Скоростная съёмка

Скорость видеосъемки измеряется частотой кадров в секунду

Стандартной считается скорость записи (частота кадров в секунду) 25 к/с для видео стандарта PAL (европейский стандарт) и 30 к/с для NTSC (американский и японский стандарт). Однако в последнее время появились видеорегистраторы поддерживающие более высокие скорости 50 и 100 к/сек для PAL и 60 и 120 к/сек для NTSC. Это очень полезная функция. В экстремальной ситуации автомобиль на дороге может совершать довольно резкие маневры и не всегда по желанию водителя. В этот момент смена картинки в объективе видеорегистратора может превысить скорость видеозаписи, и, если смотреть запись по кадрам, видеокартинка получится смазанной, нечеткой.

Отдельный кадр записи видеорегистратором автомобиля на большой скорости со стандартной частотой кадров (30 к/сек)

Другое дело, если видеозапись велась со скоростью кадров в два (60 к/сек), а то и в четыре раза (120 к/сек) быстрее. Без всяких приборов Вы сразу же заметите разницу – кадры будут намного четче. Также, если снять видео с ускоренной частотой кадров, а потом просматривать его на стандартной частоте, то Вы увидите высококачественное замедленное видео – без рывков и резких переходов. Минус ускоренной видеосъемки – увеличенный расход памяти для записи соответственно в 2 или 4 раза больше.

Отдельный кадр записи видеорегистратором автомобиля на большой скорости с учетверенной частотой кадров (120 к/сек)

Также режим с ускоренной частотой кадров создает дополнительную нагрузку на видеопроцессор, поэтому обычно видеозапись с ускоренной частой кадров не применяется в разрешении 1920х1080 (процессор не тянет), а обычно в более низких разрешениях – 848х480 или 1280х720 пикселей. Однозначно, если Вам попадется видеорегистратор, который пишет с ускоренной частотой кадров в режиме FULL HD (1920х1080 пикс.) – можете не сомневаться – в нем установлен самый современный и мощный видеопроцессор.

Читать третью часть — оптика -стекло или пластик?

Скоростная видеосъемка в научных исследованиях

     В настоящее время множество разнообразных научных исследований связано с необходимостью регистрации быстропротекающих процессов. К таким процессам относятся горение, взрывы, распространение излучения, химические реакции, механические испытания, диффузия и многое другое. Поэтому скоростные видеокамеры (от 200 до 200000 к/с) давно и с успехом применяются учеными и инженерами в различных областях: аэро~ и гидродинамике, физике плазмы, спектроскопии, микроскопии, теплофизики, станкостроении и пр.

Пример 1: Вибрационное испытание лампы накаливания (видеокамера Mikrotron Cube2, 560×240, 2137 к/с)

     Большинство подобных исследований связано с качественным анализом исследуемого процесса. Целью при этом, как правило, является детальное исследование определенной стадии его протекания, выявление ранее не известных особенностей, обнаружение новых эффектов. Классическими примерами таких процессов являются процессы горения, смешения и диффузии веществ, динамические испытания сложных конструкций и механизмов. При решении таких задач на первый план выходит необходимость выбора оптимальных параметров оптико-электронной системы для скоростной съемки: чувствительности, разрешения и частоты кадров видеокамеры, параметров объектива, расстояния до объекта и др. Так, например, при проведении динамических и механических испытаний, как правило, достаточно частоты кадров 500-1000 Гц, при исследовании химических реакции, в частности, процессов горения – до 50000 Гц, а при анализе плазмы и распространения излучения – до 200000 Гц и даже более.

