В повечето страни по света видеокамерите отдавна са станали нещо обичайно. Хората ги водят на училищни пиеси, спортни събития, семейни събирания и дори раждания. На място, популярно сред туристите, те могат да се видят навсякъде. Видеокамерите са се утвърдили в САЩ, Япония и много други страни, тъй като представляват изключително търсена технология.
Но как може толкова малко устройство да направи толкова много? Родените преди 80-те години на миналия век са изненадани, че качествените модели вече са лесно достъпни и че са толкова лесни за използване. Тази статия описва принципа на действие и устройството на видеокамерата.
Основна конструкция
Конвенционалната аналогова видеокамера се състои от две основни части:
- Секция, включваща CCD, обектив и варио, фокус и двигатели за управление на ириса;
- видеорекордер с намален размер.
Как работи видеокамератае, че получава визуална информация и я превръща в електронен сигнал. Видеорекордерът е подобен на обикновен свързан с телевизор рекордер: приема сигнал и го записва на касета.
Третият компонент, визьорът, също получава видео изображението, така че потребителят може да види какво се заснема. Това е малък черно-бял или цветен дисплей, но много съвременни модели са оборудвани с големи пълноцветни LCD екрани. Има много формати на аналогови видеокамери с много допълнителни функции, но описаният дизайн е основният. Те се различават по това какви касети използват.
Устройството и принципът на работа на цифровите видеокамери са подобни на аналоговите, но имат допълнителен елемент, който преобразува информацията в байтове данни. Вместо да записва видеосигнала като непрекъсната последователност от магнитни импулси, той се съхранява като нули и единици. Цифровите видеокамери са популярни, защото улесняват копирането на видеоклипове без загуба на информация. Аналоговият запис "изчезва" с всяко копие - оригиналният сигнал не се възпроизвежда точно. Видео информацията в цифров вид може да бъде изтеглена на компютър, където може да бъде редактирана, копирана, изпратена по имейл и т.н.
Сензор за изображения
Като фотоапарат, видеокамерата "вижда" света през обектив. Оптиката е необходима за фокусиране на светлината от сцената върху филма, обработен с фоточувствителни химикали. Така камерата улавя това, което епред него. Той събира повече светлина от светлите части на сцената и по-малко от тъмните. Обективът на видеокамерата също служи за фокусиране, но вместо филм, той използва малък полупроводников сензор за изображение. Този сензор открива светлина с помощта на набор от милиони малки фотодиоди. Всеки от тях измерва броя на фотоните, които удрят определена точка, и превежда тази информация в електрони (електрически заряди): по-яркото изображение се представя с по-висок заряд, а по-тъмното изображение с по-нисък. Точно както художник рисува сцена, като подчертава тъмните зони със светли зони, сензорът създава видео, като открива интензитета на светлината. По време на възпроизвеждане тази информация контролира яркостта на пикселите на дисплея.
Разбира се, измерването на светлинния поток дава само черно-бяло изображение. За да получите цвят, трябва да определите не само общото ниво на осветеност, но и нивата за всеки цвят. Пълният спектър може да се пресъздаде чрез комбиниране само на 3 от тях - червено, зелено и синьо. Следователно принципът на работа на видеокамерите се основава на използването само на тези цветове.
Някои модели разделят сигнала на 3 версии на едно и също изображение за нива на червена, зелена и синя светлина. Всеки от тях е заловен от собствен чип. След това те се добавят заедно и основните цветове се смесват, за да се създаде пълноцветно изображение.
Този прост метод създава богато видео с висока разделителна способност.
Photodiode CCD са скъпи и консумират много енергия и използват3 сензора значително увеличава производствените разходи. Повечето видеокамери са оборудвани само с един сензор с постоянни цветни филтри за отделни фотодиоди. Някои от тях измерват само червени нива, някои само зелени, а останалите измерват сини нива. Цветовете са разпределени в решетъчен модел (като филтър на Bayer), така че процесорът на видеокамерата да може да добие представа за нивата на цветовете във всички части на екрана. Този метод изисква интерполация на данните, получени от всеки фотодиод чрез анализиране на информацията, получена от неговите съседи.
Оформяне на сигнал
Тъй като видеокамерите заснемат движещи се изображения, техните сензори имат допълнителни части, които не се намират в сензорите за цифров фотоапарат. За да създадат видеосигнал, те трябва да правят много снимки всяка секунда, които след това се комбинират, създавайки впечатление за движение.
