Будова відеокамери

Відеокамера - пристрій для отримання оптичних образів знімаються об'єктів на світлочутливому елементі (Матриці), пристосоване для запису рухомих зображень. Зазвичай оснащується мікрофоном для паралельного запису звуку.

Складовими частинами відеокамери є :

1. Об'єктив, формує оптичне зображення об'єкта

2. Видошукач для визначення зображуваного в кадрі і фокусування зображення

3. Світлочутлива електронна матриця або видикон

4. Пристрій передачі чи запису сигналу з накопичувачем

Об'єктив - оптичний пристрій, проецирующее зображення на площину. Зазвичай об'єктив складається з набору лінз (В деяких об'єктивах - і дзеркал), розрахованих для взаємної компенсації аберацій і зібраних в єдину систему всередині оправи.

Об'єктивом називається (деколи вельми умовно) перший компонент приладу, що створює зображення, розглянуте через окуляр. У цьому випадку об'єктив може представляти із себе і розсіювальну лінзу (так побудовані видошукачі багатьох далекомірних і шкальних фотоапаратів), а утворене їм зображення може бути уявним.

В залежності від призначення і конструкції, в конструкції об'єктива можуть входити допоміжні елементи: діафрагму, для управління кількістю минаючого світла, систему фокусування, фотографічний затвор.

Характеристики об'єктивів

Основні

1. Головне фокусна відстань (і можливість його зміни);

2. Максимальне відносне отвір (Іноді неправильно зване світлосилою);

3. Рівень і характер оптичних спотворень (аберацій);

4. Роздільна здатність

5. Тип байонета або діаметр різьби для кріплення до камери для знімних об'єктивів.

Додаткові і уточнюючі

1. Робочий відрізок або робоче відстань - для змінних об'єктивів. У більшості випадків визначається типом байонета, має важливе значення для різьбових типів кріплення.

2. Мінімальна відносний отвір (Максимальне число діафрагми, наприклад 16 або 22) - визначається конструктивними особливостями діафрагми.

3. Мінімальна дистанція фокусування (МДФ), або максимальний масштаб макрозйомки для макрооб'єктивів (наприклад, 55 мм, 1:1) - визначається конструкцією оправи.

4. Діаметр і крок різьби для приєднання світлофільтрів.

5. Графіки MTF (уточнюють роздільну здатність)

Число лінз і груп лінз.

Більша кількість лінз дозволяє конструкторам розрахувати об'єктив з краще виправленими абераціями, проте зменшує світлопропускання і підвищує ризик паразитних перевідбиттів, знижують контраст зображення. Крім того, більша кількість поверхонь, які треба полірувати, збільшує собівартість виробництва і посилює вимоги до точності виготовлення кожної деталі.

Наявність асферичних лінз.

Вид просвітління.

Конструкція і особливості оправи та байонета. Наприклад, "помпові" оправа (від схожості з помповою рушницею) - зміна фокусної відстані і наведення на різкість здійснюється одним кільцем, осьове переміщення якого змінює фокусну відстань, а поворотом здійснюється наведення на різкість. Більш традиційним є наявність двох різних органів управління.

Класифікація об'єктивів

I. Штатний об'єктив

Штатний об'єктив, Китовий об'єктив (калька з англ. Kit) - змінний об'єктив, яким комплектується фотоапарат при продажу. Зазвичай є нормальним об'єктивом, або дешевим зум-об'єктивом діапазону фокусних відстаней, близького до нормальному об'єктиву.

Типи об'єктивів по конструкції (оптичній схемі)

Створення об'єктивів, вільних від спотворень, тривалий час було швидше мистецтвом, ніж наукою. Особливо вдалі схеми розташування лінз залишилися в історії техніки під власними іменами:

Монокль - найпростіший об'єктив, що складається з однієї збирає лінзи

Перископ - симетричний об'єктив, що складається з двох збірних лінз

Триплет - найпростіший варіант анастигмати, що складається з трьох несклеенних лінз, двох збираючих і однієї розсіюючої між ними.

II. Ретрофокусний об'єктив

Клас об'єктивів, що відрізняються тим, що заднє вершинний відстань більше головного фокусної відстані, що дозволяє спроектувати короткофокусний об'єктив з великим робочим відрізком. Виник у зв'язку з розвитком дзеркальних камер.