Пример 2: Исследование распространения пузырьков воздуха в жидкости (видеокамера Mikrotron Cube6, 1280×1024, 506 к/с)

     Помимо высокоскоростной съемки с целью качественного анализа различных процессов, научные исследования зачастую сопряжены с необходимостью проведения измерений различных кинематических параметров. Такими параметрами являются измерение двумерных (в случае съемки одной камерой) или трехмерных (в случае стереосъемки) координат, скоростей, ускорений, положения центров тяжести и пр. Подобные измерения, как правило, необходимы при проведении баллистических испытаний (определение траектории полета снаряда), биомеханических и медицинских исследованиях (функциональная диагностика позвоночника и конечностей, анализ походки), исследовании потоков (вычисление количества и классификация частиц). При решении данных задач, помимо выбора видеокамеры, важными также являются вопросы калибровки системы регистрации и цифровой обработки изображений.

Пример 3: Горение спички (видеокамера Mikrotron Cube2, 1280×1024, 500 к/с)

     Очевидно, что не существует универсальной системы технического зрения, позволяющей решать все указанные выше научные задачи. Многолетний опыт применения скоростной видеосъемки позволил к настоящему времени разработать скоростные видеокамеры, параметры которых оптимизированы для решения задач конкретного класса. Специалисты ООО «НПП ФОТОН» имеют большой опыт по разработке и внедрению аппаратно-программных комплексов для высокоскоростной съемки различного исполнения и назначения и готовы предложить законченные оптико-электронные системы ученым и исследователям из различных областей науки и техники.

Опубликовано: 18.10.2012

Источники

1. ↑ , с. 136.
2. ↑ , с. 343.
3. , с. 300.
4. , с. 267.
5. , с. 40.
6. , с. 56.
7. , с. 36.
8. Виктория ЧИСТЯКОВА. . Киноведческие записки (2006). Дата обращения 6 апреля 2019.
9. , с. 28.
10. , с. 181.
11. , с. 305.
12. , с. 48.
13. ↑ , с. 157.
14. , с. 37.
15. Steven E. Schoenherr.  (англ.) (недоступная ссылка). Ampex History. . Дата обращения 20 июня 2015.
16. , с. 189.
17. . Продукция. «Седатэк». Дата обращения 19 июня 2015.
18. , с. 51.
19. ↑  (недоступная ссылка). История фотографии. «Фотография» (26 августа 2012). Дата обращения 19 июня 2015.
20. , с. 66.
21. , с. 274.
22. ↑ , с. 272.
23. , с. 30.
24. ↑ , с. 41.
25. ↑ Н. А. Тимофеев.  (недоступная ссылка). Дата обращения 18 июня 2015.
26. Леонид Попов. . «Мембрана» (15 декабря 2011). Дата обращения 17 февраля 2016.
27.  (англ.). Camera Culture. Дата обращения 17 февраля 2016.
28. . «Фаствидео». Дата обращения 19 июня 2015.
29. Андрей Баксаляр. . «GadgetBlog» (9 августа 2011). Дата обращения 19 июня 2015.
30. ↑ , с. 298.
31. ↑ , с. 53.
32. , с. 281.
33. , с. 127.
34. ↑ , с. 44.
35. , с. 297.
36. , с. 48.
37. , с. 310.
38. , с. 35.
39. , с. 319.
40. , с. 323.
41. , с. 324.
42. , с. 45.
43. , с. 271.
44. , с. 17.
45. , с. 15.
46. , с. 340.
47. ↑ , с. 270.
48. . 24449-80. Техэксперт (1 января 1982). Дата обращения 31 января 2015.
49. . Обработка изображений. Хабрахабр (16 октября 2012). Дата обращения 31 января 2015.
50. , с. 329.
51. Анатолий Ализар. . «» (16 октября 2012). Дата обращения 5 ноября 2017.

Технические особенности процесса

Масштаб времени — количественная мера замедления движения, равная отношению проекционной частоты кадров к съёмочной. Так, если проекционная частота кадров стандартная и равна 24 кадрам в секунду, а киносъёмка производилась с частотой 72 кадра в секунду, масштаб времени составит 1:3, что соответствует трёхкратному замедлению.

