В этой статье мы постараемся кратко и, по-возможности, просто рассмотреть некоторые из этих технологий, поскольку базовое понимание их сути, достоинств и недостатков, может сыграть не последнюю роль в выборе той или иной модели видеокамеры. Так что эту статью можно рассматривать в качестве дополнения к циклу статей, посвященному выбору видеокамеры.
CCD или CMOS?
Все большее количество видеокамер использует так называемые матрицы типа CMOS (по-русски эта аббревиатура пишется КМОП – Комплиментарная логика на транзисторах Металл-Оксид-Полупроводник) вместо широко распространенных матриц типа CCD (по-русски ПЗС – приборы с зарядовой связью). Сейчас на рынке встречаются как видеокамеры с CCD-матрицами, так и видеокамеры с CMOS-матрицами. В чем разница между ними? Что выбрать, чему отдать предпочтение?
В CCD матрице преобразование сигнала происходит одновременно для всех ячеек
В рамках этой статьи я не хотел-бы углубляться в недра самих технологий, каждый желающий может найти их подробные описания во многих местах (в том числе и в Интернете), а тут я остановлюсь на достоинствах и недостатках матриц на основе обеих технологий.
Основными достоинством матриц CMOS является низкое энергопотребление и возможность произвольного считывания ячеек (в то время как считывание в CCD-матрице происходит со всех ячеек за один раз). В частности, благодаря различию в способах считывания, у CMOS-матриц отсутствует так называемый эффект «смиринга» (от английского smearing – размазывание), присущий CCD-матрицам и проявляющийся в том, что на кадре возникают вертикальные «столбы света» от точечных ярких объектов (к примеру – фонарей на вечерней улице). Кроме того, поскольку значительная часть электроники в CMOS-матрицах перенесена непосредственно на ячейку, появляются очень широкие возможности по управлению матрицей (и, соответственно, изображением).
В CMOS матрице преобразование заряда в сигнал происходит в каждой ячейке. Считывание сигнала происходит построчно, из-за чего может возникать эффект rolling shutter
Впрочем, при всех достоинствах, у этой технологии хватает и недостатков. Главные из них – малый размер светочувствительного элемента относительно всей площади пикселя. Большая часть этой площади занята электроникой, встроенной в пиксель. А малая площадь светочувствительного элемента – малая чувствительность. Кроме того, перенос значительной части электронной обработки (предусиление сигнала, преобразование заряда в напряжение) непосредственно на пиксель приводит к увеличению шумов на картинке. Именно эти обстоятельства долгое время препятствовали применению CMOS-матриц в фото-видеокамерах. Но времена меняются, технология совершенствуется, достигнув к данному моменту такого уровня, что может успешно конкурировать с CCD, в том числе и по чувствительности.
Еще одной 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. А теперь представьте, что вы быстро движетесь в горизонтальной плоскости и снимаете на камеру неподвижный вертикальный объект (к примеру – дерево из быстро движущейся машины). При этом сначала считываются верхние строки матрицы, а в конце – нижние. Но за время, прошедшее от считывания верхних строк до считывания нижних вы уже проедете заметное расстояние… в результате чего дерево на полученном видео будет уже не прямое, а наклонное. 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.
Ну а в заключение этого раздела можно сказать, что в настоящее время, несмотря на отмеченные выше недостатки, матрицы типа CMOS уже составляют достойную конкуренцию по качеству изображения матрицам типа CCD, по крайней мере на рынке бытовых видеокамер. Так что выбирать видеокамеру только по критерию «CCD или CMOS» было бы неправильным – надо смотреть на конкретные результаты, показанные той или иной видеокамерой в тестах.
Все большее количество современных видеокамер (в том числе и высокой четкости) начинает использовать прогрессивный режим в дополнение к чересстрочному. В чем разница между этими двумя режимами?
В чересстрочном режиме полный кадр (к примеру, 1920х1080 для видеокамеры высокой четкости) составлен из двух полукадров (1920х540), сдвинутых по времени на 1/50 сек. (для стандарта PAL). При этом, при составлении полного кадра строки идут в чередующемся порядке (1-я строка первого полукадра - 1-я строка второго полукадра - 2-я строка первого полукадра - 2-я строка второго полукадра – и т.д.). При просмотре на телевизоре с чересстрочной разверткой такая картинка будет выглядеть нормально, поскольку обычный телевизор тоже выводит полукадры последовательно с интервалом в 1/50 секунды. Но вот для просмотра на устройствах с прогрессивной разверткой (например - монитор компьютера, LCD или плазменный телевизор) такой метод получения и вывода изображения уже не подходит. В таком устройстве сразу выводится полный кадр, а значит видео, снятое в чересстрочном режиме, будет демонстрировать хорошо известную "гребенку" на движущихся объектах. Возникает она потому, что, как вы помните, второй полукадр снят с запаздыванием в 1/50 сек. по отношению к первому, а выводятся они на экран (при прогрессивной развертке) одновременно! То есть на движущихся объектах возникает сдвиг полукадров относительно друг друга и, соответственно, "гребенка" (в LCD и плазменных телевизорах для устранения «гребенки» используют электронную обработку – так называемый deinterlacing – что несколько снижает четкость картинки). В прогрессивном же режиме сразу строится полный кадр, а потому нет никакого сдвига по времени между различными частями изображения и, соответственно, «гребенки». Кроме того, при честном прогрессивном сканировании матрицы примерно на 30% увеличивается вертикальное разрешение, картинка выглядит четче.
Ну а недостатком прогрессивного режима 25p, который и используется в современных бытовых видеокамерах стандарта PAL, является относительно малая частота смены кадров (25 в секунду, по сравнению с 50-ю полукадрами в секунду в чересстрочном режиме), отчего движение в отснятом видео выглядит несколько «стробоскопично», дергано.