III. Дзеркально-лінзовий об'єктив

Містить як дзеркала, так і лінзи. Як правило, за такою схемою роблять телеоб'єктиви для зменшення їх габаритних розмірів. Заявлений дзеркально-лінзовий об'єктив з багаторазовим віддзеркаленням світла "Origami" для надкомпактного обладнання

Дзеркальний об'єктив. Дзеркала не володіють дисперсією, тому такі оптичні схеми зустрічаються під багатьох технічних сферах, наприклад, в нанолітографії

Так виглядає дзеркально-лінзовий телеоб'єктив

За додатковим ознаками якості зображення традиційно виділяють такі типи:

ахроматамі - об'єктив з мінімальної хроматичної аберацією

Апланат - симетричний об'єктив, що складається з двох ахроматичних (ландшафтних) лінз

анастигмати - об'єктив, у якого усунутий астигматизм і всі інші аберації. Практично всі сучасні масово виробляються об'єктиви - анастигмати.

апохроматах - анастигмати, у якого краще усунена хроматична аберація

варіооб'ектів - об'єктив із змінною фокусною відстанню (трансфокатор, "зум").

Фікс - будь-який об'єктив з фіксованою фокусною відстанню, жаргонне слово, скорочення, використовувані для протиставлення варіооб'ектіви.

За куті зображення (Фокусної відстані)

Широко застосовується класифікація фотографічних об'єктивів по куті зображення або по фокусній відстані, віднесеному до розмірів кадру.

Ця характеристика під чому визначає сферу застосування об'єктива:

Надширококутний об'єктив - об'єктив, у якого фокусна відстань менше малої боку кадру і дуже великий кут (Зазвичай більше 100 В°) зображення.

Ширококутний об'єктив (син. короткофокусний об'єктив) - об'єктив, у якого фокусна відстань менше широкої сторони кадру. Призначений для зйомки в обмеженому просторі, наприклад інтер'єрів. Кут 60-100 В°.

Нормальний об'єктив - об'єктив, у якого фокусна відстань приблизно дорівнює діагоналі кадру (для 35 мм плівки це об'єктив, що має фокусну відстань, рівну 50 мм, хоча по теорії це 43 мм). Кут близько 45 В°. Вважається, що сприйняття перспективи знімка, зробленого нормальним об'єктивом, найбільш близько до нормальному сприйняттю перспективи навколишнього світу людиною.

Портретний об'єктив - якщо даний термін застосовується до діапазону фокусних відстаней, то зазвичай мається на увазі діапазон від діагоналі кадру до трикратного її значення (для 35 мм плівки 50-130 мм, кут 18-45 В°), однак точних меж, як і для телеоб'єктиву, немає.

Телеоб'єктив - об'єктив, у якого фокусна відстань значно перевищує діагональ кадру, має невеликий кут зображення і призначений для зйомки віддалених предметів.

В даний час масове застосування отримав сучасний тип об'єктивів із змінною фокусною відстанню, званий варіооб'ектів (трансфокатор, "зум" (англ. Zoom)).

IV. Принцип дії зум-об'єктива

1. За призначенням (знімальні об'єктиви)

Істотне значення має призначення об'єктива. Перед тим як приступити до зйомки, завжди виникає питання про те, що будемо знімати.

Портретний об'єктив - використовується для зйомки портретів. Повинен давати м'яке зображення без геометричних спотворень. В якості портретних часто використовуються телеоб'єктиви або об'єктиви з фіксованою фокусною відстанню в діапазоні 50-200 мм (для 35 мм плівки). Класичними є 85 мм і 130 мм. Спеціаліз...ований портретний об'єктив спроектований так, що мінімальні аберації показує при фокусуванні з декількох метрів тобто саме при зйомці портрета, на шкоду якості зображення "на нескінченності". Практично обов'язковим для портретного об'єктива є великий (краще, ніж 2.8) відносний отвір, і дуже важливий характер боке;

Макрооб'єктив - об'єктив для зйомки невеликих об'єктів крупним планом, також має специфічну конструкцію для поліпшення якості саме при макро зйомці. Крім того, зазвичай має спеціальну оправу.

Телеоб'єктив - довгофокусний об'єктив, використовуваний для зйомки віддалених об'єктів;

репродукційного об'єктив - Використовується при перезйомці креслень, технічної документації і т. д. Повинен володіти мінімальними геометричними спотвореннями, мінімальним віньєтування і мінімальної кривизною поля зображення;

шифт-об'єктив (об'єктив зі зсувом, від англ. shift) - використовується для архітектурної та іншої технічної зйомки і дозволяє запобігти спотворення перспективи.

