Видеокамеры. Принцип действия и характеристики

Лекция 3.

В CMOS матрице преобразование заряда в сигнал происходит в каждой ячейке. Считывание сигнала происходит построчно, из-за чего может возникать эффект rolling shutter.

Особенностью, вызванной способом сканирования CMOS-матриц в современных видеокамерах, является так называемый эффект «бегущего затвора» (rolling shutter). Дело в том, что считывание сигнала в CMOS-матрицах современных видеокамер происходит построчно, строка за строкой. Это похоже на вертикальное движение шторок затвора фотоаппарата. При быстром движении камеры относительно снимаемого объекта возникает геометрическое искажение, последнего, связанное с поочередным считыванием информации с CMOS матрицы.

Очевидно, что этот эффект проявляется только при очень быстром относительном движении оператора и объекта съемки (время сканирования матрицы очень небольшое – порядка 1/50 сек.). «Бегущий затвор» в CMOS-матрицах может производить и другие неприятные эффекты, например, горизонтальные полосы на полученной картинке в том случае, если за время сканирования матицы резко изменялось освещение.

Для производства цифрового контента используются специальные электронные камеры и фильм - сканеры, позволяющие перевести информацию с кинопленки на цифровые носители, а также системы компьютерной графики.

Видеокамера – это телевизионная съемочная камера, имеющая встроенное записывающее устройство.

Ниже рассмотрены некоторые типы видеокамер, использующихся в производстве контента для целей видеопоказа и цифрового кинематографа.

Origin – первая в мире цветная видеокамера на одной FIT матрице Cinema Sensor. У казанная матрица имеет формат, соответствующий размеру кадра на 35мм кинопленке и содержит 4096 х 2048 элементов (из которых 4046 х 2048 активных). 50 столбцов оптически неактивных элементов служат для создания опорного «оптического черного». Элементы новой матрицы почти втрое крупнее элементов 17мм (2/3²) матрицы, поэтому они накапливают больше зарядов при соответствующем улучшении отношения сигнал/шум. Матрица, действующая в режиме прогрессивной развертки, позволяет варьировать частоту кадров в пределах 0 – 48Гц при сохранении всех качественных показателей изображения.

Для формирования цветоделенных изображений на все элементы матрицы наносится мозаичный растр Байера (Bayer pattern), который в начале 80-х годов предложил д-р Байер из Kodak. Половина элементов матрицы чувствительна к зеленому цвету, а к красному и синему цветам – только четверть элементов. Сигналы, соответствующие пропущенным элементам основных цветов R,G,B восстанавливаются способами интерполяции, причем обычно применяются адаптивные интерполяционные алгоритмы, позволяющие избежать появления муаров и зубчатости наклонных границ. Интерполяция может производиться как внутри камеры, так и вне ее в процессе компоновки программ. Интерполированные сигналы R,G,B или Y C_RC_B пригодны для отображения на экранах стандартных видеомониторов.

Цифровые сигналы, формируемые КТК Origin совместимы с системами изготовления цифровых дубликатов (Digital Intermediate), имеющих разрешение 2К, 3К и 4К. Digital Intermediate – это цифровые файлы, полученные в результате сканирования кинопленки в фильм - сканере и поступающие в дальнейшем в цифровую лабораторию для соответствующей обработки и ввода спецэффектов и цветокоррекции.

Применение матрицы Байера 35мм формата позволило обойтись, во первых, без дорогого и сложного призменного цветоделительного блока, а во вторых - использовать всю линейку стандартных киносъемочных объективов, привычных для профессиональных кинооператоров. Поэтому камера Origin не имеет проблем с глубиной резкости, компоновкой кадра и другими моментами, характерными при использовании объективов с 17мм форматом кадра, ограничивающем творческие возможности оператора при съемке кинофильма.

В камере Origin использована зеркальная система наведения с оптическим видоискателем, ввиду того, что электронный видоискатель с небольшим экраном неизбежно имеет ограниченную разрешающую способность и поэтому не способен адекватно отобразить снимаемую сцену. Известно, что операторы, работающие с электронными HD камерами, оснащенными электронными видоискателями, испытывают трудности с фокусировкой, особенно при наличии движущихся объектов.

Мировой лидер в области кинотехники фирма ARRI (Германия) разработала образец «концепт-камеры» D-20, созданный ею в рамках европейского исследовательского проекта Mtta Vision на базе киносъемочного аппарата Arriflex 435. Эта камера в основном соответствует базовым принципам построения кинотелекамеры (КТК), сформулированным Dalsa Digital Cinema (Канада) с учетом пожеланий операторов Голливуда. Основные отличия этой камеры: одна крупноформатная матрица с растром Байера, разрешающая способность 4К, прогрессивная развертка с регулируемой частотой кадров, выходные RGB сигналы, А/\Ц преобразование с разрядностью 13-14бит, логарифмическая шкала квантования «10-bit/log» Cineon, стандартный 35мм киносъемочный объектив с PL- оправой, зеркальная система наведения с оптическим видоискателем, органы управления, привычные кинооператорам.

В камере D-20 применена активная КМОП - матрица с растром Байера, имеющая 3648 х 2162 элементов, из которых активных только 2880 х 2160. Матрица способна работать с частотой кадров до 150 кадр/с и называется активной, потому, что каждый ее элемент имеет индивидуальный усилитель, который увеличивает вырабатываемое соответствующим элементом напряжение. Первичные RGB сигналы выводятся из матрицы по 32 параллельным каналам и подаются на соответствующие 12-бит АЦП, выходные сигналы которых распространяются по внутренней шине со скоростью до 10 Гбит/с для последующей обработки. Обработка включает в себя цифровую интерполяцию, благодаря которой синтезируются сигналы недостающих RGB элементов с результирующим разрешением 1920 х 1080 отсчетов (2880/1,5. 2160 /2) Пространственная «супердискретизация» изображения обеспечила практическую незаметность паразитных муаров и зубчатости наклонных границ. Применение 12бит АЦП позволяет сформировать почти точную кривую «10-bit/log».

Дата добавления: 2014-01-04