Lielākajā daļā pasaules valstu videokameras jau sen ir kļuvušas par ierastu lietu. Cilvēki viņus ved uz skolas izrādēm, sporta pasākumiem, ģimenes salidojumiem un pat dzemdībām. Tūristu iecienītā vietā tās var redzēt visur. Videokameras ir iekarojušas stabilu vietu ASV, Japānā un daudzās citās valstīs, jo tās ir ļoti pieprasīta tehnoloģija.
Bet kā tik maza ierīce spēj paveikt tik daudz? Tie, kas dzimuši pirms 80. gadiem, ir pārsteigti, ka tagad ir viegli pieejami kvalitatīvi modeļi un ka tos ir tik vienkārši lietot. Šajā rakstā ir aprakstīts videokameras darbības princips un ierīce.
Pamata konstrukcija
Parastā analogā videokamera sastāv no divām galvenajām daļām:
- Sadaļa, kurā ietilpst CCD, objektīvs un tālummaiņas, fokusa un varavīksnenes vadības motori;
- samazināts videomagnetofons.
Kā darbojas videokamerair tas, ka tas saņem vizuālu informāciju un pārvērš to elektroniskā signālā. Videomagnetofons ir līdzīgs parastam televizoram pievienotam ierakstītājam: tas saņem signālu un ieraksta to kasetē.
Trešā sastāvdaļa, skatu meklētājs, arī saņem video attēlu, lai lietotājs varētu redzēt, kas tiek filmēts. Šis ir mazs melnb alts vai krāsu displejs, taču daudzi mūsdienu modeļi ir aprīkoti ar lieliem pilnkrāsu LCD ekrāniem. Ir daudz analogo videokameru formātu ar daudzām papildu funkcijām, taču aprakstītais dizains ir galvenais. Tās atšķiras atkarībā no izmantotajām kasetēm.
Ciparu videokameru ierīce un darbības princips ir līdzīgi analogajām, taču tām ir papildu elements, kas pārvērš informāciju datu baitos. Tā vietā, lai ierakstītu video signālu kā nepārtrauktu magnētisko impulsu secību, tas tiek saglabāts kā nulles un vieninieki. Digitālās videokameras ir populāras, jo tās ļauj ērti kopēt video, nezaudējot nekādu informāciju. Analogais ieraksts "pazūd" ar katru kopiju - oriģinālais signāls netiek reproducēts precīzi. Video informāciju digitālā formātā var lejupielādēt datorā, kur to var rediģēt, kopēt, nosūtīt pa e-pastu utt.
Attēla sensors
Kā kamera, videokamera "redz" pasauli caur objektīvu. Optika ir nepieciešama, lai fokusētu gaismu no skatuves uz plēvi, kas apstrādāta ar gaismjutīgām ķīmiskām vielām. Tādējādi kamera fiksē to, kas irviņa priekšā. Tas savāc vairāk gaismas no ainas spilgtajām daļām un mazāk no tumšajām. Fokusēšanai kalpo arī videokameras objektīvs, taču filmas vietā tiek izmantots neliels pusvadītāju attēla sensors. Šis sensors nosaka gaismu, izmantojot miljoniem sīku fotodiožu masīvu. Katrs no tiem mēra fotonu skaitu, kas trāpa noteiktā punktā, un pārvērš šo informāciju elektronos (elektriskajos lādiņos): spilgtāku attēlu attēlo ar augstāku lādiņu, bet tumšāku attēlu ar zemāku. Tāpat kā mākslinieks glezno ainu, izceļot tumšos apgabalus ar gaišiem laukumiem, sensors izveido video, nosakot gaismas intensitāti. Atskaņošanas laikā šī informācija kontrolē displeja pikseļu spilgtumu.
Protams, gaismas plūsmas mērīšana dod tikai melnb altu attēlu. Lai iegūtu krāsu, jums ir jānosaka ne tikai kopējais apgaismojuma līmenis, bet arī katras krāsas līmeņi. Pilnu spektru var atjaunot, apvienojot tikai 3 no tiem - sarkano, zaļo un zilo. Tāpēc videokameru darbības princips ir balstīts tikai uz šo krāsu izmantošanu.
Daži modeļi sadala signālu 3 viena attēla versijās sarkanās, zaļās un zilās gaismas līmeņiem. Katrs no tiem tiek uztverts ar savu mikroshēmu. Pēc tam tās tiek pievienotas kopā un galvenās krāsas tiek sajauktas, lai izveidotu pilnkrāsu attēlu.