Оптическая ёмкость — максимальное количество кадров, которые могут быть сняты за время одной киносъёмки. Для высокоскоростной киноаппаратуры это понятие имеет решающее значение, так как ёмкость принципиально ограничена конструкцией аппарата и его . Например, аппарат «ФП-22» с оптической ёмкостью 7500 кадров при максимальной частоте съёмки 100 000 кадров в секунду расходует весь запас за 0,075 секунды. Поэтому для гарантированной регистрации исследуемого процесса даже небольшой длительности требуется точная синхронизация запуска или видеосервера с началом процесса.

Понятие частота киносъёмки напрямую применимо только при кадровом способе съёмки. При бескадровых способах чаще всего пользуются понятием разрешающей способности во времени или временны́м разрешением. Параметр определяется как функция максимальной временно́й частоты изменения яркости тест-объекта, которая может быть измерена по результатам съёмки.

Максимальная частота съёмки в кинематографе определяется конструкцией кинокамеры и динамическими характеристиками её . В видеозаписи и высокоскоростной цифровой фотографии максимальная частота определяется особенностями и временем считывания заряда. В любительской киноаппаратуре предусматривалась ускоренная съёмка на частотах до 64—72 кадров в секунду. В профессиональном оборудовании применяются специализированные , обеспечивающие до 360 кадров в секунду для и до 600 кадров в секунду для . В СССР для ускоренной киносъёмки выпускались камеры 1СКЛ-М «Темп», 2КСК, 3КСУ и другие. Современные профессиональные киносъемочные аппараты общего назначения обеспечивают частоту съемки до 200 кадров в секунду с возможностью её плавной регулировки непосредственно во время съёмки для получения изменения хода времени.
Повышение скорости сверх этих значений осуществляется при непрерывном движении киноплёнки, поскольку ни один из существующих скачковых механизмов не способен транспортировать с более высокими скоростями без его повреждений.

Второй главной проблемой ускоренных съёмок является неизбежное уменьшение при повышении частоты. Даже при , близких к единице, для частоты 1000 кадров в секунду выдержка не может превышать 1/1000 секунды. При высокоскоростной съёмке этот же параметр может составлять несколько наносекунд. Это вынуждает использовать высокочувствительные сорта киноплёнки и фотоматрицы с низким уровнем шумов, а также яркое освещение снимаемой сцены. Большинство современных цифровых устройств этого назначения оснащаются охлаждающим для снижения шумов матрицы и получения возможности предельного повышения её .

Скорость — съемка

Вентури при значительных скоростях газового потока капли не могут сохранить сферическую форму. На рис. 2.13 показан кинокадр , полученный при скорости съемки 100 000 кадров / с, движения водовоздушного потока в трубе Вентури при скорости воздуха 80 м / с. Видно, что в горловом сечении капли приобретают форму парашютообразных мембран, причем межфазная поверхность взаимодействия на единицу объема A3 / AV возрастает чрезвычайно интенсивно. За минимальным сечением капли опять приобретают сферическую форму. На рис. 2.14 показано изменение межфазной поверхности взаимодействия АЛд / AF в единице объема среды вдоль тракта трубы Вентури по данным , Видно, что вблизи минимального сечения сопла сечение взаимодействия достигает максимума и затем уменьшается до нуля. Именно эта область вблизи горлового сечения сопла и определяет эффективность работы очистительных аппаратов, использующих в качестве элемента трубу Вентури.
 

Следовательно, время ti равно 800 мксек, поскольку скорость съемки давала на каждый кадр 160 мксек.
 

Микрокиноустановка МКУ-1 ( рис. 4), предназначенная для наблюдения, фотографирования и киносъемки под микроскопом как медленных, так и быстро протекающих процессов, в принципе весьма удобна для наблюдения фазовых превращений органических веществ и солей. Это определяется тем, что микрокиноустановка имеет весьма широкий диапазон скорости съемки от 75 кадров в 1 сек. В описании установки отмечается, что она снабжена большим комплектом сменной оптики, обеспечивающей использование современных методов микроскопии, в том числе использование фазового контраста и поляризованного света.
 