Тілт-об'єктив (об'єктив з нахилом, від англ. tilt) - Використовується для отримання різкого зображення неперпендикулярних оптичної осі об'єктиву протяжних об'єктів при макрозйомці, а також для отримання художніх ефектів.

стінопис (Пінхол) (об'єктив камери-обскури, маленька дірочка, від англ. pinhole) - використовується для зйомок пейзажів або інших об'єктів з дуже великими витримками і з отриманням в одному кадрі однаково різкого зображення від макро відстаней до нескінченності;

Софт-об'єктив (мягкорісующій об'єктив, від англ. soft) - об'єктив з недоісправленнимі абераціями, зазвичай сферичної, або з вносящими спотворення елементами конструкції. Служить для отримання ефекту розмитості, димки і т. п.

Тревел-зум (англ. travel zoom) - універсальний варіооб'ектів щодо малого ваги та максимального діапазону фокусних відстаней. Використовується при знижених вимогах до якості знімка і підвищених - до оперативності використання і масі.

2) За призначенням (Інші об'єктиви)

Проекційний об'єктив - використовується в проекторах. В відміну від знімальних об'єктивів, стійкий до значного нагріву в інтенсивному світловому потоці і не має діафрагми.

Виробництво об'єктивів

Виробництво об'єктивів - високотехнологічна область, воно вимагає значних досліджень, складною апаратури для обробки скла, комплексу науково-технічних досліджень у області розрахунку форми лінз, нанесення просвітлюючих покриттів та ін

Хороші об'єктиви виробляє обмежену кількість фірм, що мають давні традиції.

Видошукач

Видошукач, Візир, візирної пристрій - елемент фотоапарата, що показує межі майбутнього знімка, іноді різкість і параметри зйомки, "приціл". Також видошукачі використовуються в кіно-і відеокамерах.

1. Оптичні

Даний клас видошукачів містить тільки оптичні і механічні елементи і не містить електронних.

Переваги перед електронними:

a) відсутність додаткових витрат енергії та додаткового нагрівання камери і матриці;

b) незалежність зображення від властивостей світлочутливого сенсора;

c) можливість кадрувати, планувати зйомку, наводитися на різкість, не включаючи камеру;

d) відсутність тимчасових затримок;

2) Параллаксние

Представляють собою оптичну систему, окрему від знімальної оптичної системи апарату. Через розбіжність оптичної осі видошукача з оптичною віссю об'єктиву виникає паралакс. Досвідчений фотограф намагається його враховувати при кадруванні знімка на близькому відстані.

Вплив паралакса залежить від кута зору об'єктива і видошукача. Чим більше фокусна відстань об'єктива і, відповідно, менше кут зору, тим більше параллактического помилка.

Зазвичай в найпростіших моделях апаратури нехтують виправленням паралакса, осі видошукача і об'єктива роблять паралельними, тим самим, обмежуючись лінійним паралаксом, мінімальний вплив якого - на "нескінченності".

Фіксований кутовий паралакс іноді мають видошукачі багатьох "мильниць" з фіксованим становищем об'єктива, оптимізованих для зйомки на деякому фіксованому відстані 5-7 м. Для більш близьких і більш далеких об'єктів кутовий паралакс призводить до неточного кадруванню, однак при широкому куті зору таких апаратів його вплив мінімально.

Ряд більш складних моделей фотоапаратів, мають механізми наведення на різкість, оснащується пов'язаним з наведенням на різкість механізмом компенсації паралакса. У цьому випадку оптична вісь видошукача нахиляється до оптичної осі об'єктиву, і при цьому найменше розбіжність досягається на відстані, на яке наведений об'єктив. Так, сучасні далекомірні апарати мають скомпенсований паралакс безпосередньо за рахунок пристрою видошукача, поєднаного з далекоміром.

Перевагою параллаксного видошукача є його незалежність від знімального об'єктива, що дозволяє досягти більшої яскравості зображення і надзвичайно маленьких фізичних розмірів видошукача.

3) Рамковий

Не містить неплоских оптичних поверхонь.

Рамка і непрозора пластинки з оглядовим отвором (діоптрій) - використовувався в найпростіших старовинних камерах.

Дві рамки, які необхідно поєднувати для спостереження. Навісні рамкові видошукачі використовуються в спортивній зйомці, т. к. не обмежують поля зору ока.

Усічена піраміда - для правильної наводки необхідно розташовувати очей так, щоб усі її стінки були видно з торця, і вона здавалася рамкою. Застосовується на недорогих підводних "мильницях"

Зорова труба - застосовується в далекомірних камерах і компактних "мильницях".