В целом же можно сказать, что наличие в видеокамере прогрессивного режима записи является очень полезной особенностью (хотя и требующей у оператора определенного навыка съемки) и должно рассматриваться как плюс при выборе видеокамеры.
Тенденцией последних лет было увеличение количества пикселей на матрицах видеокамер. При этом размер матриц увеличивался отнюдь не пропорционально увеличению числа пикселей, а то и вовсе уменьшался. Все это приводило к тому, что неуклонно уменьшался размер одной ячейки матрицы, а значит – падала её чувствительность. C приходом видео высокого разрешения проблема только усугубилась – к примеру, для обеспечения съемки в формате Full HD (1920x1080) необходимо более 2 миллионов пикселей на одной матрице. А если мы уменьшим количество пикселей на матрице – пострадает разрешение, четкость картинки. Поэтому производители видеокамер вынуждены искать новые способы решения проблемы чувствительности, которые не приводили бы к заметной потере разрешающей способности видеокамер. И одним из таких способов стала технология ClearVid (Clear and Vivid – «чистая», «яркая», «четкая») от фирмы Sony.
Ячейки матрицы ClearVid поворачиваются на угол 45 градусов, как бы «ставятся на ребро», при этом расстояние между центрами ячеек по горизонтали и вертикали сокращаются в ~1.4 раза
Итак, что же придумала Sony для решения вышеозначенной проблемы? Первое из решений не ново – такой способ уже использовала фирма Fuji в своей матрице Super CCD, которая хорошо известна любителям цифровой фотографии. Суть способа в том, что ячейки матрицы поворачиваются на угол 45 градусов, как бы «ставятся на ребро», при этом расстояние между центрами ячеек по горизонтали и вертикали сокращаются в ~1.4 раза (квадратный корень из двух). При этом после электронной обработки (интерполяции), можно получить изображение, эквивалентное матрице с числом пикселей в 1.4 раза больше, нежели их имеется на самом деле. При этом размер одного пикселя не уменьшается, то есть чувствительность не страдает.
Второе нововведение заключается том, что число «зеленых» пикселей (пикселей под зелеными светофильтрами) увеличено в три раза по сравнению с классическим Байеровским паттерном (RGGB). Такой, на первый взгляд, необычный шаг, преследует две цели и обе они связаны с тем фактом, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету. Таким образом, увеличивая число «зеленых» пикселей на матрице мы увеличиваем яркостное разрешение, которое в основном и формируется «зелеными» ячейками, а также несколько увеличиваем чувствительность матрицы по яркостной составляющей.
Ну а основные минусы новой матрицы тоже очевидны. Во-первых, увеличение эффективного разрешения по сравнению с «обычной» схемой в значительной степени достигается интерполяцией, а это значит, что в реальности оно будет несколько меньше, чем в 1.4 раза при равном числе пикселей. Более того, разрешение по красному и синему цветам оказывается заметно сниженным, ведь число «синих» и «красных» пикселей сильно уменьшено.
Данная технология призвана бороться с проблемой, уже рассмотренной нами выше - для формирования HD-видео нужно большое количество пикселей на матрице, но увеличение их числа приводит к уменьшению площади каждого отдельного пикселя, а значит - к потере чувствительности. Один из способов решения этой проблемы, предложенный фирмой Sony, мы уже рассмотрели в прошлом разделе, а теперь рассмотрим еще одну технологию, используемую в бытовых видеокамерах Panasonic и JVC, которая, кстати, появилась гораздо раньше технологии от Sony.
В трехматричных камерах призма разделяет световой поток на три составляющие, что позволяет производить раздельную обработку сигнала в трех цветовых каналах
Данная технология применяется в трехматричных (3CCD) системах и заключается в том, что "зеленая" матрица сдвигается на полпикселя по горизонтали и вертикали относительно "красной" и "синей" матриц. При этом каждый реальный пиксель как бы делится на четыре части, четыре "эффективных" подпикселя. Таким образом, с помощью вышеупомянутого сдвига "зеленой" матрицы и интерполяции, можно получить в четыре раза большее число "эффективных" пикселей, и для построения картинки Full HD (1920х1080) достаточно иметь всего 960х540 реальных пикселей на каждой матрице. При этом чувствительность будет определяться размерами реального, а не эффективного, пикселя, а значит останется довольно высокой! Проблема решена?!
Не совсем. Хотя использование этой технологии и позволяет действительно увеличить разрешение, увеличивается оно отнюдь не в четыре раза. То есть, хотя картинка на выходе и имеет размер 1920х1080, её реальное разрешение заметно ниже. Практика показала, что видеокамеры 3CCD, использующие технологию Pixel Shift имеют более низкую четкость картинки по сравнению с одноматричными видеокамерами, имеющими честное Full HD число пикселей на матрице.
Эта странная аббревиатура все чаще появляется в описании видеокамер высокого разрешения (равно как и в описании ЖК и плазменных телевизоров, плееров Blu-Ray и других устройств, связанных с видео высокого разрешения). Что она означает и стоит ли обращать на неё внимание?
А означает она поддержку данным устройством расширенного цветового пространства xvYCC, которое обеспечивает в 1.8 раза больший цветовой охват, чем стандартное sRGB. То есть видеокамера, поддерживающая эту технологию, способна зарегистрировать гораздо больше цветовых оттенков, нежели видеокамера, эту технологию не поддерживающая. Это – безусловный плюс.
