, и интенсивность различных основных цветов смешивается для создания полноцветного изображения. Видеокамеру, использующую этот метод, часто называют видеокамерой с тремя микросхемами.

«» Как исходное (левое) изображение разделяется в светоделителе

Этот простой метод позволяет получить насыщенное изображение с высоким разрешением. Однако ПЗС-матрицы дороги и потребляют много энергии, поэтому использование трех из них значительно увеличивает стоимость производства видеокамеры. Большинство видеокамер обходятся только одной ПЗС-матрицей, устанавливая постоянные цветные фильтры на отдельные фотосайты. Определенный процент фотосайтов измеряет только уровни красного света, другой процент измеряет только зеленый свет, а остальные фотосайты измеряют только синий свет. Обозначения цветов распределены в виде сетки (приведенный ниже фильтр Байера является распространенной конфигурацией), так что компьютер видеокамеры может получить представление об уровнях цвета во всех частях экрана. Этот метод требует от компьютера интерполировать истинный цвет света, попадающего на каждый фотосайт, путем анализа информации, полученной другими фотосайтами поблизости. Полное объяснение этого процесса см. в статье «Как работают цифровые камеры: захват цвета».

«»

Если вы читали «Как работают цифровые камеры», то все это, вероятно, было вам знакомо — и видеокамеры, и цифровые фотокамеры снимают изображения с помощью ПЗС-матриц. Но поскольку видеокамеры производят движущиеся изображения, их ПЗС-матрицы имеют некоторые дополнительные элементы, которых нет в ПЗС-матрицах цифровых камер. Для создания видеосигнала ПЗС-камера должна каждую секунду делать много снимков, которые камера затем объединяет, чтобы создать впечатление движения.

Если вы читали «Как работает телевидение», то знаете, что телевизор «рисует» изображения горизонтальными линиями поперек экрана, начиная сверху вниз. Телевизоры фактически рисуют каждую вторую строку за один проход (это называется «полем»), а затем рисуют чередующиеся строки в следующем проходе. Для создания видеосигнала видеокамера захватывает кадр видео с ПЗС и записывает его в виде двух полей. ПЗС на самом деле имеет еще один сенсорный слой за датчиком изображения. Для каждого поля видео ПЗС-матрица передает все заряды фотосайтов на этот второй слой, который затем передает электрические заряды на каждый фотосайт один за другим. В аналоговой видеокамере этот сигнал поступает на видеомагнитофон, который записывает электрические заряды (вместе с информацией о цвете) в виде магнитного рисунка на видеопленку. Пока второй уровень передает видеосигнал, первый уровень обновился и захватывает другое изображение.

Цифровая видеокамера работает в основном таким же образом, за исключением того, что на этом последнем этапе аналого-цифровой преобразователь производит выборку аналогового сигнала и преобразует информацию в байты данных (1 и 0). Видеокамера записывает эти байты на носитель информации, которым может быть, среди прочего, лента, жесткий диск или DVD. Большинство цифровых видеокамер, представленных сегодня на рынке, фактически используют ленты (поскольку они дешевле), поэтому они имеют компонент видеомагнитофона, очень похожий на видеомагнитофон аналоговой видеокамеры. Однако вместо записи аналоговых магнитных шаблонов магнитная головка записывает двоичный код. Цифровые видеокамеры с чересстрочной разверткой записывают каждый кадр как два поля, как это делают аналоговые видеокамеры. Цифровые видеокамеры Progressive записывают видео как целый неподвижный кадр, который затем разбивается на два поля при выводе видео в виде аналогового сигнала. (Чтобы узнать больше о преобразовании изображения из аналога в цифру, ознакомьтесь с документами «Как работают цифровые камеры: оцифровка информации» и «Как работает аналоговая и цифровая запись».)

​

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Том Харрис «Как работают видеокамеры» 10 октября 2000 г.
HowStuffWorks.com. 10 мая 2023 г.

Как работает камера?