Šī vienkāršā metode nodrošina bagātīgu augstas izšķirtspējas video.
Photodiode CCD ir dārgi un patērē daudz enerģijas un lieto3 sensori ievērojami palielina ražošanas izmaksas. Lielākā daļa videokameru ir aprīkotas tikai ar vienu sensoru ar pastāvīgiem krāsu filtriem atsevišķām fotodiodēm. Daži no tiem mēra tikai sarkano līmeni, daži tikai zaļo līmeni, bet pārējie mēra zilo līmeni. Krāsas tiek sadalītas režģa veidā (piemēram, Bayer filtrs), lai videokameras procesors varētu gūt priekšstatu par krāsu līmeņiem visās ekrāna daļās. Šī metode prasa katras fotodiodes saņemto datu interpolāciju, analizējot informāciju, ko saņem tās kaimiņi.
Signāla veidošana
Tā kā videokameras uzņem kustīgus attēlus, to sensoriem ir papildu daļas, kas nav atrodamas digitālo kameru sensoros. Lai izveidotu video signālu, katru sekundi ir jāuzņem daudz kadru, kas pēc tam tiek apvienoti, radot kustības iespaidu.
Lai to izdarītu, videokamera tver kadru un ieraksta to pārripotā veidā. Aiz attēla sensora ir vēl viens sensora slānis. Par katru lauku video maksas tiek pārsūtītas uz to un pēc tam secīgi pārsūtītas. Analogajā videokamerā šis signāls tiek nosūtīts uz videomagnetofonu, kas to (kopā ar krāsu informāciju) ieraksta videolentē magnētisko impulsu veidā. Kamēr otrais slānis pārsūta datus, pirmais tver nākamo attēlu.
Ciparu tipa videokameras darbības princips būtībā ir vienāds, izņemot to, ka pēdējā darbībā analogo-digitālo pārveidotājs pārvērš signālu datu baitos. Kamera tos ieraksta datu nesējā, kas var būt cieta magnētiskā lentedisks, DVD vai zibatmiņa. Interlaced digitālie modeļi saglabā katru kadru kā divus laukus tāpat kā analogajos modeļos. Progresīvās skenēšanas kameras ieraksta video pa kadram.
Objektīvs
Kā minēts iepriekš, pirmais solis video attēla ierakstīšanā ir gaismas fokusēšana uz sensoru. Kameras objektīva darbības princips ir šāds. Lai kamera uzņemtu skaidru priekšstatu par priekšā esošo objektu, ir jāfokusē optika, tas ir, jāpārvieto tā, lai stari, kas izplūst no objekta, kristu tieši uz sensoru. Tāpat kā kameras, arī videokameras ļauj pārvietot objektīvu, lai fokusētu gaismu.
Autofokuss
Lielākajai daļai cilvēku ir jāpārvieto un jāfotografē dažādi objekti dažādos attālumos, un nepārtraukta fokusēšana ir ārkārtīgi sarežģīta. Tāpēc visām videokamerām ir automātiskā fokusa ierīce. Parasti tas ir infrasarkanais stars, kas atlec no objektiem kadra centrā un atgriežas kameras sensorā.
Lai noteiktu attālumu līdz objektam, procesors aprēķina, cik ilgs laiks nepieciešams, lai stars atstarotos un atgrieztos, reizina šo vērtību ar gaismas ātrumu un reizinājumu dala ar divi (jo tas attālumu nobrauca divas reizes - uz objektu un atpakaļ). Videokamerai ir mazs motors, kas pārvieto optiku, lai fokusētu to uz aprēķinātu attālumu. Tas parasti darbojas diezgan labi, taču dažreiz jums ir atkārtoti jādefinē attālums, piemēram, ja vēlaties koncentrēties uz kaut ko, kas nav kadra centrā,jo autofokuss reaģē uz to, kas atrodas tieši objektīva priekšā.