Новое цветовое пространство xvYCC, конечно, может обеспечить лучшую цветопередачу, но только при наличии соответствующего устройства отображения
Ну а главный минус – для того, чтобы впоследствии насладиться всем этим великолепием, нужно чтобы все устройства в вашей «видеоцепочке» - видеокамера, плеер, телевизор – также поддерживали эту технологию, в противном случае вы не получите никаких преимуществ. А устройства с поддержкой x.v.Colour (особенно телевизоры) стоят пока весьма и весьма дорого. Надеюсь, что эта ситуация (с ценами на соответствующую аппаратуру) изменится в недалеком будущем, предпосылки для этого есть.
Заключение
В этой статье мы кратко рассмотрели некоторые из современных технологий, используемых в новых видеокамерах. Впрочем, именно эти названия постоянно находятся «на слуху» и вызывают наибольшее количество вопросов. Надеюсь, что после прочтения этой статьи таких вопросов у вас станет меньше.
t;line-height:100%">Автор: Алексей Попов Источник: cnews.ru
Еще не так давно этот вопрос перед большинством видеолюбителей не стоял - камеры 3CCD были уделом профессионалов из-за их высокой цены. Но стараниями фирмы Matsushita (торговая марка Panasonic) на рынке появились недорогие камеры 3CCD и вопрос "что выбрать - 1CCD или 3CCD?" все чаще встречается в форумах видеолюбителей, причем ответы на него варьируются от "любая 3CCD камера на голову лучше любой 1CCD камеры" до "3CCD - ерунда, маркетинговый трюк, не более того". Попробуем разобраться - где же истина, в чем камеры 3CCD действительно превосходят 1CCD и стоит ли за это платить.
Начнем с того, что CCD-матрица является монохромным прибором - сама по себе она не воспринимает цвета. Так как же тогда получить цветное изображение? Наиболее естественный путь - установить три матрицы и цветоделительную систему так, чтобы разделить световой поток на три основные цветовые компоненты (красную, зеленую и синюю) и каждую компоненту направить на свою отдельную матрицу. При этом на каждой из трех матриц мы получим картину в, соответственно, красных, зеленых и синих лучах. Приписав ей соответствующий цвет и наложив эти картины друг на друга мы получим полноцветное изображение. Именно так работает 3CCD система.
Схема цветовосприятия матрицой 3CCD
Преимущества такого подхода очевидны - это наиболее естественный путь получения цветовой информации при котором практически не происходит её потери. Недостаток тоже лежит на поверхности - три матрицы стоят дороже, чем одна. Прибавим к этому стоимость цветоделительной системы, юстировки матриц, прецизионного изготовления всего блока... Да и размер такой системы по определению будет больше соответствующей 1CCD системы. Понятно, почему системы 3CCD долгое время были уделом лишь профессионалов. А что оставалось делать любителям? Им оставалось иметь дело с 1CCD (одноматричными камерами)... Как образуется цветная картина на них?
А образуется она следующим образом - перед каждой ячейкой матицы стоит цветной светофильтр. Наиболее распространенной является Байеровская система светофильтров (её еще часто называют RGGB системой).
Схема цветовосприятия матрицой 1CCD
Она состоит из красных, зеленых и синих фильтров на ячейках. Причем "зеленых" ячеек (ячеек под зеленым фильтром) вдвое больше, чем "красных" и "синих". Это связано с тем, что человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленому цвету. Как вы можете видеть, в такой системе каждая ячейка матрицы отвечает только за один цвет. Но как же тогда построить полноцветную картину, ведь для этого нужно иметь информацию о всех цветах для данной ячейки, а изначально мы имеем информацию только об одном цвете? И тут на помощь приходит цветовая интерполяция. Возьмем, к примеру, "зеленую" ячейку. Изначально для неё мы имеем информацию только о зеленой компоненте, но мы можем приписать этой ячейке и информацию о красной и синей компоненте, проводя интерполяцию по соседним красным и синим ячейкам. Простейшие схемы такой цветовой интерполяции показаны на нижеприведенном рисунке
В результате такой интерполяции и получается полноцветная картина на одной матрице - после интерполяции каждая точка имеет все три цветовые компоненты.
И теперь, после того как мы вкратце ознакомились с формированием цветной картины в системах 3CCD и 1CCD, мы сможем ответить на главный вопрос - чем же система 3CCD лучше системы 1CCD. И здесь мы должны сделать основополагающее для ответа на этот вопрос замечание - 1CCD (в отличии от 3CCD) теряет цветовую информацию. Действительно, что произойдет, если "красный" (то есть имеющий соответствующую красному цвету длину волны) фотон попадет на "зеленую" (или "синюю") ячейку (ячейку под зеленым или синим светофильтром)? Ответ очевиден - он будет поглощен этим фильтром и не будет зарегистрирован матрицей. То же самое можно сказать и о "зеленом" фотоне и "красной" ("синей") ячейке или "синем" фотоне и "зеленой" ("красной") ячейке. В результате этого в одноматричной системе теряется до 3/4 цветовой информации (в отличии от трехматричной, где каждый фотон будет зарегистрирован на соответствующей матрице)! Недостаток цветовой информации одноматричная система вынуждена восполнять с помощью уже упоминавшейся выше цветовой интерполяции, но это "нечестный" путь, мы приписываем данной ячейке две цветовые компоненты, строго говоря, не относящиеся к ней, взятые с других ячеек, других точек картины! Результатом этого является (при прочих равных условиях) худшая цветопередача и худшее разрешение одноматричной системы по сравнению с трехматричной. В частности, на картинке, полученной с трехматричных камер практически не бывает цветовых шумов, в то время как на одноматричных камерах такие шумы встречаются довольно часто. С разрешением тоже все понятно. К примеру, в 3CCD системе с 800000 пикселями на одну матрицу, на зеленый цвет придется 800000 пикселей, на красный - 800000, на синий - 800000. А как обстоит дело в одноматричной системе с 800000 пикселей на матрице? На зеленый в ней придется... 400000 пикселей, а на красный с синим и того меньше - по 200000 пикселей. И у кого после этого будет выше цветовое (да и яркостное тоже) разрешение? Ответ очевиден...
