Jelikož máte vypnutý JavaScript, nebudou Vám tyto stránky fungovat korektně!!!
Logo PiXEL
  HOME  |  ČASOPIS  |  E-SHOP  |  DOWNLOAD  |  SOUTĚŽE  |  PŘEDPLATNÉ  |  INZERCE  |  REDAKCE VYHLEDÁVÁNÍ
UŽIVATELÉ
E-mail (či ID předplatitele):

Heslo:

Automatické přihlášení
Registrace uživatele
Zapomněli jste heslo?

rss
ARCHIV PiXEL

ARCHIV SOUBORŮ

RUBRIKY

  audio

  video

  3D grafika

  2D grafika

  internet

  DVD/CD-R

  digitální foto

  grafické stanice

  ostatní

ARCHIV AUTORŮ
ARCHIV ROČNÍKŮ
Vyšlo v časopisu: PiXEL 127/128

vysokorychlostni-kamery

 Vysokorychlostní kamery

Video    WindowsMacOSLinuxZapůjčil

Jistě znáte televizní reklamy, které jsou proloženy úžasně dokonalými, detailními záběry. Ukazují ve zpomaleném běhu procesy, které ve skutečnosti pouhým okem nepostřehnete...

Vysokorychlostní kamery

Nejčastěji to bývají záběry potravin, čokoládových výrobků, nápojů, ovoce nebo kosmetiky, či lépe řečeno procesů, které se odehrávají při jejich výrobě apod. Pojďme se podívat do zákulisí, jak takové záběry vznikají.


Historie hi-speed kamer

V počátcích kinematografie se empirickým způsobem došlo k optimální rychlosti filmového záznamu. Zavedená rychlost 24 snímků za vteřinu odpovídá nejnižší možné frekvenci zobrazování po sobě jdoucích statických obrázků, které lidské oko ještě vnímá jako plynulý pohyb. Takto zachycený pohyb pak vyžaduje stejnou rychlost promítání, aby se dosáhlo přirozeného pohybu jako v reálném čase. Na tomto principu filmového záznamu je také založen fakt, že promítáním záznamu v jiné rychlosti, než v jaké byl pořízen, lze záběr zpomalit nebo zrychlit. V jiné rychlosti záznamu se tak dá nalézt nový pohled na zachycenou realitu.

Zaznamenat film tak, aby byl promítán zrychleně, není až tolik těžké. Sníží se frekvence záznamu, případně se zrychlí promítání. Výsledky známe nejčastěji jako filmové grotesky nebo jako časosběrné (Timelapse) video s přírodními nebo industriálními motivy. Metody, jak dosáhnout zrychlení při sekvenčním snímání, se navíc mohou kombinovat s dílčími pohyby kamery. Statické kameře přidají pohyb nebo mění transfokační parametry. Další možnost použití různé rychlosti snímání nabízí například výroba triků. Záznamem po jednotlivých polích metodikou Stop-motion je možné zachytit různé formy statického obrazu a rozpohybovat je do animací. K trikovému záznamu takového videa postačí i digitální fotoaparát a jednoduchý software.