4) Видошукач Галілея

Перевернута зорова труба Галілея. Складається з короткофокусного негативного об'єктива і довгофокусного позитивного окуляра;

5) Видошукач Альбада.

Розвиток видошукача Галілея. Фотограф спостерігає зображення рамки, розташованої поблизу окуляра і відбитої від увігнутої поверхні об'єктива видошукача. Положення рамки і кривизна лінз вибирається таким чином, щоб її зображення здавалося розташованим на нескінченності, що вирішує проблему отримання чіткого зображення меж поля. Найбільш поширений, що отримав жаргонна назву "око", тип видошукача на "мильницях";

6) Видошукач типу труби Кеплера

Труба Кеплера, формує зображення, перевернуте зверху вниз і зліва направо, і Обертаюча система;

7) Дзеркальний видошукач

Складається з двох позитивних лінз і дзеркала під кутом 45 В°. Поверхня зверненої до ока лінзи (дивляться у видошукач зверху) може бути матовою, в двухоб'ектівние дзеркальних фотоапаратах. Від інших видошукачів відрізняється дзеркальної обращенностью зображення по горизонталі.

8) Светоделітельний

жаргонний термін "напівдзеркального". При використанні светоделітеля (також він називається напівпрозорим дзеркалом, хоча частіше використовується призма), 50-90% світла проходить через нахилене під кутом 45 В° дзеркало на сенсор, а 10-50% відбивається під кутом 90 В° градусів на матове скло, де розглядається через окулярну частина, як у дзеркальному фотоапараті. Переваги: ​​

a) нерухомість дзеркала (зменшенні вібрації)

b) спрощення механічної конструкції

c) спрощення юстирування.

Недолік:

Низька ефективність при зйомці в приміщеннях і в темряві: замало світла потрапляє в око фотографа, часто такого світла буває недостатньо для вибору потрібної композиції і фокусування. Приклади такого видошукача: в 16 мм кінокамері "Альфа" застосовано напівпрозоре дзеркало (тонке скло з нанесеним на нього напівпрозорим дзеркальним шаром), в цифровому фотоапараті Olympus E-10 - светоделітельная призма.

9) Дзеркальний TTL... видошукач

У однооб'єктивних дзеркальних фотоапаратах (цифрових і плівкових) використовується шарнірне дзеркало, яке під час наведення відображає 100% надходить в об'єктив світла на матове скло (при наявності автоматики фокусування та експозаміру частина відбивається на цю автоматику).

10) Електронні

Застосовуються в відео-та теле-камерах, що використовують для зйомки електронний сенсор, тобто матрицю або передавальну телевізійну трубку, а також в цифрових фотоапаратах. Беспараллаксние, показують зображення з основного сенсора на дисплеї, использующем рідкі кристали (англ. LCD) або органічні світлодіоди (англ. OLED), або електронно-променевій трубці (англ. CRT) (застарілі). Зображення може спостерігатися або безпосередньо (наприклад, у компактних цифрових фотоапаратах), або через окуляр (наприклад, у відеокамерах і в Псевдодзеркальна цифрових фотоапаратах). У деяких камер РК екран може повертатися з одного положення в інше (Minolta серії Z). В електронних видошукачах відображається додаткова інформація про налаштування фокусної відстані, витримка, стан спалаху та ін

Переваги електронних видошукачів:

Електронні видошукачі показують в точності те зображення, що створюється на матриці цифрового апарату або передавальної трубці відеокамери. Паралакс відсутня;

Фотограф може оцінити ГРЗП і правильність виставленої експозиції.

Недоліки електронних видошукачів:

a. Для отримання зображення з матриці вона повинна бути безперервно включена. поля.

шар.

ділянок. інші.

Залежно від типу матриці.

матриця.

Призначена для

Позначення на схемі Саме тому в Між Це призводить до

Дозвіл

сигнал-шум.

System).

Реалізаціяel Sensors близько 1993 року і подальший розвиток технологій привели у результаті до того, що до 2008 року КМОП-матриці стали практично альтернативою ПЗС. [3]

CCD-матриця

Складається з світлочутливих фотодіодів, виконана на основі кремнію, використовує технологію ПЗС - приладів із зарядовим зв'язком.

CMOS-матриця

Виконана на основі КМОП-технології. Кожен піксель забезпечений підсилювачем зчитування, а вибірка сигналу з конкретного піскела відбувається, як в мікросхемах пам'яті, довільно.