Так значит правы те, кто заявляет "любая камера 3CCD на голову лучше любой камеры 1CCD"? Нет. Не надо забывать, что качество итоговой картинки зависит не только от матрицы. Оно складывается из трех "китов" - оптики, матрицы и электроники камеры. Кроме того, и сами матрицы в системах 1CCD и 3CCD могут весьма различаться по своим характеристикам. А потому одноматричная камера, но с лучшей оптикой и электроникой и большей матрицей, вполне может давать картинку лучшего качества, чем трехматричная. Но при прочих равных условиях камеры 3CCD выглядят более предпочтительными и дают картинку лучшего качества нежели камеры 1CCD.
Мы все неравнодушны к большим числам, подсознательно считая, что если процессор - то многогигагерцовый, а если матрица - то многомегапиксельная. И продолжается технологическая гонка за мегапикселями, гигагерцами, гигабитами... И звучат в форумах недоуменные вопросы типа: "А почему вы говорите, что камера А лучше камеры В, ведь у камеры В больше пикселей на матрице?!" Но всегда ли "больше" означает "лучше"? Давайте попробуем дать ответ на этот вопрос в конкретной сфере - сфере бытовых видеокамер, которые, кстати, более всех остальных видеокамер подвержены этой гонке за мегапикселями.
Начнем с того, что такой важный параметр как чувствительность матрицы определяется размером (площадью) пикселя - чем он больше, тем больше чувствительность, чем он меньше - тем, соответственно, чувствительность меньше. Уже из этого факта легко понять, что гонка за мегапикселями неизбежно будет вести к потере чувствительности видеокамеры, ведь размер матрицы ограничен и, увеличивая количество пикселей на ней, мы уменьшаем их размер, а значит и чувствительность камеры. Где тут оптимум? Для определенности будем говорить о стандарте DV, который в своей PAL-реализации имеет размер кадра 720х576 (это, кстати, относится и к большинству MPEG2 камер). А это значит, что для достижения оптимального результата нам необходимо всего 720 х 576 = 414720 пикселей! Так? Да, так, но только для 3CCD системы с оптическим стабилизатором, который не требует излишка пикселей для своей работы (далее мы еще вернемся к вопросу о стабилизаторах). Если же мы говорим об одноматричной системе, то, как вы помните, из 400000 пикселей на зеленый цвет придется всего 200000, а на синий с красным - по 100000 пикселей, что явно мало. То есть надо увеличить количество пикселей, чтобы обеспечить приемлемые условия для цветовой интерполяции. Если же стабилизатор на матрице электронный, то число пикселей на ней должно быть еще больше. Практика показывает, что оптимумом для одноматричной DV камеры с электронным стабилизатором является 1-1.3 Мп. на матрице. Ну а как тогда относиться к 2, 3, а последнее время и 4 мегапиксельным видеокамерам? Надо признать, что эти камеры - продукт этой самой "гонки за мегапикселями", не несущей ничего хорошего собственно качеству видео (про фоторежим я тут пока не говорю).
Хотя нельзя не сказать об одном интересном свойстве многомегапиксельных видеокамер, вернее, видеокамер у которых в видеорежиме (PAL) используется 720 х 576 х 4 = 1658880 и более пикселей (видеокамеры Canon с матрицей в 2.2 Мп., видеокамеры Sony с 3 Мп. матрицей). Дело в том, что на картинке с таких видеокамер каждая точка конечного 720 х 576 изображения приходится как раз на один Байеровский RGGB блок (4 пикселя) на матрице камеры. А это, в свою очередь означает, что каждая точка финальной картинки несет в себе законченную цветовую информацию (почти как в 3CCD системе)! То есть мы получаем, в некотором роде, "псевдотрехматричность", что благотворно сказывается на цветопередаче и разрешении таких камер. Ну а с недостатком чувствительности, обусловленным малым размером одной ячейки на такой матрице, можно отчасти бороться, усредняя сигналы с соседних пикселей (пикселей много и простора для такой обработки предостаточно). При этом можно заметно снизить уровень яркостных шумов ("зерна" на изображении, хорошо заметного при недостаточном освещении), что эквивалентно повышению чувствительности.
Но все же лучшей системой для съемки видео формата DV остается система 3CCD, с числом пикселей на каждой матрице около 400000 и оптическим стабилизатором. Только вот любительских камер, обладающих подобными характеристиками, уже не осталось...
Даже неискушенные видеолюбители сначала обращают внимание на объектив видеокамеры - большая ли у него "дырка" (считается, что чем больше - тем лучше, в смысле - "светосильнее" будет камера). Но так ли это на самом деле?
Для начала разберемся с такими основополагающим понятием как фокусное расстояние объектива камеры. Наверное, все пользователи видеокамер обращали внимание на цифры, которые обычно нанесены на оправу объектива (что-то типа 1.8/5.1-51 или 4.7-47 мм. 1:1.. В этом списке числа, разделенные тире (5.1-51 или 4.7-47 в нашем примере) обозначают диапазон фокусных расстояний объектива видеокамеры. Если не вдаваться в подробности, то фокусное расстояние объектива говорит нам о том, какова будет величина поля зрения камеры (или "степень приближения/удаления") для данного размера светочувствительного элемента (матрицы). Чем фокусное расстояние меньше - тем больше поле зрения камеры ("степень удаления" картинки), чем оно больше - тем меньше поле зрение камеры (и больше "степень приближения" картинки). Повторю еще раз - все эти выводы справедливы для данного размера матрицы камеры. Кстати, два значения фокусного расстояния, приводимые на объективе относятся к минимальному и максимальному значению оптического (не путать с электронным или цифровым) зума. По ним очень просто вычислить величину максимального оптического зума - просто разделить большее из них на меньшее. В обоих наших примерах максимальный оптический зум равен 10х.