Horší je to se zpomaleným výsledkem. Snímání spojité skutečnosti vyšší rychlostí do kvantifikovaného záznamu je možné, brzy však naráží na mechanické limity kamery. Vyrobit filmovou kameru s pohyblivými díly, které zaznamenají tisíce až desetitisíce snímků za vteřinu, je těžké a se stoupajícími rychlostmi až nemožné. Vibrace, odstředivé síly a tření při provozu prakticky znemožňují použít princip klasického kinematografu. Proto byly vymýšleny konstrukce kamer opticko-mechanické, kdy se nepohyboval exponovaný materiál, ale pouze část optiky, tj. zrcadlo odrážející obraz na políčka. Film byl spirálovitě uchycen na dutý buben a zrcadlo na vícehranném hranolu umístěné v jeho pomyslném středu za krátkou dobu exponovalo velké množství polí. Omezení bylo mnoho a tak ani toto řešení v praxi nepřežilo. Později se vyvinuly speciální kamery, které posun filmu zrychlily, ale jejich provoz je pro běžné použití stále velmi nákladný. Představte si, že pro zachycení i krátké sekvence je nutné kameru s filmem nejdříve rozjet na požadovanou rychlost, pak v krátkém čase exponovat a poté opět vše zpomalit a zastavit. Současně je nutné umět se expozicí strefit do krátkého časového úseku proběhlého jevu. Z toho je patrné, jak je celý proces komplikovaný, nejistý ve výsledcích a tudíž i drahý. Jakmile však přišla na svět digitální technika, začaly vznikat i digitální vysokorychlostní kamery, které díky své "bezbolestné" opakovatelnosti záznamu zlevnily celý proces a dnes svými parametry předčí ty klasické. Přesto jsou i zde určitá specifika, o kterých si ještě napíšeme dále.

Teorie optických a fyzikálních parametrů vysokorychlostních kamer

Popišme si, jakými rysy se vysokorychlostní záběry charakterizují a za jakých technických předpokladů mohou vzniknout. Kvůli specifickým požadavkům se dnes používají takové kamery a optika, které poskytnou právě požadovaný výsledek. Kamery nejsou univerzální, existuje množství různých typů. Mohou být pouze černobílé, s nízkým rozlišením, ale existují i plnobarevné s vysokým rozlišením. Pro specifické případy jsou připojovány například optické endoskopy. Různé objektivy se používají podle toho, co je snímáno, například při crash testech nebo natáčení stíhaček je použita jiná optika, než při záznamu detailů pro reklamu.

U reklamních detailů se na chvíli zastavme. Detailní zpomalené záběry jsou nejčastěji snímány kamerou v režimu makro, velké optické přiblížení k objektu tedy znamená současně snížení hloubky ostrosti. Tyto dva parametry jsou na sobě závislé, vycházejí z optických vlastností většiny objektivů.

S prodloužením ohniskové vzdálenosti při daném průměru objektivu se také snižuje světelnost. Optickou soustavou prochází méně světla a proto je nezbytně nutné scénu při snímání dostatečně, spíše nadstandardně nasvítit. Zásadní vliv na výsledek má i rychlost závěrky, která definuje, jak dlouho bude obraz exponován, tj. kolik světla dopadne na CCD v jediném snímku. Velikost a fyzické rozlišení záznamového čipu také ovlivňuje kvalitu obrazu. Větší čip přirozeně dokáže přijmout více světla, naopak menší čip může mít méně parazitních jevů a nespotřebuje tolik energie. V neposlední řadě má na výsledek vliv i kvalita (technologie CCD nebo CMOS) výroby čipu, jeho citlivost, počet aktivních pixelů, případně jeho chlazení. Adekvátní chlazení může tvořit obrázky s menším šumem.

Potud je charakteristika relativně stejná jako u digitálních fotoaparátů. Další parametry se již týkají vysokorychlostního digitálního záznamu kamer. Ovšem nelze si jednoduše myslet, že čipy nebo elektronika jsou konstrukčně identické s fotoaparátem, pouze je k nim přidáno něco navíc. Vysokorychlostní kamery se již vyvinuly trochu jiným směrem.

Důležitým předpokladem úspěšného záznamu je schopnost získat v krátkém čase velké množství obrazových dat. Při snímání televizního rozlišení při frekvenci 5000 snímků za vteřinu vzniká v okamžiku hned několik gigabajtů. Přenosu velkých objemů jsou proto podřízeny prakticky veškeré dílčí součásti kamery. CCD bývá aktivně chlazené, někdy až na desítky stupňů pod bodem mrazu. Digitální obraz při teplotně stabilizovaném záznamu má za dané citlivosti minimum parazitního šumu. Záznam je lépe poměřitelný, což se pozitivně projeví na celkovém výsledku. Při expozici přecházejí videodata do vyrovnávací paměti, která je v kapacitách desítek až stovek GB a proto je mnohem rychlejší, než běžné Flash paměti. Paměť je zabudována přímo v těle kamer, existují ale i řešení s externím vysokorychlostním záznamem. Zachycená sekvence je pak přenositelná přes vnější rozhraní kamery do počítače, kde je dále zpracována.

