Ve většině zemí světa se videokamery již dávno staly samozřejmostí. Lidé je berou na školní představení, sportovní akce, rodinná setkání a dokonce i narození. Na turisty oblíbeném místě jsou vidět všude. Videokamery si získaly silnou pozici v USA, Japonsku a mnoha dalších zemích, protože představují velmi žádanou technologii.
Jak ale může tak malé zařízení udělat tolik? Ti, kdo se narodili před 80. léty, jsou překvapeni, že kvalitní modely jsou nyní snadno dostupné a že se tak snadno používají. Tento článek popisuje princip fungování a zařízení videokamery.
Základní konstrukce
Konvenční analogová videokamera se skládá ze dvou hlavních částí:
- Sekce včetně CCD, objektivu a zoomu, motorů ovládání ostření a clony;
- zmenšený videorekordér.
Jak funguje videokameraspočívá v tom, že přijímá vizuální informace a přeměňuje je na elektronický signál. Videorekordér je podobný běžnému rekordéru připojenému k TV: přijímá signál a nahrává jej na kazetu.
Třetí komponenta, hledáček, také přijímá obraz videa, takže uživatel může vidět, co se natáčí. Jedná se o malý černobílý nebo barevný displej, ale mnoho moderních modelů je vybaveno velkými plně barevnými LCD obrazovkami. Existuje mnoho formátů analogových videokamer s mnoha dalšími funkcemi, ale popsaný design je ten hlavní. Liší se v tom, jaké kazety používají.
Zařízení a princip činnosti digitálních videokamer jsou podobné analogovým, ale mají další prvek, který převádí informace na datové bajty. Místo toho, aby byl video signál zaznamenáván jako souvislá sekvence magnetických impulsů, je uložen jako nuly a jedničky. Digitální videokamery jsou oblíbené, protože umožňují snadné kopírování videí bez ztráty jakýchkoli informací. Analogový záznam "mizí" s každou kopií - původní signál není reprodukován přesně. Video informace v digitální podobě lze stáhnout do počítače, kde je lze upravovat, kopírovat, odesílat e-mailem atd.
Snímač obrazu
Videokamera „vidí“svět stejně jako fotoaparát objektivem. K zaostření světla z jeviště na film ošetřený fotosenzitivními chemikáliemi je zapotřebí optika. Kamera tak zachytí to, co jepřed ním. Sbírá více světla ze světlých částí scény a méně z tmavých. K ostření slouží i čočka videokamery, která však místo filmu používá malý polovodičový obrazový snímač. Tento senzor detekuje světlo pomocí řady milionů malých fotodiod. Každý z nich měří počet fotonů, které zasáhly určitý bod, a převádí tuto informaci na elektrony (elektrické náboje): světlejší obrázek představuje vyšší náboj a tmavší obrázek nižší. Stejně jako umělec maluje scénu zvýrazněním tmavých oblastí světlými oblastmi, snímač vytváří video na základě detekce intenzity světla. Během přehrávání tato informace řídí jas pixelů displeje.
Měření světelného toku samozřejmě poskytuje pouze černobílý obraz. Chcete-li získat barvu, musíte určit nejen celkovou úroveň osvětlení, ale také úrovně pro každou barvu. Celé spektrum lze znovu vytvořit kombinací pouze 3 z nich – červené, zelené a modré. Proto je princip fungování videokamer založen na použití pouze těchto barev.
Některé modely rozdělují signál do 3 verzí stejného obrazu pro úrovně červeného, zeleného a modrého světla. Každý z nich je zachycen vlastním čipem. Poté se sečtou a základní barvy se smíchají, aby vznikl plně barevný obrázek.
Tato jednoduchá metoda vytváří bohaté video ve vysokém rozlišení.
Fotodiodové CCD jsou drahé a spotřebovávají hodně energie a používají se3 senzory výrazně zvyšují výrobní náklady. Většina videokamer je vybavena pouze jedním snímačem s permanentními barevnými filtry pro jednotlivé fotodiody. Některé z nich měří pouze červené úrovně, některé pouze zelené úrovně a ostatní měří modré úrovně. Barvy jsou distribuovány v mřížkovém vzoru (jako je Bayerův filtr), takže procesor videokamery může získat představu o úrovních barev ve všech částech obrazovky. Tato metoda vyžaduje interpolaci dat přijatých každou fotodiodou pomocí analýzy informací přijatých jejími sousedy.
Tvarování signálu
Vzhledem k tomu, že videokamery zachycují pohyblivý obraz, jejich senzory mají další součásti, které se nenacházejí v senzorech digitálních fotoaparátů. Aby vytvořili video signál, musí každou sekundu pořídit mnoho záběrů, které se pak spojí a vytvoří dojem pohybu.