Скорость анодной реакции для сплава ЭИ598 быстро устанавливается во времени для тех участков поляризационной кривой / ( рис. I. На участке же пассивации образуются пики, которые по мере уменьшения скорости съемки кривой переходят в прямую линию, отвечающую скачку поляризации.
 

Хроно-потенциограммы в этом случае являются нестационарными поляризационными кривыми. Нестационарный предельный ток при данной концентрации определяется скоростью вращения диска и скоростью нарастания плотности тока или скоростью съемки поляризационной кривой.
 

Киносъемку часто применяют для определения длительности рабочих движений и отдельных приемов в целях последующей оценки их рациональности. Длительность какого-либо приема определяется как частное от деления числа кадров, на которых изображен изучаемый прием, на скорость съемки.
 

Движение этих шариков в воде было отснято по всему объему гидроциклона. Камера CKC-IM была снабжена телеобъективом Юпитер-3 с фокусным расстоянием 50 мм. Скорость съемки составляла до 3000 кадров в секунду.
 

Скорость съемки в наших опытах составляла обычно 32 кадра в 1 сек.
 

Процесс съемки длился примерно 1.5 — 2 сек, и за это время отснимали 25 — 30м пленки. Скорость съемки составляла 3600 — 4700 кадров / сек.
 

Этот метод регистрации представляется наиболее эффективным, но его применение связано с рядом трудностей. Пусть, например, для сьемки изображений масс-спектров на экране осциллографа используется высокоскоростная кинокамера. Если скорость съемки составляет 400 кадров в секунду, а частота повторения масс-спектров равна 10 кГц, то каждый снимок представляет собой усреднение 25 спектров. Этот метод обеспечивает разрешение по времени, равное 2 5 мс.
 

Инерция зрения позволяет в ТВ ( и кино) создать эффект движения, передавая серию отдельных неподвижных кадров, отличающихся друг от друга фазой движения. Последовательное воспроизведение этих изображений вследствие инерционности зрения воспринимается как слитное движение, если их частота / сл 16 к / с. С такой скоростью съемки работают любительские киноаппараты.
 

Снабжен шестью кассетами и светофильтрам. Может переключаться на скорость съемки 122 кадр / сек.
 

Назначение скоростной съёмки

Контроллер дискового видеорекордера «Ampex HS-100» для замедленных повторов

Ускоренная съёмка позволяет замедлить движение на экране и рассмотреть его во всех подробностях. Это актуально при съёмках спортивных соревнований, когда необходимо определить победителя или оценить точность выполнения упражнений. В кино о спорте ускоренную киносъёмку одной из первых использовала при создании фильма «». В ускоренная съёмка используется как выразительное средство, например, чтобы показать действия героя «во сне» или в момент эмоционального потрясения. Иногда повышенная частота устанавливается в кинокамере для имитации слабой и . Ускоренная съёмка (обычно 80—100 кадров в секунду) обязательна при создании комбинированных кинокадров с уменьшенными макетами: замедление движения позволяет сохранить достоверность действия, несмотря на небольшие размеры декораций. При этом обвал или разрушения крупного объекта не выглядят на экране «игрушечными». В фильме «» масштабная «» снималась с повышенной частотой для создания иллюзии полёта настоящего самолёта.

Замедление темпа движения на экране возможно не только за счёт увеличения частоты киносъёмки, но и за счёт замедления киноплёнки в или магнитной ленты в с . Этот способ в годах нашёл широкое применение в показах замедленных повторов при телетрансляциях спортивных мероприятий. Первые опыты замедленных повторов стали возможны уже в 1934 году на немецком телевидении после начала эксплуатации кинотелевизионной системы «» с промежуточной киноплёнкой, однако для вещания система оказалась слишком неудобной, уступив место электронным камерам. Первое устройство «HS-100», пригодное для электронных трансляций замедленных видеоповторов соревнований, было выпущено только в марте 1967 года американской компанией . Устройство воспроизводило одни и те же по нескольку раз, замедляя движение на экранах . В кинематографе замедлить движение, снятое с нормальной частотой, можно таким же образом путём кратного размножения каждого на специальном трюковой печати. Двукратная печать каждого кадрика даёт на экране двукратное замедление, соответствующее такому же увеличению частоты съёмки или уменьшению частоты проекции.