Využití technologie

Hi-speed kamery se používají v několika průmyslových oblastech. Jsou nepostradatelné k analýzám ve výzkumu materiálů, v leteckém nebo automobilovém průmyslu. S pomocí jejich záznamu se analyzují například strukturální testy hmot a jejich chování při lomu, nebo chování kapalin či plynů (Fluid Flow). Další použití skýtají například odvětví lékařské analýzy (biomechanika, kinematika, analýza lokomoce), profesionálního sportu (analýza sportovního pohybu), balistiky (při analýze chování letících střel nebo činnosti zbraně při výstřelu) či letectví (pro záznam rychle se pohybujících částí motorů letadel). Známé je také využití při simulovaných kolizích u aut, tj. crash-testech. Proto jsou některé kamery konstruovány s odolností proti nárazu až do několika stovek G.

Ovládání

Ovládání kamery je přizpůsobeno jejím parametrům (tj. její maximální rychlosti a kapacitě paměti), konkrétnímu způsobu použití a současně nedokonalosti lidské obsluhy. Kamera je ovládána externím spouštěním (triggerem), který spouští obrazový záznam. Bohužel to ale není tak jednoduché. Lidské reakce na podněty mají zpoždění řádově několik desetin vteřiny a pouhé manuální spouštění může být tedy aktivováno příliš pozdě po proběhnutí akce, kterou má kamera zachytit. Celková kapacita paměti není neomezená, nelze tedy kameru jednoduše spustit a pak kdykoliv zachytit scénu. Pro konkrétní spouštění proto může být vhodnější trigger elektronicky aktivovaný, synchronní se spouštěnou scénou. U jevů, které nelze elektronicky synchronizovat, je výhodou průběžné bufferování záznamu v kameře. Hi-speed kamera kontinuálně zaznamenává poslední vteřiny scény do paměti a při člověkem spuštěném záznamu se uchová zachycený děj, který právě předcházel zmáčknutí triggeru. Tím je ošetřeno propásnutí rychle proběhlých okamžiků, které mohou být nenahraditelné.

Software

Aplikace pro ovládání kamer a pro zpracování jejich výsledků je nutné dělit podle cílového užití. Vždy jde o kamerové ovladače pro komunikaci kamery s počítačem a dále o specializované, jednoúčelové programy, které data dále přebírají. V případě výzkumu a analýzy obrazu existují metody, jak zpracovat zachycené výsledky. Používá se obrazové měření, analýza rychlosti pohybu, porovnávání, kvantifikace nebo extrakce vizuálních dat do nějaké statisticky zpracovatelné formy. V případě konkrétních týmů používajících kamery je časté, že si připraví vlastní softwarové vybavení, které jim usnadní zpracování výsledků jejich specifickým způsobem.

Prakticky s hi-speed kamerou

Navštívili jsme pražské studio Shotbox (www.shotbox.cz), které se zabývá tvorbou "tabletop" TV reklam. Prostřednictvím Shotboxu si můžeme představit reálné použítí hi-speed kamery v praxi. Díky svému zaměření, zakázkám i kvalitě výsledků mají rozsáhlou klientelu v Čechách i zahraničí, přičemž v Evropě má Shotbox pouze velice malou konkurenci.

V pražském Shotboxu mne uvítal Petr Hrdlička, který je i spoluzakladatelem této relativně mladé česko-britské firmy. Rozjet firmu se rozhodli, když objevili určitou příležitost na trhu a současně zhodnotili prostředky, které k vysokorychlostnímu záznamu měli. Představit si podrobně celý proces výroby tu ale není příliš možné jak z důvodu specializace a komplexity, tak i z důvodů určitého chránění know-how, kterým firma disponuje. Nahlédněme tedy alespoň trochu do zákulisí.