Optiskā un digitālā tālummaiņa
Kameras ir aprīkotas arī ar tālummaiņas objektīvu. Tas ļauj tuvināt ainu, palielinot fokusa attālumu (starp optiku un filmu vai sensoru). Optiskās tālummaiņas objektīvs ir viena vienība, kas ļauj pārslēgties no viena palielinājuma uz citu. Tālummaiņas diapazons norāda maksimālo un minimālo palielinājumu. Lai atvieglotu tālummaiņas lietošanu, lielākā daļa videokameru ir aprīkotas ar motoru, kas pārvieto optiku, reaģējot uz pogas nospiešanu uz roktura. Viena no priekšrocībām ir tā, ka jūs varat viegli kontrolēt palielinājumu, neizmantojot sekunžu rādītāju. Turklāt motors pārvieto objektīvu nemainīgā ātrumā, un tālummaiņa ir vienmērīgāka. Tomēr dzinējs izlādē akumulatoru.
Dažām videokamerām ir t.s. digitālā tālummaiņa. Lietotāji neiesaka to izmantot, jo tas vispār nav saistīts ar objektīvu, bet vienkārši palielina sensora uzņemtā attēla daļu. Tas zaudē izšķirtspēju, jo tiek izmantota tikai daļa no sensora apgabala. Rezultātā videoklips ir mazāk skaidrs.
Ekspozīcija
Viena no lieliskajām kameras funkcijām ir automātiska regulēšana dažādiem apgaismojuma līmeņiem. Sensors ir ļoti jutīgs pret pārmērīgu vai nepietiekamu ekspozīciju, jo signālu diapazons no katras fotodiodes ir ierobežots. Videokamera uzrauga to līmeni un pielāgo diafragmas atvērumu, lai samazinātu vaipalielinot gaismas plūsmu caur lēcām. Procesors vienmēr uztur labu kontrastu, lai attēli neizskatītos pārāk tumši vai izskaloti.
Novērošanas kameru darbības princips
Šādas kameras noderēs tiem, kas vēlas uzzināt, kas notiek viņu prombūtnes laikā. Nepieciešamība pēc tiem var rasties dažādu iemeslu dēļ. Piemēram, vecāki var vēlēties vērot guļošu mazuli un samazināt bīstamības izkrišanas risku no gultiņas. Un kameras ap māju ļaus jums redzēt cilvēkus, kas nāk pie ārdurvīm, un, iespējams, pat palīdzēs jums atrast kramplauzi.
Kameras izvade tiek pārsūtīta, apstrādāta, pārveidota atpakaļ attēlā un, ja nepieciešams, ierakstīta. Video var pārraidīt, izmantojot koaksiālo kabeli vai vītā pāra, kā arī bezvadu tīklu. Signāla apstrāde tiek veikta video ierakstītājā, serverī vai datorā ar video uztveršanas karti. Attēls tiek parādīts monitorā.
Āra novērošanas kameru darbības princips ir tāds, ka tās tiek uzstādītas uz vārtiem, ēkām un citām konstrukcijām, lai reāllaikā uzraudzītu notiekošo. Parasti tās ir lielas, pamanāmas ierīces, kuru redzēšana nepiederošām personām liek saprast, ka tās tiek uzraudzītas.
Bezvadu videokameru darbības princips ir balstīts uz attēlu pārraidi bezvadu tīklā. Tomēr citas ierīces, piemēram, Wi-Fi maršrutētāji un mobilie tālruņi, spēj pārtraukt signālu. Turklāt bezvadu pārraide var tikt pārtverta, kaspretēji drošības mērķiem. Tāpēc lietotājiem ieteicams pārliecināties, vai signāls ir droši šifrēts.
Slēpto kameru darbības princips ir balstīts uz punktveida objektīvu izmantošanu ar vairāku milimetru izejas atveri un plašu skata leņķi. Tas ļauj tos uzstādīt sadzīves ierīcēs un interjera priekšmetos.
Padomi analogo formātu izvēlei
Analogās kameras ieraksta video un audio kā analogo lentes celiņu. Speciālisti neiesaka tos izmantot, jo, kopējot, neizbēgami samazinās attēla un skaņas kvalitāte. Turklāt analogajiem formātiem trūkst vairāku digitālo videokameru funkciju. Galvenā atšķirība starp abiem ir kasetes veids un izšķirtspēja. Galvenie analogo videokameru formāti ir:
- VHS standarts. Šāda veida kamerās tiek izmantota tāda pati magnētiskā lente kā parastajos videomagnetofonos. Tas atvieglo videomateriāla apskati. Šīs kasetes ir lētas un nodrošina ilgu ierakstīšanas laiku. Galvenais VHS formāta trūkums ir nepieciešamība pēc apjomīga videokameras dizaina. Izšķirtspēja ir 230–250 horizontālas līnijas, kas ir zemākā robeža šāda veida ierīcēm.