Теперь о светосиле (втором числе на оправе объектива - в наших примерах оно записано как 1.8 или 1:1.. Часто думают, что чем больше диаметр объектива камеры, тем больше у него светосила. На самом деле это не так. Давайте посмотрим что происходит на самом деле. Допустим, мы имеем объектив "А" с большой "дыркой" и большим фокусным расстоянием и объектив "В" с "дыркой" в 2 раза меньшего диаметра, но в тоже время и в 2 раза меньшим фокусным расстоянием. Объектив "А" соберет в 4 раза больше света (диаметр у него больше в два раза, площадь поверхности - в 4) чем объектив "В" - тут спору нет. Но, поскольку фокусное расстояние у него тоже больше в 2 раза, а значит и размер элемента картинки на матрице больше в 2 раза, то этот свет распределиться по в 4 раза большей, нежели у объектива "В", площади матрицы. То есть количество света на единицу площади матрицы у обоих объективов будет... правильно, одинаковым. То есть и светосила будет одинаковой.
Из этого примера видно, что светосила определяется не диаметром объектива, а отношением этого диаметра к фокусному расстоянию, которое называется относительным отверстием объектива. Кстати, диафрагма (термин, известный большинству видеолюбителей) как раз обратно пропорциональна относительному отверстию, то есть если оно равно 1/1.8 (фокусное расстояние в 1.8 раза больше диаметра объектива), то диафрагма равна 1.8 И именно это число мы видим написанным на оправе объектива вместе с диапазоном фокусных расстояний. Если быть еще более точным, то светосила определяется квадратом относительного отверстия, например объектив с относительным отверстием 1:1.2 (диафрагма 1.2) по сравнению с объективом, чье относительное отверстие равно 1:1.8 (диафрагма 1. соберет в (1:1.2 / 1:1.^2 = (1.8/1.2)^2 = 2.25 раза больше света на единицу площади матрицы.
Теперь стоит немного поговорить о нескольких часто задаваемых вопросах.
Ответ: Ни то, ни другое. Во-первых, они оба вам нужны - одно для широкоугольной съемки, а другое для съемки крупным планом. Во-вторых, мы даже две разные камеры не можем сравнивать по этому параметру, потому что у разных камер разный размер матрицы и, не учитывая это, мы не сможем сделать сравнение этих камер по широкоугольности (на минимальном зуме) или, наоборот, по степени приближения (на максимальном зуме). Такое сравнение возможно только в том случае, если вы наверняка знаете, что у обоих камер матрицы имеют одинаковые размеры.
Вопрос: "Всегда ли камера с относительным отверстием объектива 1:1.2 даст более яркую картинку с меньшим уровнем шумов, нежели камера с относительным отверстием объектива 1:1.8?"
Ответ: Нет, не всегда. Правда, что объектив камеры с относительным отверстием 1:1.2 всегда соберет в 2.25 раза больше света на единицу площади матрицы, но яркость и уровень шумов итоговой картинки зависят не только от объектива - очень важны еще и матрица, и качество работы электроники. Так что камера с меньшей светосилой, но более качественной матрицей и электроникой вполне способна дать лучшее качество картинки. Так что руководствоваться одной светосилой объектива в данном случае будет ошибочно, она является хотя и важным, но не единственным параметром, влияющим на качество картинки.
Вопрос: "Всегда ли камера с бОльшим максимальным значением оптического зума лучше камеры, у которой это значение меньше?"
Ответ: "Отнюдь не всегда. Действительно, большой оптический зум имеет два весомых преимущества - бОльшую (при прочих равных условиях - читай, при одинаковом размере матрицы) степень приближения, что очевидно, и большее поле зрения на минимальном зуме (минимальном фокусном расстоянии объектива), что уже не так очевидно и обусловлено особенностями оптической схемы объектива с большим диапазоном фокусных расстояний. Казалось бы - все хорошо? Но нет, есть и один существенный недостаток. Дело в том, что очень трудно сделать качественный объектив с большим зумом - такие объективы стоят очень дорого (тысячи, а то и десятки тысяч долларов). А на бытовых видеокамерах с зумом 25-30х нам приходится расплачиваться за это падением качества картинки... Так что не всегда "больше" означает "лучше".
И напоследок - об очень распространенной ошибке. Зачастую в характеристиках объективов видеокамер пишут величину, ошибочно называемую "диаметром объектива" (скажем 30 или 37мм. для камер Sony, 34мм. для камер Canon, 43 мм. для Panasonic NV-GS400GC). Так вот - к настоящему диаметру объектива видеокамеры эта величина имеет весьма косвенное отношение - на самом деле это диаметр посадочной резьбы под светофильтры и насадки. Для того, чтобы приблизительно оценить действительный диаметр объектива надо умножить фокусное расстояние камеры для максимального оптического зума на относительное отверстие для этого же максимального зума - учтите, что на максимальном зуме относительное отверстие несколько меньше, чем на минимальном. К примеру, для камеры Panasonic NV-GS400GC мы приблизительно имеем 39.6 мм х 1/2.8 = 14.1 мм. - весьма сильно отличается от 43 мм. не правда ли?
Широкоэкранный режим: леттербокс и анаморф, "правильный" и "неправильный" 16:9
Все большее и большее количество видеолюбителей хотят снимать широкоэкранное видео, видео в формате 16:9. Ведь все большее и большее количество устройств просмотра (телевизоров, проекторов) выпускаются ориентированными именно на этот формат.
