Wielcy reżyserzy filmowi wiedzą, że tak naprawdę nie zajmują się fotografowaniem aktorów – zajmują się nagrywaniem światła. W końcu w latach 60. i 70. zaczęli to wykorzystywać, od czasu do czasu strzelając prosto w światła na swoich planach, co stało się znakiem rozpoznawczym reżyserów takich jak Stanley Kubrick i Steven Spielberg.
Wideografia jest młodszym bratem kinematografii filmowej, a zrozumienie roli, jaką światło odgrywa w wideografii, jest kluczem do zrozumienia różnicy między technologią CCD i CMOS.
CCD oznacza urządzenie ze sprzężeniem ładunkowym; CMOS oznacza komplementarny półprzewodnik z tlenku metalu. Są to chipy, na których skupia się światło przechwytywane przez obiektyw kamery. Sygnały te są dalej przetwarzane w kamerze, a ostatecznie obraz jest zapisywany na nośniku pamięci kamery, niezależnie od tego, czy jest to taśma, płyta DVD, czy wewnętrzny lub zewnętrzny dysk twardy. Kamery z wieloma przetwornikami obrazu wykorzystują jeden chip na każdy kolor podstawowy światła (czerwony, zielony i niebieski) i wykorzystują osobny procesor obrazu do łączenia trzech sygnałów w kolorowy obraz wideo. Nowsze i tańsze układy CMOS łączą zarówno czujnik obrazu, jak i procesor obrazu w jednym układzie. Wszystkie konstrukcje CCD wykorzystują procesor obrazu, który jest oddzielony od rzeczywistego czujnika wychwytującego światło.
Pierwsza duża różnica między nimi polega na tym, że chipy CMOS są produkowane podobnie jak tradycyjne mikroczipy, podczas gdy przetworniki CCD, wykorzystujące technologię, której początki sięgają wynalazku Bell Labs z 1969 roku, wykorzystują własny, zastrzeżony proces produkcyjny.
Aby zrozumieć ich rolę w nagrywaniu wideo, warto przypomnieć sobie stuletnią technologię, kamerę filmową. W kamerze filmowej, gdy obraz przejdzie przez obiektyw i aperturę, zapisuje się go na taśmie plastikowej folii zawierającej substancje chemiczne wrażliwe na światło i kolor w celu późniejszego wywołania. W kamerze wideo czujnik obrazu CMOS lub CCD tłumaczy obraz z obiektywu na dowolny nośnik cyfrowy, z którego korzysta dana kamera.
Ze względu na swoje pochodzenie w branży chipów komputerowych, chipy CMOS są tańsze w produkcji. Ogólnie rzecz biorąc, kamera wyposażona w oddzielne przetworniki CCD zapewnia lepszą jakość obrazu z mniejszą ilością szumów elektronicznych niż pojedynczy układ CMOS.
Postępy w technologii produkcji zmniejszają różnice w jakości między dwoma typami przetworników obrazu. Ale zanim którykolwiek typ chipa będzie mógł zadziałać swoją magią i elektronicznie uchwycić obraz, obraz musi tam dotrzeć. Poświęćmy kilka chwil na analizę jego łańcucha sygnałowego.
Niech stanie się światłość
Jak większość filmowców wie, właściwe oświetlenie jest niezbędne zarówno ze względu na estetykę, jak i minimalizację szumów wideo. Niezależnie od tego, czy jest to słońce, „Boskie światło o mocy 10 000 000 kilowatów”, jak nazwał je kiedyś reżyser Titanica James Cameron, czy zwykły zestaw lamp kwarcowych, oświetlenie na planie lub miejscu wchodzi do wnętrza kamery wideo przez szkło obiektywu. (lub plastiku obiektywu, w niektórych aparatach konsumenckich niższej klasy).
Rozmiar obiektywu kamery ma wpływ na jej wydajność. Wiele małych kamkorderów klasy konsumenckiej na podłodze w lokalnym sklepie z dużymi pudełkami elektronicznymi ma wyjątkowo małe obiektywy. Może to wpłynąć na ich zdolność do działania w warunkach słabego oświetlenia:obiektyw o większej średnicy przechwyci więcej światła niż mniejszy obiektyw. Ogólna miniaturyzacja wielu kamer konsumenckich wyjaśnia również nacisk na chipy CMOS, ponieważ CCD zwykle zużywają znacznie więcej energii. Używanie CMOS pomaga kamerom konsumenckim używać mniejszych, ale trwalszych baterii, pomagając zmniejszyć rozmiar.