Tabletop

Pojem "tabletopu" charakterizuje v reklamní oblasti vše, co se týká jídla, nápojů a produktů vůbec. Může jít o fotografie, ale také o video. Jídlo a nápoje jsou pro reklamu nekonečným stále se opakujícím tématem, které lze ale představit pokaždé jinak.

Nyní však prozradím "kruté" tajemství. Ostatně těm, kteří se v produkci reklam pohybují, asi neřeknu nic nového. U vysokorychlostního snímání hraje tento fakt zásadní roli: pro úspěšný záznam potravin a produktů pro reklamu je z velké části nutné vyrobit fotorealistické modely, které zastupují skutečné produkty, například modely ovoce nebo cukrovinek. Důvod je prozaický. Ateliérové prostředí a způsob expozice je nevhodný pro tak nestálé předměty, jako je jídlo. Scéna je pod intenzívním světlem, ve kterém cokoliv ztrácí čerstvost během několika desítek vteřin. Pro získání dokonalého záběru se však natočení scény často několikrát opakuje a je tedy nezbytně nutné zachovat identickou konzistenci všech objektů - vše musí zkrátka vypadat chutně. Proto se jako náhražky originálů používají precizní modely, speciální hmoty a kapaliny, simulující ty skutečné. V Shotboxu dokáží namíchat umělou a přitom dokonale tekutou čokoládu, mléko, smetanu, džusy, karamel, med a podobně. Dokáží vyladit konzistenci i přesné fyzikální vlastnosti u všech zástupných hmot. Veškeré umělé ovoce vzniká ve speciální modelářské dílně. Je ve větším měřítku a s detaily k nerozeznání od originálu. Když jsou všechny rekvizity připravené, záznam může začít!

Kamera a výbava

V Shotboxu používají modifikovanou kameru značky Redlake, která má však v jejich provedení několik úprav, aby se dala lépe použít právě pro potřeby tabletop TV reklam. Mohu k ní být připevněny filmové objektivy ARRI nebo Nikon. Tělo je svým tvarem podobné průmyslovým kamerám. Kamera zachycuje obraz v maximálním rozlišení 1504x1128 px při snímkové frekvenci 1.000 fps. Při snímkové frekvenci až 100.000 fps se její rozlišení adekvátně snižuje. Paměť kamery má kapacitu až 50 sek. Výstup z kamery probíhá po gigabitovém Ethernetu a přenos právě zachycené sekvence může trvat i několik minut. Ke kameře si v Shotboxu naprogramovali vlastní ovládací software, který umožňuje na tisícinu vteřiny přesně spouštět trigger i ostatní rigy.

Rigy

Pro perfektní záběry je důležitá i opakovatelnost. Jedině tak si může klient vybrat z několika variant nebo říci, kde co ještě zlepšit, ubrat nebo přidat. K tomu, aby dokázali perfektně zopakovat scénu, mají v Shotboxu speciálně připravená pomocná zařízení, kterým říkají rigy. Ty v přípravě scény zajišťují maximálně přesnou synchronizaci v pohybu nebo ve spouštění akcí. Eliminují nepřesnost lidského faktoru, protože veškerá akce se odehrává ve vteřině. Náhodným záznamem nepřevídatelných akcí nelze ničeho dosáhnout, a tak i padání jahod do jogurtu musí být standardizovatelné a ovladatelné na milimetr a tisícinu vteřiny přesně.

