Závěrka je pouze jednou z několika důležitých součástí fotoaparátu, které se používají k větší kontrole nad vzhledem vašich videí. Začněte náš průzkum diskusí o výhodách, které nám závěrka přináší. Než však otevřeme videokameru, abychom se podívali na vnitřní fungování vysokorychlostní závěrky, podívejme se na obecnější funkci všech závěrek.
Závěrka fotoaparátu řídí dobu, po kterou může světlo proniknout do objektivu. Dalším hlavním ovládáním expozice na jakékoli kameře (fotografii nebo videu) je její clona, která ovlivňuje „prostor“, kterým musí světlo procházet, takže naše dnešní diskuse bude o prostoru a čase. Nebojte se, není to žádná raketová věda. Vše, co opravdu potřebujete, je pochopit pár jednoduchých pojmů a vztahů.
Jednoduše řečeno, závěrka a clona spolupracují na řízení množství světla vstupujícího do objektivu videokamery. Závěrka řídí dobu expozice světla na CCD (Charge Coupled Device). Clona řídí velikost otvoru, kterým může světlo vstupovat do čočky. I když je to dostatečně jednoduché, každý z nich ovlivňuje konečný obrázek:každý nám dává kontrolu nad vzhledem a dojmem našich videoobrazů.
Rozšiřte své zaměření
Duhovka ve videokameře funguje podobně jako clona vašeho oka. Pokud je světlo jasné, duhovka ve vašem oku se zavře, čímž se zmenší otvor, kterým světlo prochází, takže vás světlo neoslepuje. Při slabém osvětlení se duhovka v oku "rozšíří" a široce se rozevře, aby do něj mohlo vstoupit více světla. Totéž platí o automatickém expozičním systému vašich videokamer. Úžasná věc na cloně je, že vám umožňuje ovládat hloubku ostrosti vašich snímků. Při slabém osvětlení se clona videokamery otevře. Při jasném světle se zavře. Ale jak se otvor zmenšuje, hloubka ostrosti neboli rozsah, který je zaostřený, se zvyšuje. Ve skutečnosti, pokud je clona dostatečně uzavřená, nepotřebujete k zaostření obrazu ani čočku. Celý svět se ostře zaostří, když je otvor extrémně malý.
První fotoaparát, camera obscura, neměl objektiv, závěrku ani film. Dávno předtím, než na takové věci někoho napadlo, si staří lidé všimli, že když světlo prošlo malým otvorem do potemnělé místnosti, promítl se obraz v místě, kde světlo dopadlo na zeď nebo podlahu. S trochou experimentování se zjistilo, že čím menší je otvor, kterým světlo procházelo, tím ostřejší je obraz. To vedlo k vývoji camery obscury, která využívá malý otvor (a v pozdějších verzích čočku) ve stěně zatemněné místnosti nebo krabice k promítání obrázků na kreslicí plochu, kde by se daly sledovat, a produkovat vysoce přesné a podrobné výkresy.
Dírková komora je modernějším příkladem stejného přístupu k zobrazování. Vše, co potřebujete, je krabice od bot, špendlík a nějaký film. Pokud byste se chtěli dozvědět více o dírkové fotografii, můžete najít spoustu informací na webu.
Problém s dírkou
I když použití malého otvoru místo čočky může produkovat snímky, které jsou ostře zaostřené téměř od povrchu čočky až do nekonečna, má to jednu velkou nevýhodu. Malý otvor nepropustí mnoho světla. Chcete-li získat více světla, můžete otvor zvětšit, ale pak se ztrácí ostrost obrazu. Použitím čočky místo dírky můžete shromažďovat světlo po celém povrchu čočky a přesto získat obraz, který je zaostřený na CCD nebo filmu.
Čočka umožňuje, aby do fotoaparátu pronikalo více světla, ale oblast, která bude zaostřena, je zmenšena. Čím větší průměr objektivu uděláte, tím se problém zhorší. U objektivů s velmi velkým průměrem lze zaostřenou oblast neboli hloubku ostrosti, jak se tomu říká, zmenšit na zlomek palce. Dalším faktorem, který ovlivňuje hloubku ostrosti, je ohnisková vzdálenost neboli zvětšení objektivu. Teleobjektivy vytvářejí mělké pole, zatímco širokoúhlé objektivy vytvářejí hlubší pole.