Высокоскоростная съёмка выстрела

Однако при таком способе замедления движение на экране становится прерывистым, а некоторые фазы быстропротекающих процессов вообще невидимы, поскольку при съёмке попадают в интервал между снятыми кадрами. При сильном замедлении проекции до 1—2 кадров в секунду изображение становится похожим на . Поэтому в большинстве случаев для замедления движения на экране предпочтительно использование ускоренной съёмки. В настоящее время для осуществления замедленных повторов на телевидении (Ultra Motion повторы в прямом эфире) выпускаются специальные вещательные системы, состоящие из высокоскоростной , и контроллера, позволяющего замедленно воспроизвести с сервера любой момент отснятого действия. При этом движение на экране остаётся плавным за счёт высокой частоты съёмки камеры до 250 кадров в секунду.

В отличие от ускоренной съёмки, используемой, главным образом, в научно-популярном и художественном кинематографе, а также в спортивном телевещании, скоростная и высокоскоростная запись изображения применяются для исследования быстропротекающих процессов в науке и технике. Первые опыты с , ставшей прообразом кинематографа, проводились с теми же целями, позволяя изучать явления, недоступные человеческому восприятию. Наиболее известным примером таких исследований являются опыты по фиксации фаз лошадиного , позволившие определить момент отрыва от земли всех четырёх ног. Современная аппаратура позволяет снимать от нескольких тысяч до десятков миллионов кадров в секунду, делая возможным наблюдение очень быстрых процессов. Высокоскоростные цифровые устройства применяются в науке и промышленности для анализа , , и других явлений. Полученные в лабораторных условиях кадры позволяют точно измерить параметры движения, и в конечном счёте улучшить конструкцию изделий или проверить научную теорию. Иногда эти съёмки используются в качестве иллюстрации в и .

Качественная матрица в видеорегистраторе обеспечивает отличную первичную картинку

Это специализированная микросхема, на которую проецируется изображение через линзы объектива. Матрица считывает картинку и преобразует её в цифровой сигнал, который обрабатывается процессором и записывается в память. Эти приборы обладают множеством характеристик, большинство из которых понятны только инженерам, но рядовому покупателю все характеристики матрицы и не нужны. Для того, чтобы выбрать видеорегистратор лучший из множества моделей по качеству матрицы достаточно знать и понимать только те параметры, которые указываются в технических характеристиках – тип матрицы, её размер и количество пикселей.

Если Вы хотите купить лучший видеорегистратор — смотрите в характеристиках физический размер матрицы

• Физический размер матрицы

  Для справки — Матрица 1/3,2″ — меньше размерами, чем 1/2,7″.

  . Обозначается обычно в дюймах, например 1/3,2″ — матрица имеет размер 3,4х3,5 мм. Чем физические размеры матрицы больше, тем лучше – меньше шум и больше чувствительность (хорошо для видеосъемки в условиях недостаточной освещенности). Естественно, большие матрицы и дороже стоят.

• Количество пикселей. В названии матрицы это отражается например так: 0,3 МП (мегапикселя) или 5 МП. Простой арифметический подсчет показывает, что для формата FULL HD разрешение 1920х1080 пикселей (самое высокое качество, которое на данный момент поддерживают автомобильные видеорегистраторы), нужно 2073600 пикселей. То есть, матрицы 3-5 МП хватит с лихвой. Большие размеры матриц – 8 или 12 МП, ничего к качеству видеозаписи не добавляют. Обычно это рекламный ход или нужно для режима фотоаппарата.