Za tímto účelem videokamera zachytí snímek a nahraje jej prokládaný. Za obrazovým snímačem je další vrstva snímače. Pro každé pole jsou do něj přeneseny náboje videa a následně jsou přenášeny. V analogové videokameře je tento signál odeslán do videorekordéru, který jej zaznamená (spolu s informacemi o barvě) na videokazetu ve formě magnetických impulsů. Zatímco druhá vrstva přenáší data, první vrstva zachycuje další snímek.
Princip činnosti digitální videokamery je v zásadě stejný, až na to, že v posledním kroku analogově-digitální převodník převádí signál na datové bajty. Kamera je zaznamenává na média, kterými může být magnetická páska, natvrdodisk, DVD nebo flash paměť. Prokládané digitální modely ukládají každý snímek jako dvě pole stejným způsobem jako analogové modely. Kamery s progresivním skenováním nahrávají video snímek po snímku.
Objektiv
Jak již bylo zmíněno dříve, prvním krokem při záznamu videa je zaostření světla na snímač. Princip činnosti čočky fotoaparátu je následující. Aby kamera zachytila jasný obraz předmětu před sebou, je nutné optiku zaostřit, tedy posunout tak, aby paprsky vycházející z předmětu dopadaly přesně na snímač. Stejně jako fotoaparáty vám i videokamery umožňují pohybem objektivu zaostřit světlo.
Autofocus
Většina lidí se potřebuje pohybovat a fotografovat různé objekty na různé vzdálenosti a neustálé přeostřování je extrémně obtížné. Proto mají všechny videokamery zařízení s automatickým ostřením. Obvykle se jedná o infračervený paprsek, který se odráží od objektů ve středu záběru a vrací se ke snímači fotoaparátu.
Pro určení vzdálenosti k objektu procesor vypočítá, jak dlouho trvá, než se paprsek odrazí a vrátí, vynásobí tuto hodnotu rychlostí světla a vydělí součin dvěma (protože vzdálenost urazil dvakrát - k objektu a zpět). Videokamera má malý motor, který pohybuje optikou, aby ji zaostřil na vypočítanou vzdálenost. To obvykle funguje docela dobře, ale někdy musíte předefinovat vzdálenost - například když chcete zaostřit na něco, co není ve středu snímku,protože autofokus reaguje na to, co je přímo před objektivem.
Optický a digitální zoom
Videokamery jsou také vybaveny objektivem se zoomem. To vám umožní přiblížit scénu zvětšením ohniskové vzdálenosti (mezi optikou a filmem nebo snímačem). Objektiv s optickým zoomem je jedna jednotka, která vám umožňuje přecházet z jednoho zvětšení na druhé. Rozsah zoomu udává maximální a minimální zvětšení. Pro snadnější použití zoomu je většina videokamer vybavena motorem, který pohybuje optikou v reakci na stisknutí tlačítka na rukojeti. Jednou z výhod toho je, že můžete snadno ovládat zvětšení bez použití vteřinové ruky. Motor navíc pohybuje objektivem konstantní rychlostí a zoom je plynulejší. Motor však vybíjí baterii.
Některé videokamery mají tzv. digitální zoom. Uživatelé jej nedoporučují používat, protože není vůbec spojen s objektivem, ale pouze zvětšuje část obrázku zachycenou snímačem. Tím se obětuje rozlišení, protože se využívá pouze část plochy senzoru. V důsledku toho je video méně jasné.
Expozice
Jednou ze skvělých funkcí fotoaparátu je automatické přizpůsobení různým úrovním osvětlení. Snímač je velmi citlivý na přeexponování nebo podexponování, protože rozsah signálů z každé fotodiody je omezený. Videokamera sleduje jejich úroveň a nastavuje clonu pro snížení respzvýšení toku světla přes čočky. Procesor neustále udržuje dobrý kontrast, takže snímky nevypadají příliš tmavé nebo vybledlé.
Princip činnosti sledovacích kamer
Takové kamery budou užitečné pro ty, kteří chtějí vědět, co se děje během jejich nepřítomnosti. Jejich potřeba může vzniknout z různých důvodů. Rodiče mohou chtít například sledovat spící miminko a snížit tak riziko nebezpečného pádu z postýlky. A kamery kolem domu vám umožní vidět lidi přicházející k hlavním dveřím a možná vám dokonce pomohou najít zloděje.
Výstup kamery se přenese, zpracuje, převede zpět na obrázek a v případě potřeby zaznamená. Video lze přenášet přes koaxiální kabel nebo kroucenou dvojlinku i přes bezdrátovou síť. Zpracování signálu se provádí ve videorekordéru, serveru nebo PC s kartou pro zachycení videa. Obraz se zobrazí na monitoru.
Princip fungování venkovních sledovacích kamer spočívá v tom, že se instalují na brány, budovy a další stavby, aby bylo možné sledovat, co se děje v reálném čase. Zpravidla se jedná o velká, nápadná zařízení, jejichž samotný pohled dává cizincům najevo, že jsou pod dohledem.