Gdy światło wyjdzie poza szybę obiektywu, najpierw trafia w aperturę kamery, a następnie w przesłonę – jeśli ją posiada. Chociaż kilka kamer CCD wyższej klasy ma mechaniczne przesłony, podobnie jak kamery filmowe, większość kamer konsumenckich nie. Chipy CMOS elektronicznie określają długość ekspozycji.
Jak mieć w ręku fotomatę
Gdy światło dociera do przetwornika obrazu, staje się analogowym sygnałem elektrycznym. W kamkorderach z matrycą CCD sygnał trafia do procesora obrazu, ale w kamkorderach z matrycą CMOS sygnał wyjściowy z urządzenia CMOS jest obrazem zakodowanym, więc procesor obrazu nie jest wymagany. Następnym przystankiem dla zakodowanego obrazu jest nośnik pamięci aparatu. W zależności od zaawansowania kamery, jej procesor obrazu automatycznie wykonuje również szereg funkcji cyfrowego przetwarzania obrazu, który został do niej przekazany. Mogą to być balans bieli, filtrowanie i stabilizacja obrazu, korekcja błędów, transformacja kolorów i inne procesy.
Liczba pikseli na przetworniku obrazu wpływa na jego wydajność pod względem ogólnej rozdzielczości oraz w bardziej wyspecjalizowanych zastosowaniach, takich jak fotografowanie w słabym świetle. Ostatecznie liczba pikseli wzrośnie wraz ze wzrostem jakości – i ceny – kamery. Ale przynajmniej to jest coś, co można łatwo porównać.
Innym obszarem, w którym konstrukcje oparte na CCD zapewniają większą elastyczność niż ich kuzyni CMOS, jest ich zdolność do kontrolowania wzmocnienia. Profesjonalne kamkordery często są wyposażone w zewnętrzny przełącznik regulacji wzmocnienia, który reguluje czułość przetwornika CCD, aby odpowiednio wzmocnić sygnał wejściowy lub zredukować szum wideo. W przypadku typowych zastosowań najlepiej jest dostosować ekspozycję za pomocą przysłony i czasu otwarcia migawki, a nie elektronicznej regulacji wzmocnienia. Jednak zdarzają się sytuacje, w których zwiększona czułość – i nieodłączny wzrost szumów – jest kompromisem w celu uzyskania użytecznego ujęcia, szczególnie w warunkach słabego oświetlenia i strzelania, kiedy można zaakceptować niższą jakość wideo i ziarnistość.
Koordynowana kolorystycznie kamera
Czujniki obrazu wykrywają i rejestrują tylko intensywność padającego na nie światła, rejestrując obraz w skali szarości; w rzeczywistości same nie nagrywają w kolorze. W jednoukładowej konstrukcji kamkordera na przetworniku obrazu znajduje się zestaw filtrów barwnych. Gdzieś pomiędzy powierzchnią, na którą światło pada na czujnik obrazu, a zakodowanym sygnałem wyjściowym procesora obrazu, kolor jest wyodrębniany zgodnie ze wzorem maleńkich filtrów barwnych. Strumień danych przechodzi przez kodek używany przez kamerę (zwykle DV, MPEG-2 lub AVCHD) w celu skompresowania przed nagraniem na dowolny nośnik używany przez kamerę, czy to taśmę, dysk twardy, dysk, kartę pamięci, połączenie sieciowe itp.
W przypadku kamkorderów wyższej klasy z wieloma czujnikami obrazu, każdy czujnik rejestruje jeden podstawowy kolor światła przez pryzmat wewnątrz aparatu. Pryzmat dzieli światło wpadające do obiektywu kamery na czerwony, zielony i niebieski, a następnie wysyła te kolory do odpowiedniego czujnika obrazu, gdzie zakodowana jest intensywność każdego koloru. Potrzeba trzech oddzielnych czujników, po jednym dla każdego koloru podstawowego, to kolejny powód, dla którego 3-chipowe kamery profesjonalne są droższe niż kamery konsumenckie.