Поэтому стоит кратко обсудить принципы формирования широкоэкранного изображения в современных камерах miniDV (и большинстве MPEG2-видеокамер).
Картинка в режиме 16:9
Картинка в режиме 4:3
Леттербоксное представление широкоэкранного режима
Анаморфное представление широкоэкранного режима
И начнем мы с основополагающего факта - формат DV жестко задает размер кадра итогового видео - 720x576 (PAL). И он должен быть таким в любом режиме, будь то нормальный режим 4:3, будь то широкоэкранный режим 16:9. Если с первым все более-менее ясно, то со вторым возникает проблема - как привести кадр с пропорциями 16:9 к заданному размеру? Путей тут два. Первый, наиболее простой, заключается в том, чтобы взяв исходную картинку 16:9 "дорисовать" её до нужного размера кадра, добавив снизу и сверху пустые области (черные полоски). Называется это леттербоксным преобразованием широкоэкранной картинки. Его проблема заключается в нерациональном использовании кадра - ведь значительную часть кадра занимают области, не несущие никакой информации (черные полосы). Более того, при обработке в видеоредакторах эти области тоже рассматриваются как часть кадра, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Например, к ним также будут применяться выбранные вами эффекты - последствия этого могут быть весьма плачевны. Второй путь более сложен в реализации, но лишен присущих леттербоксному преобразованию недостатков. В нем широкоэкранная картинка сжимается по горизонтали до нужных пропорций. При этом, без дополнительной обработки, она выглядит вытянутой по вертикали, с искаженными пропорциями предметов. А широкоэкранный телевизор (или телевизор формата 4:3 с включенным широкоэкранным режимом) опять растягивает её по горизонтали - так что в итоге мы получаем нормальное широкоэкранное изображение, без всяких искажений картинки. Такое преобразование широкоэкранной картинки называется анаморфным преобразованием и оно, очевидно, лишено основных недостатков преобразования леттербоксного, поскольку в нем используется вся площадь кадра. Приведенные иллюстрации наглядно показывают суть обоих преобразований:
Хочу особо обратить ваше внимание на тот факт, что анаморф и леттербокс формально никак не связаны с "правильным" и "неправильным" использованием матрицы. То есть вполне возможен "правильный" леттербокс или "неправильный" анаморф.
Ну а при выборе видеокамеры, очевидно, предпочтение надо отдавать тем камерам, которые реализуют режим 16:9 через "правильный" анаморф. Если, конечно, вы собираетесь много снимать в формате 16:9...
По правде говоря, видеокамера покупается для того, чтобы снимать видео, а не фото... Но с распространением в нашей жизни устройств "все в одном" (наиболее яркий пример - мобильные телефоны) видеолюбители стали все чаще обращать внимание на фотовозможности современных видеокамер. Вкратце остановимся на них и мы.
Во-первых, надо учесть, что даже если видеокамера обладает 3 Мп. матрицей и может снимать 3 Мп. фото - в большинстве случаев качество этих фотографий будет несколько хуже, нежели фотографий снятых хорошим 3 Мп. цифровым фотоаппаратом. Происходит это потому, что для обработки фото и видеоизображений нужны во многом разные алгоритмы и применение алгоритмов видеообработки к фотографиям дает не самое лучшее качество. Впрочем, в современных видеокамерах начали применять раздельную обработку фото и видео (пример - процессор Digic DV от Canon), что заметно улучшило качество фоторежима.
Но все же... Когда заходит речь о фоторежиме, надо помнить, что хороший фоторежим скорее всего будет злом для видеорежима. Ведь для хорошего фоторежима надо много пикселей на матрице, что ведет к уменьшению размера одной ячейки, а следовательно - к уменьшению чувствительности. Для фото это не играет решающей роли - мы всегда можем использовать вспышку. А вот для видео это гораздо более критично. Вспомним, что для реализации DV, даже в одноматричной системе, достаточно примерно 1-1.3 Мп., и непомерное увеличение числа мегапикселей будет негативно сказываться на чувствительности камеры.
Так что, отказаться от фоторежима вообще?! Не дадут... Большинство выпускаемых сейчас видеокамер имеют фоторежим и нам никуда от этого не деться. Так что выходов у нас с вами два - либо просто не обращать на него внимание, сосредоточившись на качестве видео у выбираемой камеры и предоставив фото цифровому фотоаппарату (что, наверное, правильно). Либо брать видеокамеру с количеством пикселей, достаточным для реализации режима "псевдотрехматричности" (о котором я писал выше, обсуждая мегапиксели) - это хоть как то скрасит недостаток чувствительности. В принципе - это тоже выход, фоторежим у этих камер неплох и вполне может сойти для замены цифрового фотоаппарата в критических случаях (когда этого самого аппарата под рукой нет). Правда стоят эти видеокамеры недешево...
Как известно, на современных бытовых камерах встречаются оба типа стабилизации изображения (компенсации дрожания камеры, и, соответственно, изображения, которое особенно заметно при съемке с рук на средних и больших значениях зума). При этом оптические стабилизаторы являются особенностью камер высшего ценового диапазона (я говорю о бытовых камерах). В чем же разница между этими двумя типами стабилизации, каковы достоинства и недостатки каждого из них?