- VHS-C kameras izmanto standarta VHS lenti, bet kompaktākā kasetē. Ierakstu var atskaņot parastajā videomagnetofonā, taču tam ir nepieciešams pilna izmēra adapteris. Principā VHS-C videokameras darbība ir līdzīga VHS. Mazāks kasetes izmērs ļaujizveidot kompaktākas struktūras, bet ierakstīšanas laiks tiek samazināts līdz 30-45 minūtēm.
- Super VHS kameras ir aptuveni tāda paša izmēra kā VHS, jo tajās tiek izmantotas viena formāta kasetnes. Atšķirība ir tāda, ka rakstīšanas izšķirtspēja ir 380-400 rindiņas. Šīs kasetes nevar atskaņot videomagnetofonā, taču pašu kameru var tieši pievienot televizoram.
- Super VHS-C atbilst VHS standartam, taču tā ir kompaktāka versija, izmantojot mazāku kasetni.
- 8 mm videokamerām ir arī mazas kasetes. Tas ļauj ražot mazākus modeļus, kas nodrošina VHS standartam atbilstošu izšķirtspēju un nedaudz labāku skaņas kvalitāti. Ierakstīšanas ilgums - apmēram 2 stundas.
- Hi-8 standarts ir līdzīgs 8 mm, taču nodrošina daudz augstāku izšķirtspēju, aptuveni 400 rindas.
Padomi digitālo formātu izvēlei
Ciparu videokameru darbības princips atšķiras no analogajām ar to, ka tajās esošā informācija tiek ierakstīta digitālā veidā, lai attēls tiktu reproducēts bez kvalitātes zuduma. Šādu video var lejupielādēt datorā, kur to var montēt vai publicēt internetā. Tam ir daudz labāka izšķirtspēja. Plaši tiek izmantoti šādi formāti:
- MiniDV piedāvā kompaktas kasetes, kurās var ievietot 60–90 minūtes videomateriāla 500 rindās. Šāda veida kamera ir ārkārtīgi viegla un kompakta. Ir iespējams uzņemt nekustīgus attēlus.
- Sony MicroMV formātsdarbojas tāpat, bet izmanto mazākas kasetes.
- Digital8 izmanto standarta Hi-8 mm kaseti 60 minūšu ierakstīšanai. Šāda veida modeļi parasti ir nedaudz lielāki par DV.
- DVD kameras saglabā video tieši mazos optiskajos diskos. Šī formāta galvenā priekšrocība ir tā, ka katra sesija tiek ierakstīta kā atsevišķs ieraksts. Tā vietā, lai attītu un ātri pārtītu uz priekšu, varat pāriet tieši uz vajadzīgo videoklipa daļu. Izņemot to, DVD videokameras ir diezgan tuvu MiniDV modeļiem, taču tās var saglabāt vairāk video no 30 minūtēm līdz 2 stundām.
- DVD-R un DVD-RAM ir 3/4 no DVD disku izmēra. Trūkums ir tāds, ka viņiem var rakstīt tikai vienu reizi. Tos nevar atskaņot parastajos DVD atskaņotājos. Tāpat kā MiniDV kasetēs, jums ir jāizmanto kamera kā atskaņotājs vai jākopē filma citā formātā.
- Atmiņas karte ir vispopulārākais video ierakstīšanas veids. Klipi tiek saglabāti tieši cietvielu kartēs, piemēram, zibatmiņā, Memory Stick vai SD.
Nobeigumā
Šodien ikviens var iegādāties lētu kameru, un rediģēšanas programmas tiktāl vienkāršo rediģēšanas procesu, ka ikviens var to ātri apgūt.
Pat zemas kvalitātes analogajiem modeļiem ir daudz noderīgu funkciju, kuras ir viegli iemācīties un veidot kvalitatīvas filmas. Tehnoloģijas, kas kādreiz bija profesionālās televīzijas ekskluzīvā sfēra, tagad ir pieejamas hobijiem. Jaunākajām videokamerām noteikti ir daudz ko piedāvāt un tiem, kas vēlas iemūžināt dzimšanas dienu vaikoncertu un vērienīgu video projektu uzsākšanu.