Vstupte do Iris
Pokud uděláte svůj objektiv dostatečně velký, aby poskytoval kvalitní snímky při slabém osvětlení, potřebujete způsob, jak snížit množství světla vstupujícího do fotoaparátu za jasnějších podmínek. Když je světlo příliš jasné, použije se k zakrytí části čočky clona (viz obrázek 1). To nejen umožňuje fotografovi nebo kameramanovi upravit množství světla vstupujícího do objektivu, ale také mu umožňuje upravit hloubku ostrosti, a tím ovládat části obrazu, které jsou zaostřené, a části, které nejsou . Pečlivým výběrem nastavení clony můžete ostře zaostřit na část snímku, zatímco ostatní prvky budou rozostřeny, čímž vaše snímky získají trojrozměrný vzhled, kterého nelze dosáhnout jiným způsobem.
Clona pomáhá ovládat prostor v obrazu, který je zaostřený. Samotné ohnisko objektivu určuje umístění tohoto prostoru a clona řídí jeho hloubku. Tolik k „prostoru“, ale co čas? Délka doby, po kterou je CCD umožněno sbírat světlo, také ovlivňuje celkovou expozici. Pokud například pustíte dovnitř o polovinu méně světla zmenšením otvoru clony, stále můžete dosáhnout stejné expozice tím, že necháte světlo pronikat do fotoaparátu dvakrát tak dlouho.
Zadejte závěrku
K řízení doby, po kterou je film nebo snímač vystaven světlu, používají fotoaparáty určitou formu závěrky. U jednoduché dírkové komory je závěrka kus tmavého papíru nebo jiného neprůhledného materiálu, který se otevírá a zavírá ručně, aby se načasovala expozice. To funguje dobře při velmi dlouhých expozičních časech, protože můžete jednoduše zkontrolovat hodinky nebo počítat sekundy. Moderní filmové emulze a CCD však mohou být exponovány v nepatrných zlomcích sekundy, takže k ovládání expozičních časů potřebujeme něco trochu sofistikovanějšího než jednoduchý kus černého konstrukčního papíru. Tím, že umožňuje široký rozsah přesných expozičních časů, závěrka fotoaparátu spolupracuje s clonou, aby vám poskytla úplnou kontrolu nad časem a prostorem vašeho snímku.
Mnoho videokamer má závěrky, které podporují expoziční časy od několika sekund až po 1/10 000 sekundy. Nižší (delší trvání) rychlosti závěrky vám umožní použít malé nastavení clony, abyste získali větší hloubku ostrosti a zároveň získali dostatek světla na film. Pokud se fotoaparát nebo objekt během expozice pohne, můžete mít problém. Vše, co se hýbe, bude na výsledném snímku rozmazané, a pokud se kamera pohne, bude rozmazaný celý snímek. Toto rozmazání lze samozřejmě využít pro efekt, jak je často vidět na statických fotkách vodopádů, kde se používají dlouhé expoziční časy, aby snímky získaly zasněnější a idealističtější vzhled. Vyšší rychlosti závěrky (krátké trvání) umožňují použít větší otvor irisové clony, a to i za jasného světla, snížit hloubku ostrosti a vytvořit pěkný 3D vzhled znázorněný dříve (viz obrázek 2). Vysoké rychlosti závěrky navíc umožňují pořizovat snímky, když je objekt v pohybu, aniž by objekt vypadal rozmazaně. Závěrka se může otevřít a zavřít tak rychle, že se pozice objektů téměř vůbec nemění, a pokud je závěrka dostatečně rychlá, je možný dokonale ostrý statický snímek rychle se pohybujícího předmětu.
Závěrky ve většině fotoaparátů jsou mechanickými zařízeními, které se otevřou, aby na čas propustily světlo, a pak se zase zavřou. Některé závěrky se pohybují přes film rychle a jiné jsou v samotné čočce, ale myšlenka je vždy stejná. Krátce otevřete a poté rychle znovu zavřete, právě ve správný čas. Mechanické uzávěry však mají hmotnost a tato hmotnost omezuje rychlost, s jakou je lze otevřít a zavřít. To obecně omezuje maximální rychlost závěrky (nebo minimální dobu expozice) na něco kolem 1/8000 sekundy na fotoaparátech.