SIMD WDR матриця ,

Також виконана на основі КМОП-технології, має в обрамленні кожного пікселя ще й автоматичну систему налаштування часу його експонування, що позволіяет радикально збільшити Єотографіческую широту пристрої. [4]

Live-MOS-матриця

Виконана на основі МОН технології, проте містить меншу кількість з'єднань для одного піксела і харчується меншою напругою. За рахунок цього і за рахунок спрощеної передачі регістрів і керуючих сигналів є можливість отримувати "живе" зображення при відсутності традиційного для такого режиму роботи перегріву.

Методи отримання кольорового зображення

Сам по собі піксель фотоматриці є "чорно-білим". Для того, щоб матриця давала кольорове зображення, застосовуються спеціальні технічні прийоми.

трьохматричної системи

трьохматричної системи застосовуються у відеокамерах середнього і високого класу.

Переваги трьох матриць в порівнянні з одноматрічнимі

a) краще передача колірних переходів, повна відсутність кольорового муару;

b) вище дозвіл. Відсутній необхідний для усунення муару low-pass фільтр;

c) вище світлочутливість і менший рівень шумів;

d) можливість введення кольорокорекції постановкою додаткових фільтрів перед окремими матрицями, а не перед знімальним об'єктивом, дозволяє домогтися істотно кращої передачі кольору при нестандартних джерелах світла;

Недоліки трьох матриць в порівнянні з одноматрічнимі

a) принципово великі габаритні розміри;

b) трьохматрична система не може використовуватися з традиційним зеріальним видошукачем, а також з об'єктивами з малим заднім вершинним відстанню;

c) в трьохматричної схемі є проблема відомості квітів. Такі системи вимагають точної юстировки, причому чим більшого розміру матриці застосовуються і чим більше їх фізичний дозвіл, тим складніше домогтися необхідного класу точності;

Матриці з мозаїчними фільтрами

У всіх таких матрицях пікселі розташовані в одній площині, і кожен піксель накритий світлофільтром якогось кольору. Відсутня колірна інформація відновлюється шляхом інтерполяції (Див. Фільтр Байєра-Дебайерізація).

Існує кілька способів розташування світлофільтрів. Ці способи розрізняються чутливістю і передачею кольору, при цьому, чим вище світлочутливість, тим гірше передача кольору.

RGGB - Фільтр Байєра, історично найбільш ранній;

RGBW. Такі сенсори мають більш високу чутливість і фотографічну широту (типово виграш чутливості в 1,5-2 рази і 1 ступінь по фотографічної широті). Приватний випадок RGBW-матриці - CFAK-матриця компанії Kodak;

RGEB (червоний - зелений - смарагдовий - синій);

CGMY (блакитний - зелений - ліловий - жовтий);

Матриці з повнокольоровими пікселами

Існують дві технології, що дозволяють одержувати з кожного пікселя всі три колірні координати. Перша застосовується в серійно випускаються камерах фірми Sigma, друга на середину 2008 року існує тільки у вигляді прототипу. відеокамера оптичний матриця піксель

Багатошарові матриці (Foveon X3)

фотодетектор матриці X3 компанії Foveon розташовані в три шари - синій, зелений, червоний. Назва сенсора "Х3" означає його "трехслойность" і "тривимірність".

Матриці X3 застосовуються в цифрових фотоапаратах Sigma.

Матричні фотоприймачі компанії SensorIS

Основна стаття: Матричний КМОП фотоприймач кольорового зображення компанії SensorIS

Російський аналог Foveon X3, відрізняється принципом поділу фотоструму в глибині світлочутливої осередку. На 2008 рік не існує у вигляді готової продукції.

Повнокольоровий RGB-матриця Nikon

У повнокольорових матрицях Nikon (Патент Nikon від 9 серпня 2007) промені RGB предметних точок в кожному пікселі проходять в стислому вигляді через лінзу і за допомогою цветоделітельних дзеркал в порядку "синій", "зелений", "червоний" потрапляють на подпіксельние детектори.

Поки апаратури з цим типом матриці не виробляється, створений тільки прототип

Типи відеокамер:

1) Аналогові (Hi8, S-VHS, S-VHS-C, VHS, VHS-C, Video8)

2) Цифрові ( XDCAM , MiniDV , MICROMV , HDV , HDD , Flash , Digita l8 , DVD/HDD , DVD , CDCAM , Blu-ray/HDD , Blu-ray).