— Фото: Кейси Косли

Ежедневно в Интернете публикуется 1,8 миллиарда фотографий, которые останавливают жизнь и превращают моменты в цифровые пиксели информации. Но как камера берет то, что мы видим, и превращает это в цифровые пиксели? Как камеры могут останавливать время?

Фотография на самом деле не только искусство, но и наука, но подавляющее большинство людей не осознают, что происходит каждый раз, когда они нажимают кнопку камеры или открывают приложение для камеры смартфона. Итак, как работает камера? Вот что происходит каждый раз, когда вы нажимаете эту кнопку, и как использовать камеру, чтобы делать более качественные снимки.

Основы: свет и как работали первые камеры

Представьте, что вы стоите посреди комнаты без окон, дверей и света. Что ты видишь? Ну ничего, потому что света нет. Теперь представьте, что вы достаете фонарик и включаете его. Свет от фонарика движется по прямой линии. Когда этот луч света попадает на объект, свет отражается от этого предмета и попадает в ваши глаза, позволяя вам видеть все, что находится внутри комнаты.

Весь свет ведет себя точно так же, как этот фонарик — он движется по прямой. Но свет также отражается от объектов, что позволяет нам видеть и фотографировать объекты. Когда свет отражается от объекта, он продолжает двигаться по прямой линии, но отражается под тем же углом, под которым падает.

Это означает, что световые лучи, по сути, отскакивают отовсюду во всевозможных направлениях. Первая камера представляла собой комнату с небольшим отверстием на одной боковой стене. Через это отверстие будет проходить свет, и, поскольку он отражается прямыми линиями, изображение будет проецироваться на противоположную стену в перевернутом виде. Хотя подобные устройства существовали задолго до настоящей фотографии, фотография родилась только после того, как кто-то решил поместить материал, чувствительный к свету, в задней части комнаты. Когда свет попадал на материал, который на протяжении всей истории фотографии состоял из различных вещей, от стекла до бумаги, химические вещества реагировали на свет, вытравливая изображение на поверхности.

Как работает камера? Объектив

Так как эта первая камера не улавливала очень много света, на то, чтобы сделать одну фотографию, ушло восемь часов. Изображение также было довольно размытым. Так как же сегодня мы можем делать четкие изображения за миллисекунды? Объектив камеры.

Хотя свет отражается от объектов, он также может проходить сквозь них, но при этом может менять направление. Объектив камеры улавливает все световые лучи, отражающиеся вокруг, и использует стекло, чтобы перенаправить их в одну точку, создавая четкое изображение.

Когда все эти световые лучи встречаются на сенсоре цифровой камеры или на куске пленки, они создают четкое изображение. Если свет не встречается в нужной точке, изображение будет выглядеть размытым или не в фокусе. Система фокусировки объектива перемещает кусок стекла ближе или дальше от сенсора или пленки, позволяя фотографу настроить объектив так, чтобы объект был резким.

Расстояние также играет роль в том, как объективы камеры могут приближаться. Когда передняя часть стекла удаляется от датчика камеры, объекты становятся ближе. Фокусное расстояние — это измерение расстояния между местом, где световые лучи впервые попадают на объектив, и местом, где они достигают сенсора камеры. Например, на объективе с фокусным расстоянием 300 мм свету требуется 300 мм, чтобы вернуться в острую точку на датчике камеры. Объектив 300 мм считается телеобъективом или объективом, способным приближать удаленные объекты.

Как работает камера? Пленочные и цифровые датчики

— Фото: Кейси Косли

Объектив камеры собирает и фокусирует свет — но как эта информация записывается? Исторически фотографы были своего рода химиками. Пленка состоит из светочувствительных материалов. Когда на эти материалы попадает свет от объектива, они захватывают форму объектов и детали, например, сколько света исходит от них. В темной комнате пленку, подвергшуюся воздействию света, снова помещают в ряд химических ванн, чтобы в конечном итоге создать изображение.

Как же тогда работают цифровые камеры? Хотя объективы, методы и термины одинаковы, сенсор цифровой камеры больше похож на солнечную панель, чем на полоску пленки. Каждый датчик разделен на миллионы красных, зеленых и синих пикселей (то есть мегапикселей). Когда свет попадает на пиксель, датчик преобразует его в энергию, а компьютер, встроенный в камеру, считывает, сколько энергии вырабатывается.