Některé fotoaparáty se hromadným problémům vyhýbají používáním elektronických závěrek. Pro tento malý kousek technomagie jsou použity dvě polarizované čočky. Polarizovaná čočka propouští světlo, které je polarizováno v jednom směru, zatímco blokuje světlo jiné polarizace. Pokud dáte k sobě dvě polarizované čočky orientované tak, aby obě propouštěly světlo stejné polarizace, světlo, které projde první čočkou, projde i druhou čočkou. Ale pokud otočíte jednu z čoček tak, že její polarita je opačná než druhá, první čočka propustí světlo, které má špatnou polaritu pro druhou, a přes pár čoček neprojde vůbec žádné světlo. Dalo by se tedy vyrobit závěrku ze dvou polarizačních filtrů, které bylo možné „otevřít a zavřít“ pouhým otočením jedné z čoček. Ještě lepší je, že je možné sestavit polarizační filtr, který překlopí svou polarizaci, když je aplikován elektrický signál, takže můžete navrhnout závěrku, která se vůbec nepohybuje. Jednoduše změníte napětí pro otevření a zavření závěrky. Fotoaparáty s tímto typem systému závěrky nevydávají cvakání jako fotoaparáty s mechanickými závěrkami a jejich závěrky lze otevřít a znovu zavřít za 1/10 000 sekundy nebo méně. Takto vysoké rychlosti závěrky mohou zastavit pohyb golfového švihu nebo jedoucího auta a vytvořit křišťálově čisté snímky rychlé akce, dokonale zmrazené v čase.
S příchodem Charge Coupled Device, neboli CCD, je veškeré toto mechanické a elektro-optické zmatkování zbytečné. Samotné CCD funguje jako virtuální elektronická závěrka, kterou lze otevřít a zavřít stejně rychle jako elektronický signál, který lze zapínat a vypínat, bez jakýchkoli dalších součástí a s velmi malou další složitostí. Namísto použití fyzické závěrky k ovládání expozičního času, moderní videokamera založená na CCD jednoduše zahodí světlo, které dopadá na její povrch, a simuluje zavřenou závěrku. K otevření virtuální závěrky může CCD začít shromažďovat světelnou energii. Když je čas přestat shromažďovat světlo, CCD se jednoduše zastaví a virtuální závěrka se zavře. Takže jednou z překvapivých věcí, které dobře zjistíme, když se podíváme na závěrku našich videokamer, je, že žádná neexistuje.
Žádná závěrka?
Správně. Moderní videokamera ve skutečnosti nemá nic, co byste mohli identifikovat jako závěrku. Místo toho, v době, kdy by se zavřela mechanická závěrka, je CCD prostě necitlivý na světlo. Podívejme se blíže na samotný CCD a uvidíme, jak je toho dosaženo.
Uvnitř CCD je velké množství "buněk", které jsou citlivé na světlo. Počet pixelů pro CCD vám říká, kolik buněk CCD obsahuje. Když světlo dopadá na jeden z těchto článků, v článku se generuje elektrický náboj. Čím více světla dopadá na buňku, tím větší je náboj, který se akumuluje. Články ve skutečnosti neshromažďují „světlo“, ale místo toho přeměňují světlo na elektrický náboj, který je úměrný světlu dopadajícímu na článek.
Všimněte si také, že fotosenzitivní buňka nemá žádnou citlivost na barvu. Akumuluje svůj náboj bez ohledu na barvu světla, které dopadá na jeho povrch. Pro vytvoření barevných obrázků jsou před buňky umístěny filtry, takže některé z nich vidí červené, jiné modré a jiné zelené světlo. To lze provést pomocí jednoho CCD a složité sestavy červené, zelené a modré čočky s filtrem nebo pomocí tří samostatných CCD s jedním barevným filtrem přes každý (viz obrázek 3).
Zpočátku je výstup každého článku zkratován k zemi, takže náboj generovaný jakýmkoli světlem dopadajícím na článek je okamžitě vybit. V tomto stavu články nesbírají žádný náboj a virtuální závěrka je „zavřená“. Pro zachycení obrazu se odtok z článků uzavře a náboje se začnou hromadit úměrně světlu dopadajícímu na článek. Na konci expoziční doby jsou náboje v každé buňce předány do vertikálního přenosového registru, který pak předá každý náboj, ve stylu bucket brigade, dolů do horizontálního přenosového registru. Tam se připojí k průvodu nábojů z ostatních vertikálních přenosových registrů a jsou odvedeni v jediném souboru do obvodů pro zpracování a záznam videa (viz obrázek 4).
„Pohybující se“ obrázky, které vidíme jako video, jsou ve skutečnosti sérií fotografií, které se rychle zobrazují. Všechny NTSC videokamery produkují 30 statických snímků za sekundu. Každý snímek se skládá ze dvou polí, celkem 60 polí za sekundu. Existuje však trend vyrábět kamery schopné zaznamenat 30 snímků za sekundu bez polí, někdy nazývané progresivní skenování nebo režim „Frame Movie“. V tomto režimu tyto kamery nezaznamenávají 60 diskrétních polí, ale poskytují výstup do TV nebo videorekordéru ve standardním formátu NTSC 60 polí/30 snímků za sekundu. Tento režim se obecně používá ke shromažďování snímků, které budou exportovány do počítače jako fotografie.