Expozice

Celý proces se odehrává většinou v ateliéru plném osvětlovací techniky. Podle typu zakázky se ladí scéna zachycující někdy šťavnatý pomeranč, jindy cinkající kostky ledu. Vše pěkně umělé a odolné vůči extrémnímu tepelnému výkonu výbojek. Pro tvůrčí atmosféru je velmi praktické, že se po záběru lze v krátké době podívat na výsledek, v případě chyb upravit rigy, časování a vše si zopakovat znovu. Pro studiové vybavení hledali v Shotboxu adekvátní přenosný notebook k záznamu dat, který má zdvojené diskové kapacity a dostatečnou rychlost. Také tuto komplikaci ve výbavě nakonec vyřešili.

Postprodukce

Po úspěšném záznamu, kdy se vodní kapky rozstříknou na přání a oplatka postodvacátépáté křupne přesně tak, jak chce zákazník, přichází na řadu počítačový "facelift". Ostatně bez postprodukce by se to neobešlo, na první pohled je výsledek stále ještě neuspokojivý. Přenesený RAW obraz má 10bitovou hloubku a uložený bývá jako sekvence statických snímků. Tak se importuje do Flame a zpracovává do budoucí reklamy. Shotbox využívá úzké spolupráce se svou sesterskou firmou, studiem Mirage (www.mirage.cz), kde se tyto snímky upravují na online pracovištích. Pokud vás napadlo, že lze přece použít i čistě 3D modely z počítače, tak to je jistě pravda, ale právě u jídla a organických předmětů je věrohodnost výsledku velmi zásadní. Divák je citlivý pozorovatel a odhalil by jakoukoliv nepřirozenost. Reálné modely v kombinaci se skutečností poskytují přesvědčivější výsledky.

Vlastní hi-speed?

Petr Hrdlička říká, že každý, kdo by si to chtěl zkusit sám, musí vědět, že nejde o nic snadného. Kamera a příslušenství je docela drahá záležitost a je využitelná pouze specificky. Výsledky sice uvidíte i ve filmových tricích, ale prakticky vždy jde o sekvence v řádech vteřin. Divácky nejzajímavější oblastí tedy zůstávají reklamy. Reklama dokáže vysokorychlostní natáčení financovat, a tak jsou v ní záběry nejvíce vidět. Kromě kamery je totiž nutné zajistit i prostředí a prostředky pro úspěšný záznam. Fyzika je neúprosně platná pro všechny. Kompenzace projevů vyžaduje mnoho zkušeností a efektivní produkční tým. Kdo přípravu zanedbá, dostane se při snaze o kvalitní výsledky do nepřekonatelných potíží.

Ani moderní počítače ve zpomalení příliš nepomohou. Softwarové způsoby zpomalování obrazu jsou založeny na pokročilém propočítávání sousedících videosnímků. Přestože metody Motion-flow již velmi zlepšily výsledky, je stále zásadní problém s ostrostí při komplikovaných scénách nebo scénách s velkým zpomalením. Kde není jednoznačná obrazová informace, tam pravděpodobně ani nová nevznikne. Je tedy možné zkusit to zkrátka jen do určité hranice. Pokud tedy potřebujete získat dokonalé zpomalené video, nakonec dospějete k odborníkům, kteří s vysokorychlostním záznamem mají zkušenosti.

Na PiXEL DVD se podívejte na ukázky vysokorychlostních záznamů a jsou zde připravené i klipy exkluzivně pro PiXEL, které si můžete přidat do svého videa.

Podhorecký Jiří
 PiXEL 127/128 (7-8/2007)



VYHLEDÁVÁNÍ V DALŠÍCH ČLÁNCÍCH Z ČASOPISU
Hledaný text:  
 
V případě, že zadáte více slov, bude se hledat pouze toto přesné slovní spojení!
Zadejte celé hledané slovo či slovní spojení, nebo použijte na začátku či konci znak *

Podmínky pro vyhledávání
Text hledat v v textu celého článku v názvu a popisce jen v názvu
 


 
Obálka PiXEL 127
PiXEL 127/128
© 2016 ATLANTIDA Publishing s.r.o.

Umístěno na serveru Stable.cz
Optimalizováno pro Microsoft Explorer
a minimální rozlišení 1024x768