Princip činnosti bezdrátových videokamer je založen na vysílání obrazu přes bezdrátovou síť. Jiná zařízení, jako jsou Wi-Fi routery a mobilní telefony, jsou však schopna jejich signál přerušit. Kromě toho může být bezdrátový přenos zachycen, cožv rozporu s bezpečnostními cíli. Proto se uživatelům doporučuje, aby se ujistili, že je signál bezpečně zašifrován.
Princip fungování skrytých kamer je založen na použití bodových čoček s několikamilimetrovým výstupním otvorem a širokým pozorovacím úhlem. To vám umožní instalovat je do domácích spotřebičů a interiérových předmětů.
Tipy pro výběr analogových formátů
Analogové kamery nahrávají video a zvuk jako analogovou páskovou stopu. Odborníci je nedoporučují používat, protože při kopírování se kvalita obrazu i zvuku nevyhnutelně snižuje. Analogové formáty navíc postrádají řadu funkcí digitální videokamery. Hlavním rozdílem mezi těmito dvěma je typ kazety a rozlišení. Hlavní formáty analogových videokamer jsou:
- standard VHS. Tento typ fotoaparátu používá stejnou magnetickou pásku jako běžné videorekordéry. To usnadňuje prohlížení záběrů. Tyto kazety jsou levné a poskytují dlouhé nahrávací časy. Hlavní nevýhodou formátu VHS je nutnost rozměrné konstrukce videokamery. Rozlišení je 230–250 vodorovných řádků, což je spodní limit pro tento typ zařízení.
- Kamery VHS-C používají standardní pásku VHS, ale v kompaktnější kazetě. Záznam lze přehrávat na běžném videorekordéru, ale vyžaduje adaptér plné velikosti. V principu je ovládání VHS-C videokamery podobné jako VHS. Menší velikost kazety umožňujevytvořit kompaktnější struktury, ale doba záznamu se zkrátí na 30–45 minut.
- Super VHS kamery mají přibližně stejnou velikost jako VHS, protože používají kazety stejného formátu. Rozdíl je v tom, že rozlišení zápisu je 380-400 řádků. Tyto kazety nelze přehrávat na videorekordéru, ale samotný fotoaparát lze připojit přímo k televizoru.
- Super VHS-C odpovídá standardu VHS, ale je kompaktnější verzí s menší kazetou.
- 8mm videokamery mají také malé kazety. To umožňuje vyrábět menší modely, které poskytují rozlišení odpovídající standardu VHS s mírně lepší kvalitou zvuku. Délka záznamu – asi 2 hodiny.
- Standard Hi-8 je podobný 8mm, ale poskytuje mnohem vyšší rozlišení, přibližně 400 řádků.
Tipy pro výběr digitálních formátů
Princip činnosti digitálních videokamer se od analogových liší tím, že informace v nich jsou zaznamenávány v digitální podobě, takže obraz je reprodukován bez ztráty kvality. Takové video lze stáhnout do počítače, kde jej lze upravit nebo zveřejnit na internetu. Má mnohem lepší rozlišení. Široce se používají následující formáty:
- MiniDV obsahuje kompaktní kazety, které udrží 60–90 minut stopáže při 500 řádcích. Tento typ fotoaparátu je extrémně lehký a kompaktní. Pořizování statických snímků je možné.
- Formát Sony MicroMVfunguje stejně, ale používá menší kazety.
- Digital8 používá standardní Hi-8mm pásku pro 60 minut záznamu. Modely tohoto typu jsou obvykle o něco větší než DV.
- DVD kamery ukládají video přímo na malé optické disky. Hlavní výhodou tohoto formátu je, že každá relace je zaznamenána jako samostatná stopa. Namísto převíjení zpět a vpřed můžete přejít přímo na požadovanou část videa. Kromě toho jsou DVD videokamery velmi blízké modelům MiniDV, ale mohou uložit více videa od 30 minut do 2 hodin.
- DVD-R a DVD-RAM mají 3/4 velikosti disků DVD. Nevýhodou je, že jim můžete napsat pouze jednou. Nelze je přehrát na běžných DVD přehrávačích. Stejně jako u kazet MiniDV musíte fotoaparát použít jako přehrávač nebo zkopírovat film do jiného formátu.
- Paměťová karta je nejoblíbenější způsob nahrávání videa. Klipy se ukládají přímo na polovodičové karty, jako je flash paměť, Memory Stick nebo SD.
Na závěr
Dnes si každý může koupit levný fotoaparát a střihové programy zjednodušují proces střihu do takové míry, že si ho každý rychle osvojí.
Dokonce i analogové modely nízké kvality mají mnoho užitečných funkcí, které se snadno učí a umožňují vytvářet kvalitní filmy. Technologie, která byla kdysi výhradní doménou profesionální televize, je nyní dostupná i pro fandy. Nejnovější videokamery mají jistě co nabídnout a pro ty, kteří chtějí zachytit narozeninovou popřkoncert a start-up ambiciózních videoprojektů.