Při "normální" rychlosti sbírá CCD náboj po celou 1/60 sekundy, takže 1/60 je výchozí nastavení závěrky pro normální fotografování. To je dostatečně rychlé, aby se zabránilo většině rozmazání způsobených pohybem fotoaparátu a pomalým pohybem v záběru. Ale naše videokamery nám nyní umožňují zvolit rychlost závěrky buď rychlejší, nebo pomalejší, než je snímková frekvence videokamery. Nastavení pomalé závěrky jednoduše umožňuje, aby CCD zůstal aktivní po několik (nebo mnoho) intervalů pole a zaznamenal dříve pořízený snímek během expoziční doby. Když fotografujete s pomalou rychlostí závěrky 1/15 sekundy, CCD zůstane aktivní po dobu čtyř polí. Jeho náboje jsou poté odsunuty pro záznam a stejná data jsou zaznamenána pro čtyři snímky, zatímco CCD zaplňuje své buňky na další 1/15 sekundy. Tímto způsobem je snímková frekvence udržována konstantní, i když závěrka pracuje se zcela jinou rychlostí.
Super rychlé a tiché ovládání vysokorychlostní závěrky je ještě jednodušší. Namísto odstranění výboje z článků na začátku intervalu pole 1/60 je náboji umožněno pokračovat v odčerpávání náboje po část celkového času pole. Pokud je například zvolena rychlost závěrky 1/120, CCD budou pokračovat ve vybíjení první poloviny intervalu snímku a shromažďovat světlo pouze během druhé poloviny. Pro vyšší rychlosti jsou články jednoduše vypouštěny na větší procento doby pole.
Nakonec máme virtuální závěrku bez pohyblivých částí a bez hmoty. Ve skutečnosti naše okenice nemají vůbec žádnou skutečnou existenci. A přesto nám stále dávají kontrolu nad prostorem a časem našich snímků a expozicí.
Uvedení všeho do práce
Celá tato teorie je zajímavá, ale skutečná hodnota vysokorychlostní závěrky spočívá v kontrole, kterou vám poskytuje nad vzhledem vašich snímků. V kombinaci s clonou získáte kontrolu nad hloubkou ostrosti, rozmazáním pohybu a jasem samotného obrazu. Revize vztahů se zdá být v pořádku.
Nastavení menšího průměru clony propouští méně světla, ale poskytuje větší hloubku ostrosti. Pokud má jas snímku zůstat konstantní, je nutné použít nižší rychlost závěrky.
Větší nastavení clony snižuje hloubku ostrosti, zvýrazňuje objekt a vytváří více trojrozměrný obraz. Vyšší rychlost závěrky je nutná k udržení dostatečně nízkého jasu obrazu, aby byla clona otevřená na širší průměr.
Vyšší rychlosti závěrky zmrazují pohyb a poskytují ostré snímky i přes jakýkoli relativní pohyb mezi objektem a fotoaparátem. Chcete-li získat dostatek světla při vyšších rychlostech závěrky, musí být clona širší, aby propustila více světla, a v důsledku toho se sníží hloubka ostrosti.
Lze použít velmi nízké rychlosti závěrky, aby CCD mohl zachycovat více světla za špatných světelných podmínek nebo aby menší clona otevřela větší hloubku ostrosti. Kompromisem je, že stejný obraz se bude opakovat na několika polích, což může mít za následek trhavý pohyb podobný stroboskopu. Také pomalá rychlost závěrky umožní větší rozmazání pohybu, což může být buď problém, nebo umělecký efekt.
A konečně, clona a závěrka společně řídí celkové množství světla, které se používá k vytvoření náboje v buňkách CCD, a každý nebo oba lze upravit tak, aby vznikl obraz, který je buď tmavší, nebo světlejší než původní scéna. .
Učte se praxí
Nyní znáte teorii fungování vysokorychlostní závěrky vašich videokamer. Ale pokud jde o výběr nejlepšího expozičního režimu nebo nastavení závěrky a clony pro konkrétní situaci nebo efekt, zkušenosti a praxi nic nenahradí. Udělejte si čas na experimentování s různými expozičními režimy a nastaveními na vaší videokameře a získáte mnohem větší kontrolu nad vzhledem vašeho hotového produktu.