1. Электронная стабилизация (её еще называют цифровой стабилизацией)
В этом способе часть пикселей на матрице камеры отводится на стабилизацию и не участвуют в формировании изображения (например из 800К пикселей на матрице камеры Sony DCR-HC15E только 400К участвуют в формировании картинки). "Лишние" пиксели служат своеобразным буфером - при дрожании камеры картинка "плавает" по матрице, электроника камеры фиксирует эти колебания, используя эти "буферные" пиксели и вносит необходимую коррекцию, компенсируя дрожание картинки. При этом важно, чтобы при своем дрожании картинка всегда находилась в пределах матрицы, не уходя за буферную зону, иначе электроника не сможет вычислить и применить необходимые поправки. Как мы видим, основной особенностью электронного стабилизатора является то, что стабилизация происходит с помощью самой матрицы и электроники обработки изображения. При этом включение стабилизации влияет на работу этой системы, в частности могут измениться экспопараметры - многие владельцы камер отмечают, к примеру, что включение электронного стабилизатора часто приводит к уменьшению выдержки до 1/100 сек.
2. Оптическая стабилизация
В этом способе матрица не участвует в стабилизации, стабилизация осуществляется на уровне оптической системы, с помощью системы линз и гироскопов (ну и управляющей электроники конечно, но она не связана с матрицей). То есть на матрицу изображение приходит уже после стабилизации и для формирования картинки можно использовать всю площадь матрицы. Таким образом при оптической стабилизации влияние стабилизатора на получение и обработку изображения минимально, что является несомненным плюсом этого способа.
Итак, плюсами электронной стабилизации является компактность (она практически не вносит габаритных узлов в конструкцию видеокамеры), отсутствие механики, а значит высокая надежность и отказоустойчивость, малый уровень энергопотребления, низкая (по сравнению с оптической стабилизацией) стоимость реализации. Ну а про минусы мы уже сказали - включение системы стабилизации неизбежно сказывается на процессе формирования и обработки изображения с матрицы. Это приводит к различного рода артефактам изображения, наиболее известным из которых является "залипание" картинки при панорамировании камеры - стабилизатор не сразу её "отпускает", отчего картинка движется рывками. Тот же эффект может проявиться и при съемке движущихся предметов - система электронной стабилизации может решить, что это перемещение относится ко всей картинке и начнет "стабилизировать" изображение, пытаясь вернуть перемещающиеся объекты "на место". Кроме того неэффективно используется матрица - до половины пикселей на ней не участвуют в формировании изображения.
А вот с плюсами-минусами оптической стабилизации дело обстоит как раз наоборот. Основной плюс - неучастие матрицы в процессе стабилизации, не влияние работы системы стабилизации на получение и обработку картинки с матрицы, так что все пиксели на матрице могут быть использованы для формирования изображения. А минусы - оптический стабилизатор является отдельным узлом конструкции видеокамеры, а значит увеличивает её в размерах и утяжеляет. Оптический стабилизатор содержит в себе механические части, а значит потребляет больше энергии и более подвержен поломкам. Ну и стоимость реализации оптического стабилизатора в видеокамере значительно выше, нежели электронного.
Что же выбрать? Очевидно, что по возможности приоритет надо отдавать оптической стабилизации, как дающей лучшее качество. На рынке появляется все большее и большее число бытовых видеокамер, оснащенных оптическими стабилизаторами, правда цена этих камер довольно велика.
Одним из вопросов, который часто возникает при выборе той или иной модели камеры, является вопрос наличия в ней всех нужных входов и выходов. Рассмотрим этот вопрос более подробно - какие коммуникационные интерфейсы могут быть на видеокамере и в чем состоит важность каждого из них.
Для начала поговорим о "выходах" и начнем с того, что на любой видеокамере есть аналоговый аудио-видео выход, причем видеовыход может быть представлен композитным ("тюльпан") или S-Video интерфейсом (или обоими вместе). Так что просмотреть отснятое видео на экране телевизора всегда можно непосредственно с видеокамеры. При этом просмотр через S-Video интерфейс обеспечит лучшее качество, правда не на всех телевизорах есть S-Video вход... Кстати, на HDV видеокамерах есть и компонентный видеовыход, обеспечивающий еще лучшее качество, нежели S-Video.
На большинстве цифровых камер miniDV и Digital8 имеется также IEEE1394 (DV, iLink, FireWire) выход, который предназначен для переноса отснятого видео в цифровой форме на другие устройства. При этом видео по интерфейсу IEEE1394 передается именно в том виде, в каком оно записано на ленте, безо всякой потери качества. А устройством приема видео в данном случае чаще всего выступает компьютер или DVD-рекордер (с DV-входом). Правда, в последнем случае надо учитывать, что рекордер, перед тем как записать видео на диск, будет производить конверсию DV -> MPEG2, так что качество немного пострадает... Также на большинстве цифровых видеокамер имеется интерфейс USB. Но тут надо учитывать, что чаще всего видео по USB шине передается с большой потерей качества, поскольку перед передачей по этой шине оно конвертируется из DV в другой формат (обычно MPEG1-2 или MPEG4), причем с меньшим разрешением и большей степенью компрессии, так что качество теряется очень заметно. Поэтому ответ на вопрос: "Почему после передачи видео на компьютер видео оказывается такого плохого качества?" чаще всего заключается в том, что передача видео осуществлялась по интерфейсу USB вместо интерфейса IEEE1394... Правда, тут есть два исключения. Первое заключается в том, что современные камеры (линеек 2005 года и выше), имеющие интерфейс USB 2.0, позволяют передавать по нему именно DV видео безо всякой конверсии и, соответственно, без потери качества. Второе исключение - MPEG2 камеры (DVD, флэш, HDD), они не имеют интерфейса IEEE1394 и передают цифровое видео по USB.
