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: 5 чел.
Средний рейтинг: 3.8 из 5.

Как работает видеокамера

Видеокамера давно вошла в нашу повседневную жизнь, с ее помощью мы записываем домашнее видео, снимаем разные знаковые события нашей жизни (путешествия, дни рождения), кто-то и вовсе превратил ее в свой рабочий инструмент и занимается профессиональной видеосъемкой (свадеб и многих других мероприятий).

Но как работает видеокамера, как она устроена, об этом поговорим в нашей статье.

Принцип работы видеокамеры

На самом деле принцип работы видеокамеры основан на научной работе, проделанной Эйнштейном почти столетие назад. Великий ученый получил Нобелевскую премию за открытие фотоэлектрического эффекта. Суть идеи этого открытия состоит в том, что световые волны определенной частоты будут беспокоить электроны в металлическом листе. Когда они это делают, создается ток.

На нашей диаграмме вы можете увидеть, как записываемое изображение проходит через линзу и фокусируется на призме. Призма разделяет световой луч на составляющие его цвета: красный, зеленый и синий. Каждый разделенный луч проецируется на устройство с зарядовой связью. Это своего рода металлическая панель, которая разделена на крошечные квадраты, каждый из которых регистрирует сегрегированный свет, попадающий на панель. Запись этих поступающих сигналов отправляется на носитель записи (ленту, диск и т. д.) в виде двоичных чисел.

Теперь, чтобы воспроизвести изображение, нужно эту же запись, преобразовать обратно в цвета, рекомбинировать в динамике и спроецировать на экран. Выполненное в быстрой последовательности, изображение выглядит так, как будто оно движется, на этом зиждется эффект кинематографа.

Устройство видеокамеры

Современные цыфровые видеокамеры состоят из трех компонентов:

• объектив,
• имидж-сканер (тепловизор),
• записывающее устройство.

Объектив видеокамеры – это световой путь камеры, состоящий из ряда регулировок, в которых видеокамера работает, чтобы позволить пользователю снимать изображения и видео в точности так, как нужно.

Настройки объектива включают такие важные элементы, как например, диафрагма (она позволяет контролировать и регулировать свет), функция масштабирования (используется для регулировки области обзора, покрываемой объективом) и скорость затвора (помогает запечатлеть любую форму движения).

Имидж-сканер он же тепловизор – является, по сути, глазом видеокамеры, он работает за счет размещения на нем светочувствительных устройств и датчиков.

Для записи снимаемого видео используется записывающее устройство. Оно обеспечивает сложные функции сигнализации, которые захватывают видеосигналы и переносят их на носитель записи. Ранее это были видеокассеты VHS, потом DVD, сейчас же записывающее устройство современных видеокамер записывает все в цифровую память на условную флешку, из которой все снятые видеоматериалы можно легко и просто скопировать на компьютер. Устройство записи и хранения – важная функция для удобства использования видеокамер.

Видеокамер на самом деле в последнее время великое множество, от стандартных цифровых камер, до специальных видеокамер наблюдения, среди которых можно отдельно упомянуть IP камеры (к слову если хотите IP камера купить в Control.ua по выгодным условиям, то переходите по ссылке). Они примечательны тем, что удобно крепятся к потолку помещения и могут снимать видео 24 часа в сутки и 7 дней в неделю и сразу его транслировать по определенному айпи адресу в интернете и заодно записывать на специальный облачный сервер.

Таким образом, если к вам в дом проникнут злоумышленники, эта видеокамера наблюдения снимет отличное видео с ними в главной роли, которое станет хорошей помощью для правоохранительных органов в их поисках. С этими камерами также можно удобно следить в режиме реального времени за своим домом, офисом или любым другим помещением.

Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

Страница про автора

Схожі записи:

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. 8 марта 2023 г.

Как работают цифровые видеокамеры?

Поскольку технологии продолжают развиваться, более новое и сложное мультимедийное оборудование становится доступным для широкой публики. Цифровые видеокамеры не являются исключением. Так же быстро, как пленочная камера стала устаревшей для среднестатистического фотографа, видеокамеры VHS также ушли по пути динозавров. Все, кажется, стало цифровым, и удобство — лишь одна из многих причин. Более новые цифровые видеокамеры также отличаются компактностью, лучшим качеством изображения и более быстрыми возможностями просмотра.

Те же действия, которые были записаны на громоздкие видеокамеры 1980-х и начала 1990-х годов, популярны и сегодня. Детские спортивные мероприятия, церемонии награждения, семейные встречи, спектакли и другие особые моменты — это воспоминания, которые люди хотят сохранить. Отличие теперь заключается в доступности изображений и возможности делиться ими с людьми по всему миру за считанные секунды. Но как работают цифровые видеокамеры?

Для технарей и технофилов нет никакой тайны в работе большинства цифровых устройств. Но для среднего потребителя даже базовые операции могут вызывать недоумение. Вот посмотрите, как работают несколько различных типов цифровых видеокамер.

Как и в пленочных камерах и аналоговых видеокамерах, в цифровых видеокамерах для просмотра записываемых изображений используется объектив. Эти линзы преобразуют различные элементы изображения перед камерой в информацию, которую можно обрабатывать и записывать. В видеомагнитофоне эти линзы фокусируют яркие цвета на полупроводниковом датчике изображения. Этот датчик называется устройством с зарядовой связью или ПЗС. Чем их больше у камеры, тем лучше качество изображения. Последний шаг в работе с цифровыми видеокамерами — это то, что отличает их от старых видеокамер. Информация превращается в байты данных. Контрастность и цвета преобразуются в двоичный код (1 и 0), и эти данные сохраняются в виде цифрового видео.

Большинство цифровых видеокамер, представленных на рынке, от основных брендов используют ленту MiniDV, которая обрабатывает и записывает информацию в цифровом виде. Эти ленты в разы меньше старых кассет VHS. Цифровое видео является стандартом для домашнего и полупрофессионального видеопроизводства и иногда используется средствами массовой информации. Профессиональные цифровые видеокамеры начального уровня имеют три ПЗС и записывают на ленты DV CAM или MiniDV.

Цифровые видеокамеры имеют порт FireWire на задней панели камеры, который подключается непосредственно к компьютеру. Данные с камеры отправляются на жесткий диск компьютера. Затем видеофайлы можно редактировать с помощью соответствующего программного обеспечения, если это необходимо.

Существуют чрезвычайно компактные цифровые видеокамеры с ограниченной продолжительностью записи (примерно 60 минут) и возможностями объектива. Они удобны для быстрого и удобного обмена видео и позволяют очень легко транспортировать. Они не требуют карты памяти и подключаются непосредственно к компьютеру с помощью USB-разъема. Для более длительной записи или лучшего качества видеокамеры MiniDV являются лучшим выбором.

Цифровые системы более низкого уровня, которые не используют ленты, записывают в формате MPEG-4 в качестве цифровой памяти.