Niezależnie od tego, czy masz małą kamerę opartą na CMOS z pojedynczym przetwornikiem obrazu, czy jednostkę 3-CCD pro z oddzielnym i złożonym wysokiej klasy procesorem obrazu, te układy wykonują mnóstwo pracy, która była wykonywana przez wielu części mechaniczne i dużo chemii w czasach filmowania. Ale nie są one pozbawione własnych problemów.
Rotalna migawka, rozmazujący się CCD
Nie, to nie jest nazwa filmu o szalonych sztukach walki, ale podkreśla niektóre kompromisy każdej technologii.
Kontynuując naszą analogię z początku artykułu, fotografowanie bezpośrednio w prześwietlone jasne światło za pomocą kamery CCD może skutkować smużeniem, które często objawia się rażąco widocznymi pionowymi smugami, bardzo różniącymi się od sposobu rozkwitania światła podczas fotografowania na kliszy.
Większość kamer CMOS używa ruchomej migawki elektronicznej do przechwytywania obrazu sekwencyjnie w cienkich rzędach od góry do dołu w trakcie pojedynczej klatki. Jest to przeciwieństwo bardziej tradycyjnej globalnej migawki kamery CCD, w której czujnik rejestruje cały obraz.
Ruchoma migawka kamery CMOS może narzucić inny rodzaj zniekształcenia:przekrzywienie. Może to spowodować zniekształcenie pionowych linii w ujęciu podczas szybkiego panoramowania. (Wyobraźcie sobie ujęcie drapacza chmur w Nowym Jorku, jako ekstremalny przykład.) Ale dla tych, którzy głównie kręcą wesela lub materiały gadające, zbierające wiadomości, żaden z tych problemów nie będzie się pojawiał zbyt często. Jednak filmowcy zorientowani na działanie, uważajcie.
Wybór kamery wideo
Wybór między CMOS a CCD to tylko jeden z wielu elementów, które należy wziąć pod uwagę przy zakupie nowej kamery wideo. Innym jest rozmiar obiektywu i to, czy kamera akceptuje wymienne obiektywy do zastosowań szerokokątnych, teleobiektywu, makro i innych specjalistycznych zastosowań. Czy kamera jest wyposażona w wejścia XLR do użytku z profesjonalnymi mikrofonami? Czy te wejścia XLR zapewniają zasilanie phantom dla przypinanych mikrofonów lavalier? Jak elastyczne są elementy sterujące kamery na czas, gdy nie chcesz uruchamiać kamery w trybie automatycznym?
Jak w przypadku każdego profesjonalnego sprzętu, od instrumentów muzycznych po mikroskopy, słaba technika przyniesie złe rezultaty, nawet jeśli używasz najdroższej kamery. I odwrotnie, dobra technika może dawać akceptowalne – czasem nawet świetne – obrazy nawet w najtańszych aparatach konsumenckich.
Więc czy powinieneś wybrać CCD zamiast CMOS? Zapytaliśmy Hahna Choi, który jest jednym z talentów za kamerą w startupie internetowym PJTV.com (gdzie, w pełnym ujawnieniu, od czasu do czasu jestem talentem na antenie). Choi powiedział:„Jeśli chodzi o jakość, moja osobista opinia jest taka, że nie ma ona znaczenia ze względu na kompresję, która jest używana w większości kamer HD. Niezależnie od tego, czy jest to HDV, czy AVCHD, nadal jest to kompresja, co wpłynie na jakość wideo. Dzięki aparatom przetwarzającym również trudno jest powiedzieć, że jeden jest lepszy od drugiego”. Jednak chociaż wielu producentów z wyższej półki, w tym Red Digital Cinema, zaczyna używać układów CMOS, jeśli możesz sobie na to pozwolić, 3-CCD jest drogą do zrobienia. Jest to szczególnie ważne, jeśli Twój materiał jest ostatecznie zaprojektowany tak, aby trafił do telewizji.
Ale w dzisiejszych czasach kręci się tak wiele materiałów dla sieci, dla witryn agregujących wideo, takich jak YouTube, a blogi i witryny dużych mediów stają się multimediami. Jeśli tak jest, biorąc pod uwagę czynniki wymienione przez Choi, dobra kamera CMOS wystarczy do wielu celów.
Ed Driscoll jest niezależnym dziennikarzem zajmującym się kinem domowym i mediami.