Теперь надо поговорить о "входах". В отличии от "выходов" они есть не на всех цифровых видеокамерах. Часто на дешевых камерах miniDV отсутствует как аналоговый, так и IEEE1394 (DV) вход (причем первое происходит гораздо чаще, чем второе). Много ли мы теряем из-за отсутствия цифровых и аналоговых входов? С помощью входа DV мы можем записывать отмонтированный DV материал (ваш готовый, после монтажа на компьютере, фильм в оригинальном формате DV) обратно на кассету miniDV без потери качества. При относительно низкой стоимости кассет miniDV такой способ хранения готовых фильмов остается весьма популярным среди видеолюбителей. Еще одним способом применения DV-входа на видеокамере является передача видео с компьютера на телевизор через камеру по схеме "выход IEEE1394 на компьютере - вход IEEE1394(DV) на камере - аналоговый выход камеры - телевизор" (то есть, в данном случае, камера выступает в роли цифрово-аналогового преобразователя). Таким образом можно выводить видео прямо с монтажной линейки видеоредактора на телевизор, напрямую контролируя результаты наших монтажных операций. А что дают нам аналоговые входы? А они дают нам возможность переводить наши старые аналоговые видеозаписи (записи VHS/S-VHS c видеомагнитофона, VHS-C/S-VHS-C или Video8/Hi8 с аналоговых видеокамер) в цифровой формат, сохраняя оцифрованное видео на кассете miniDV или непосредственно на компьютере (так называемая "сквозная оцифровка" на компьютер). При этом цифровая видеокамера выступает в качестве аналого-цифрового преобразователя, осуществляя оцифровку аналогового видео в формат DV. Правда, надо учитывать один важный момент - PAL камера сможет понять и оцифровать только входной аналоговый сигнал в формате PAL, если вы подадите ей на вход сигнал в формате SECAM (в котором вещают основные Российские телеканалы) - ничего хорошего у вас не выйдет. То-же самое произойдет в том случае, если вы подадите сигнал PAL на вход камеры NTSC (или наоборот).
Для большинства современных бытовых видеокамер декларируется наличие режима ночной съемки, порой даже "цветного". При этом многие покупатели, попробовав снимать в этом режиме, испытывают большое разочарование качеством полученной картинки. Поэтому представляется необходимым сказать несколько слов по этому вопросу.
Прежде всего сразу стоит отметить, что настоящая ночная съемка, при которой убирается ИК (отсекающий инфракрасный диапазон спектра) фильтр, есть только на камерах Sony (режим NightShot). При этом чувствительность матрицы к ИК лучам все равно остается низкой, так что для получения приемлемых результатов используется ИК подсветка объекта съемки, которая дает приемлемую картинку на расстояниях до 2.5-3 метров, дальше картинка становится слишком темной (впрочем, желающие могут купить более мощный ИК фонарь для своей камеры). Выдержка в режиме NightShot остается 1/50 сек., так что движение передается плавно. Впрочем, как это нетрудно понять, изображение получается черно-белым, вернее - желто-зеленым...
А что мы имеем в камерах других производителей? Простое увеличение выдержки с 1/50 до, порой, 1/3 сек. отчего любое движение в кадре выглядит просто ужасно - весь кадр превращается в полную "мешанину" в которой трудно что-нибудь понять. В таком "ночном режиме" снимать можно только статические (неподвижные) объекты со штатива - в остальных случаях результат вас, скорее всего, разочарует. Кроме того, в полной темноте вы все равно ничего не сможете снять - тут простое увеличение выдержки не поможет. На многих камерах с таким режимом для подобных случаев используется встроенная (не ИК) лампа подсветки, но при этом пропадает весь "шпионский" характер таких съемок, да и выдержка все равно остается непомерно большой.
Кстати, возвращаясь к камерам Sony, на них есть еще режим Super NightShot в котором выдержка увеличивается с 1/50 до 1/3 сек., отчего яркость картинки и дальность действия ИК фонаря заметно возрастают, но снимать в нем можно, опять-таки, только статические объекты со штатива.
Итак, в первой части этой статьи мы рассмотрели основные характеристики, на которые надо обращать внимание при выборе той или иной модели видеокамеры. При этом мы не рассматривали вопросы удобства и эргономики камер - ведь тут сколько людей, столько и мнений. Одним нравится сенсорное управление камер Sony, а другие его терпеть не могут, одним вертикальная компоновка камеры кажется удобной, другим же "вертикалки" "не ложатся" в руку. Поэтому я ограничился рассмотрением только основных объективных характеристик видеокамер, оставляя субъективные характеристики на выбор читателя. Впрочем, отчасти мы будем говорить и о них - во второй части нашей статьи. Ведь "за кадром" остался вопрос о конкретных моделях видеокамер, о том, насколько они соответствуют критериям, сформулированным выше.
Поэтому во второй части мы рассмотрим конкретные модели видеокамер 2005 года и проверим, насколько они соответствуют вышеуказанным критериям, а так же попробуем очертить круг конкретных моделей, рекомендованных к покупке в различных ценовых категориях.
27.1.2010, 20:00
. В этом списке числа, разделенные тире (5.1-51 или 4.7-47 в нашем примере) обозначают диапазон фокусных расстояний объектива видеокамеры. Если не вдаваться в подробности, то фокусное расстояние объектива говорит нам о том, какова будет величина поля зрения камеры (или "степень приближения/удаления") для данного размера светочувствительного элемента (матрицы). Чем фокусное расстояние меньше - тем больше поле зрения камеры ("степень удаления" картинки), чем оно больше - тем меньше поле зрение камеры (и больше "степень приближения" картинки). Повторю еще раз - все эти выводы справедливы для данного размера матрицы камеры. Кстати, два значения фокусного расстояния, приводимые на объективе относятся к минимальному и максимальному значению оптического (не путать с электронным или цифровым) зума. По ним очень просто вычислить величину максимального оптического зума - просто разделить большее из них на меньшее. В обоих наших примерах максимальный оптический зум равен 10х.