Измерение энергии каждого пикселя позволяет датчику определить, какие области изображения светлые, а какие темные. А поскольку у каждого пикселя есть цветовое значение, компьютер камеры может оценить цвета в кадре, просматривая зарегистрированные соседние пиксели. Соединяя информацию со всех пикселей вместе, компьютер может аппроксимировать формы и цвета сцены.

Если каждый пиксель собирает световую информацию, то датчики камеры с большим количеством мегапикселей могут зафиксировать больше деталей. Вот почему производители часто рекламируют мегапиксели камеры. Хотя это в некоторой степени верно, размер сенсора также важен. Датчики большего размера будут собирать больше света, что сделает их более эффективными в сценах с низким освещением. Упаковывание большого количества мегапикселей в небольшой датчик на самом деле ухудшает качество изображения, потому что эти отдельные пиксели слишком малы.

Применение на практике: как пользоваться камерой

Все современные камеры используют объектив и матрицу (или пленку) для записи изображения. Но почему тогда два человека могут сфотографировать одну и ту же сцену и получить совершенно разные результаты? Камера — это немного больше, чем объектив и датчик, и настройка этих дополнительных элементов меняет внешний вид конечного изображения.

Одним из способов сделать изображения уникальными является композиция. Объектив камеры не способен увидеть все — композиция — это просто термин, который используется для описания того, что фотограф хочет оставить, а что — нет. Настроить композицию часто так же просто, как передвигаться по сцене — подумайте о движении вперед или назад, а также из стороны в сторону или даже стоя на коленях или стоя на стуле. Небольшие изменения в положении камеры могут сильно повлиять на фотографию.

Линзы также могут помочь изменить композицию фотографии. В зум-объективах стекло собирается таким образом, что пользователь может регулировать, насколько близко или далеко появляется предмет. На компактных камерах масштабирование часто выполняется с помощью небольшого переключателя в верхней части камеры, в то время как объективы зеркальных и беззеркальных камер имеют поворотный регулятор вокруг объектива. Zoom — отличный инструмент для обрезки отвлекающих объектов.

Другим важным аспектом фотографии является экспозиция, или насколько светлым или темным является изображение, и она зависит от ряда различных факторов, которые вместе определяют, сколько света будет записано.

Цифровые камеры имеют встроенный измеритель, который измеряет количество света в кадре. В автоматическом режиме компьютер камеры выбирает правильную экспозицию. Хотя автоматический режим не идеален и не позволяет вам настроить окончательный вид фотографии, вы можете снять изображение с правильной экспозицией (в большинстве случаев), выбрав «автоматический» режим в меню камеры или на более продвинутых камерах. , диск выбора режимов в верхней части камеры.

Фотографы-новички все еще могут регулировать экспозицию без изучения ручных режимов с помощью компенсации экспозиции. Эта функция просто осветляет и затемняет изображение. На продвинутых камерах компенсация экспозиции часто регулируется нажатием кнопки со знаком + и — и поворотом диска рядом с большим пальцем правой руки. Однако эта функция не является эксклюзивной для продвинутых камер — на iPhone вы можете коснуться экрана, затем коснуться появившегося значка солнца и провести пальцем вверх и вниз.

После того, как вы выбрали режим экспозиции (скорее всего, автоматический для начинающих фотографов) и определили, что включить в композицию, просто нажмите кнопку в правом верхнем углу камеры, верно? Да и нет.

Полное нажатие верхней кнопки (технический термин — спуск затвора) сделает снимок, а нажатие наполовину — сфокусирует снимок. Глядя через отверстие в верхней части экрана (которое называется видоискателем) или на ЖК-экран камеры, нажмите спусковую кнопку затвора наполовину. Проверьте и убедитесь, что то, что вы хотите сделать в фокусе («объект»), действительно находится в фокусе, затем полностью нажмите спусковую кнопку затвора, чтобы сделать снимок.