За да направите това, видеокамерата заснема кадър и го записва с преплитане. Зад сензора за изображение има друг сензорен слой. За всяко поле, видео таксите се прехвърлят към него и след това се предават последователно. В аналоговата видеокамера този сигнал се изпраща към видеорекордер, който го записва (заедно с информация за цвета) на видеокасета под формата на магнитни импулси. Докато вторият слой предава данни, първият заснема следващото изображение.
Принципът на работа на цифровата видеокамера е основно същият, с изключение на това, че в последната стъпка аналогово-цифровият преобразувател преобразува сигнала в байтове данни. Камерата ги записва на носител, който може да бъде магнитна лента, твърдадиск, DVD или флаш памет. Преплетените цифрови модели съхраняват всеки кадър като две полета по същия начин като аналоговите модели. Камерите с прогресивно сканиране записват видео кадър по кадър.
Обектив
Както споменахме по-рано, първата стъпка в записа на видео изображение е фокусирането на светлината върху сензора. Принципът на действие на обектива на камерата е както следва. За да може камерата да заснеме ясна картина на обекта пред нея, е необходимо да фокусирате оптиката, тоест да я преместите така, че лъчите, излъчвани от обекта, да падат точно върху сензора. Подобно на фотоапаратите, видеокамерите ви позволяват да местите обектива, за да фокусирате светлината.
Автофокус
Повечето хора трябва да се движат и да снимат различни обекти на различни разстояния, а постоянното префокусиране е изключително трудно. Ето защо всички видеокамери имат устройство за автоматично фокусиране. Това обикновено е инфрачервен лъч, който отскача от обекти в центъра на кадъра и се връща към сензора на камерата.
За да определи разстоянието до обекта, процесорът изчислява колко време е необходимо на лъча да се отрази и върне, умножава тази стойност по скоростта на светлината и разделя продукта на две (защото е изминал разстоянието два пъти - до обекта и обратно). Видеокамерата има малък мотор, който движи оптиката, за да я фокусира на изчислено разстояние. Това обикновено работи доста добре, но понякога трябва да предефинирате разстоянието - например, когато искате да фокусирате върху нещо, което не е в центъра на кадъра,защото автофокусът реагира на това, което е директно пред обектива.
Оптично и цифрово увеличение
Видеокамерите също са оборудвани с вариообектив. Това ви позволява да увеличите сцената чрез увеличаване на фокусното разстояние (между оптиката и филма или сензора). Обективът с оптично увеличение е единична единица, която ви позволява да преминавате от едно увеличение към друго. Диапазонът на увеличение показва максималното и минималното увеличение. За да се направи увеличението по-лесно за използване, повечето видеокамери са оборудвани с двигател, който движи оптиката в отговор на натискане на бутон на дръжката. Едно от предимствата на това е, че можете лесно да контролирате увеличението, без да използвате втора ръка. Освен това моторът движи обектива с постоянна скорост, а увеличението е по-плавно. Двигателят обаче изтощава батерията.
Някои видеокамери имат т.нар. цифрово увеличение. Потребителите не съветват да го използвате, тъй като той изобщо не е свързан с обектива, а просто увеличава частта от картината, заснета от сензора. Това жертва разделителната способност, тъй като се използва само част от зоната на сензора. В резултат на това видеото е по-малко ясно.
Излагане
Една от страхотните характеристики на камерата е автоматичното регулиране към различни нива на светлина. Сензорът е много чувствителен към прекомерна или недостатъчна експозиция, тъй като обхватът на сигналите от всеки фотодиод е ограничен. Видеокамерата следи тяхното ниво и регулира блендата, за да намали илиувеличаване на потока на светлина през лещите. Процесорът поддържа добър контраст през цялото време, така че изображенията да не изглеждат твърде тъмни или изпънати.
Принципът на работа на камерите за наблюдение
Такива камери ще бъдат полезни за тези, които искат да знаят какво се случва по време на тяхното отсъствие. Необходимостта от тях може да възникне по различни причини. Например родителите може да искат да гледат спящо бебе и да намалят риска от опасно падане от креватчето. А камерите около къщата ще ви позволят да видите хора, които идват пред входната врата и може би дори ще ви помогнат да намерите крадца.
Изходът на камерата се предава, обработва, преобразува обратно в изображение и се записва, ако е необходимо. Видеото може да се предава по коаксиален кабел или усукана двойка, както и по безжична мрежа. Обработката на сигнала се извършва във видеорекордер, сървър или компютър с карта за видеозаснемане. Изображението се показва на монитора.
Принципът на работа на камерите за външно наблюдение е, че те се монтират на порти, сгради и други конструкции, за да следят какво се случва в реално време. По правило това са големи, забележими устройства, от самия поглед на които става ясно на външни лица, че са под наблюдение.
