Почему только видеокамеры, которые стоят слишком дорого, могут записывать высокие fps (стоп-кадр)?

Question

Я читал, что Phantom будет снимать видео со скоростью около 2570 кадров в секунду при 1080p. А высокопроизводительная мостовая камера будет снимать кадры с 1/4000 секунды. Итак, почему требуется темное место и вспышка, чтобы заморозить движение (сделайте высокоскоростную фотографию), хотя в ярком месте с, скажем, 1/4000 секунды мы можем сделать высокоскоростную фотографию ?. .. зачем нужна дорогая высокоскоростная видеокамера, чтобы сделать это иначе?

Answer 1

Итак, почему темное место и вспышка требуются, чтобы заморозить движение (сделайте высокоскоростную фотографию), хотя в ярком месте с, скажем, 1/4000 секунды, мы можем взять высокую скорость фото

Это связано с тем, что скорость синхронизации вспышки, максимальная скорость затвора, при которой весь датчик изображения экспонируется одновременно, намного ниже, чем 1/4000 с. На типичной DSLR скорость синхронизации составляет около 1/200 с. Если вы делаете снимок с такой скоростью в условиях яркого освещения, будет записано много окружающего света, и вы получите значительное размытие при движении. Если вы делаете снимок в темном месте, окружающего света становится меньше, и почти весь свет исходит от вспышки, продолжительность которой намного короче, чем выдержка затвора.

Причина, по которой скорость синхронизации намного меньше максимальной скорости затвора, заключается в том, что большинство камер используют шторку затвора, для которой требуется время для перемещения по датчику. На скоростях выше скорости синхронизации вторая шторка затвора начинает покрывать датчик до того, как первая шторка закончит его экспонирование; на очень высоких скоростях, таких как 1/4000, две завесы расположены так близко, что между ними есть только узкая щель, пропускающая свет. Для экспонирования всего датчика требуется примерно 1/200 с, но любая часть сенсора экспонируется только в течение указанных 1/4000.

Если вы фотографируете что-то движущееся быстро, то вы действительно хотите выставить весь датчик одновременно. В противном случае объект будет двигаться, когда экспонированы различные части датчика, что приводит к искажению изображений. Итак, вы действительно хотите снимать со скоростью синхронизации вспышки, но вы хотите, чтобы фактическая экспозиция была быстрее; способ добиться этого - убрать весь свет, кроме вспышки.

Почему только видеокамеры, которые стоят слишком дорого, могут записывать высокие fps (стоп-кадр)?

Здесь действительно два вопроса. Я уже говорил о том, что я считаю вашим главным вопросом об остановке движения, выше. Однако термин fps обозначает кадры в секунду. Иногда вы видите, что fps используется в отношении способности данной цифровой зеркальной фотокамеры снимать в режиме серийной съемки, когда камера делает фотографии настолько быстро, насколько это возможно, пока вы держите кнопку спуска затвора. Для DSLR 12-14 кадров в секунду - это очень быстро. Эта скорость не имеет ничего общего с выдержкой камеры или возможностями остановки движения.

Настоящая высокоскоростная камера записывает видеокадры так быстро, что ни один механический затвор не сможет успевать. Эти камеры имеют время экспозиции одного кадра всего 1 микросекунду и могут записывать сотни тысяч кадров в секунду. Чтобы это произошло, им, естественно, нужны чрезвычайно быстрые датчики и аналого-цифровые преобразователи, несколько параллельно работающих процессоров и сотни гигабайт быстрой встроенной памяти. Это много дорогих технологий, нацеленных на довольно маленький рынок, что делает его еще более дорогим.

Итак, важно понимать, что высокоскоростная видеокамера сильно отличается от обычной старой DSLR или видеокамеры. Хотя вы можете остановить довольно быстрое движение для одного изображения, используя вспышку в темной комнате, запись высокоскоростного видео, которое позволит вам увидеть весь процесс в экстремальном движении, требует совершенно другого подхода.

Answer 2

Потому что фотографировать гораздо больше, чем просто открывать и закрывать затвор. Данные должны считываться с датчика, обрабатываться в большей (JPEG) или меньшей (RAW) степени и большего (RAW) или меньшего (JPEG) объема данных, записанных в хранилище. Сделать это один раз, затем подождать секунду и повторить это относительно легко - и это то, что делают мостовые камеры; возможно 2 или 3 кадра в секунду. Делать это каждые 1/2500 с, последовательно и вовремя, сложно, и за это вы платите большие деньги.

Answer 3

Частота обновления, то есть скорость считывания (в основном, насколько быстро датчик выплевывает все данные из текущего кадра и готова записать следующий) большинства датчиков, на удивление медленная. Настолько медленно, что многим требуется механический затвор для управления коротким временем экспозиции.

Другими словами: чтобы сделать фотоснимок с 1/4000 с, вы просто закрываете этот механический затвор через 1/4000 с, чтобы предотвратить дальнейшую запись света, и не обращайте внимания на то, что сенсору требуется несколько секунд дольше, чем для завершения вывода данные и будьте готовы сделать еще один выстрел.

Движение камеры отличается, конечно. В этом случае датчик фактически должен закончить запись первого кадра и быть готовым записать второй. Как уже упоминалось, одна причина, которая намного дороже, заключается в том, что, особенно для высокоскоростной камеры, она требует гораздо больше памяти и вычислительной мощности «позади» датчика.

Но это на самом деле не главный фактор. Конструкция и изготовление сенсора чрезвычайно дороги. Тем не менее, камеры доступны по цене только из-за экономии масштаба (обратите внимание, что многие или большинство камер используют только несколько датчиков от нескольких производителей - практически только Sony высокого класса). Но, как мы только что описали, для движущихся камер требуются разные датчики. И движение - особенно высокая скорость, опять же - это гораздо меньший рынок, который не может достичь той же экономии масштаба. Таким образом, движущаяся камера должна быть очень дорогой или, как и VDSLR, использовать обычный «неподвижный» датчик и страдать от rolling shutter из-за низкой частоты обновления.