Принципът на работа на безжичните видеокамери се основава на излъчване на изображения през безжична мрежа. Въпреки това, други устройства като Wi-Fi рутери и мобилни телефони са в състояние да прекъснат сигнала си. В допълнение, безжичното предаване може да бъде прихванато, коетов противоречие с целите за сигурност. Поради това потребителите се съветват да се уверят, че сигналът е сигурно криптиран.
Принципът на работа на скритите камери се основава на използването на точкови обективи с изходен отвор от няколко милиметра и широк зрителен ъгъл. Това ви позволява да ги инсталирате в домакински уреди и интериорни предмети.
Съвети за избор на аналогови формати
Аналоговите камери записват видео и аудио като аналогова лента. Експертите не препоръчват използването им, тъй като при копиране качеството на изображението и звука неизбежно намалява. В допълнение, аналоговите формати нямат редица функции на цифрова видеокамера. Основната разлика между двете е типът на касетата и разделителната способност. Основните формати на аналоговите видеокамери са:
- VHS стандарт. Този тип камери използва същата магнитна лента като конвенционалните видеорекордери. Това улеснява гледането на кадрите. Тези касети са евтини и осигуряват дълго време за запис. Основният недостатък на формата VHS е необходимостта от обемист дизайн на видеокамерата. Разделителната способност е 230-250 хоризонтални линии, което е долната граница за този тип устройство.
- VHS-C камерите използват стандартна VHS лента, но в по-компактна касета. Записът може да се възпроизведе на обикновен видеорекордер, но изисква пълноразмерен адаптер. По принцип работата на VHS-C видеокамера е подобна на VHS. По-малкият размер на касетата позволявасъздавайте по-компактни структури, но времето за запис е намалено до 30-45 минути.
- Super VHS камерите са с приблизително същия размер като VHS, защото използват касети от същия формат. Разликата е, че резолюцията на запис е 380-400 реда. Тези касети не могат да се възпроизвеждат на видеорекордер, но самата камера може да бъде свързана директно към телевизор.
- Super VHS-C отговаря на VHS стандарта, но е по-компактна версия, използваща по-малка касета.
- 8 мм видеокамери също имат малки касети. Това позволява да се произвеждат по-малки модели, които предоставят резолюции, които съответстват на VHS стандарта с малко по-добро качество на звука. Продължителност на записа - около 2 часа.
- Стандартът Hi-8 е подобен на 8 мм, но осигурява много по-висока разделителна способност, около 400 реда.
Съвети за избор на цифрови формати
Принципът на работа на цифровите видеокамери се различава от аналоговите по това, че информацията в тях се записва в цифров вид, така че изображението се възпроизвежда без загуба на качество. Такъв видеоклип може да бъде изтеглен на компютър, където може да бъде редактиран или публикуван в Интернет. Има много по-добра резолюция. Следните формати са широко използвани:
- MiniDV разполага с компактни касети, които съхраняват 60-90 минути кадри на 500 реда. Този тип камери са изключително леки и компактни. Възможно е заснемане на неподвижни изображения.
- Формат Sony MicroMVработи по същия начин, но използва по-малки касети.
- Digital8 използва стандартна Hi-8mm лента за 60 минути запис. Моделите от този тип обикновено са малко по-големи от DV.
- DVD камерите записват видео директно на малки оптични дискове. Основното предимство на този формат е, че всяка сесия се записва като отделна песен. Вместо да превъртате назад и напред, можете да преминете директно към желаната част от видеоклипа. Освен това, DVD видеокамерите са доста близки до моделите MiniDV, но могат да съхраняват повече видео от 30 минути до 2 часа.
- DVD-R и DVD-RAM са 3/4 от размера на DVD дисковете. Недостатъкът е, че можете да им пишете само веднъж. Те не могат да се възпроизвеждат на конвенционални DVD плейъри. Подобно на MiniDV касетите, вие или трябва да използвате камерата като плейър, или да копирате филма в друг формат.
- Картата с памет е най-популярният начин за запис на видео. Клиповете се записват директно на твърдотелни карти като флаш памет, Memory Stick или SD.
В заключение
Днес всеки може да си купи евтина камера, а програмите за редактиране опростяват процеса на редактиране до такава степен, че всеки може бързо да го овладее.
Дори аналоговите модели с ниско качество имат много полезни функции, които са лесни за научаване и правят качествени филми. Технологиите, които някога са били изключителният домейн на професионалната телевизия, сега са достъпни за любителите. Най-новите видеокамери със сигурност имат какво да предложат и за тези, които искат да заснемат рожден ден иликонцерт и стартирането на амбициозни видео проекти.
