Doskonałym przykładem jest wideo – wykorzystuje procesy opracowane do nagrywania dźwięku, filmu i fotografii oraz telewizji i łączy je w nową technologię. Ale jak w przypadku każdej technologii, nie ma magii w tym, jak kamera „widzi” światło, tylko inżynieria i nauka.
Centrum nerwowe to czujnik CCD
Odkąd w XIX wieku wynaleziono kliszę do aparatu, obiektyw aparatu skupiał światło na światłoczułych solach halogenków srebra znajdujących się na kliszy fotograficznej, niezależnie od tego, czy efekt końcowy to zdjęcia, czy filmy. W przypadku wideo obiektyw kamery skupia obraz na czujniku elektronicznym zwanym CCD, co jest skrótem od urządzenia ze sprzężeniem ładunkowym. Czujnik CCD zawiera setki tysięcy światłoczułych diod, czyli fotoobiektów, które rejestrują intensywność otrzymywanego światła i przekształcają ten pomiar na ładunek elektryczny. Intensywność tego ładunku odpowiada sile światła, które otrzymuje każda fotokomórka.
Od skali szarości do żywych kolorów
Fotowitryny są ostatecznie konwertowane na piksele w obrazie wideo, ale jest krok pośredni, ponieważ matryce CCD nie rejestrują kolorów. Wykrywają i rejestrują jedynie intensywność padającego na nie światła, rejestrując obraz w skali szarości. Przechwycony obraz w skali szarości jest następnie przesyłany do oddzielnej tablicy filtrów kolorów, która przechwytuje poszczególne kolory podstawowe:czerwony, zielony i niebieski.
W przypadku kamer z wyższej półki z wieloma przetwornikami CCD, każdy przetwornik CCD jest przeznaczony do uchwycenia pojedynczego elementu spektrum kolorów. Otrzymują światło przez pryzmat wewnątrz aparatu. Pryzmat pobiera światło wpadające do obiektywu aparatu, dzieli je na czerwone, zielone i niebieskie, a następnie wysyła te kolory do odpowiedniego przetwornika CCD, gdzie zakodowana jest intensywność każdego koloru. Potrzeba trzech oddzielnych przetworników CCD, po jednym dla każdego podstawowego koloru światła, jest jednym z powodów, dla których kamery profesjonalne z trzema przetwornikami CCD są droższe niż kamery CMOS klasy konsumenckiej. Układy CMOS (komplementarne półprzewodniki z tlenku metalu) łączą zarówno czujnik obrazu kamery, jak i jej jednostkę centralną (CPU) w jednym układzie.
Niezależnie od tego, czy masz małą kamerę CMOS z pojedynczym przetwornikiem obrazu i stosunkowo prostym procesorem, czy też jednostkę 3CCD pro z oddzielnym i złożonym procesorem high-end, te układy wykonują mnóstwo pracy, która była wykonywana przez wielu mechanicznych części i dużo chemikaliów w czasach kamer filmowych. Ale najpierw te chipy muszą wchodzić w interakcje z obiektywem kamery.
Przez szklankę, ale nie za ciemno
Oczywiście nie wszystkie aspekty postrzegania światła przez kamerę obejmują elektronikę; Istotną rolę odgrywa również fizyka obiektywu kamery. Bardziej niż jakikolwiek inny aspekt filmowania, sposób działania obiektywu został przeniesiony z pierwszych dni fotografii i filmów.
Rozmiar tęczówki musi zmieniać się w przeciwieństwie do ilości światła, którą otrzymuje. Dużo światła zawęzi tęczówkę aparatu. Otworzy go mniej światła. W kamerach konsumenckich wszystko to odbywa się automatycznie przez obwody wykrywające światło wewnątrz kamery. Lepsze kamery umożliwiają również ręczną zmianę tych ustawień.
Oczywiście, jeśli obraz jest na początku zbyt ciemny, po prostu nie będzie wystarczającej ilości światła wpadającego do obiektywu, aby zarejestrować przyzwoity obraz, niezależnie od tego, jak szeroko otwarta jest przesłona. Może to spowodować, że na nagranym obrazie będą widoczne szumy elektroniczne. Stąd potrzeba dużej ilości światła słonecznego lub, gdy w środku, świateł wideo, aby uzyskać płynny, równomiernie oświetlony obraz.
Podobnie, ponieważ ustawienia przysłony wpływają również na głębię ostrości, filmowcy i ich poprzednicy, oryginalni operatorzy filmowi, od dawna manipulowali rozmiarem tęczówki aparatu, aby wpłynąć na to, jaka część ujęcia jest ostra. Na przykład, począwszy od filmu Citizen Kane z 1941 roku, operatorzy często używali kombinacji dużej ilości światła i dramatycznie zamkniętej przysłony, aby uzyskać obrazy o głębokiej ostrości.
Migawka wpływa również na sposób rejestrowania światła
Jeśli kiedykolwiek skierowałeś kamerę CCD bezpośrednio na jasne światło wideo, widziałeś, co się dzieje. W przeciwieństwie do kamery filmowej, w której uzyskasz efekt aureoli, nagrane wideo często daje rażące pionowe smugi. (Jednak wszelkie smugi, które zobaczysz za pomocą kamery opartej na CCD, bledną w porównaniu z poważnymi opóźnieniami i smugami, które były powszechne w przypadku kamer opartych na lampach w przeszłości.)
Z drugiej strony, większość aparatów CMOS wykorzystuje elektroniczną migawkę do rejestrowania obrazu sekwencyjnie w cienkich rzędach od góry do dołu w trakcie pojedynczej klatki. Roleta może generować inny rodzaj zniekształceń wizualnych. Zbyt szybkie panoramowanie kamerą CMOS często powoduje przekrzywienie, czyli zniekształcenie pionowych linii obrazu.
Co się dzieje na drugim końcu?
W dzisiejszych czasach kamkordery używają różnych nośników pamięci. Ale niezależnie od tego, czy jest to taśma DV, HDV, dysk twardy, czy nawet nośnik Flash, nagrywają cyfrową wersję natężenia światła wpadającego do ich obiektywu.
Po przeciwnej stronie obiektywu komputer lub telewizor cyfrowy pobiera informacje i odwraca powyższy proces. Zwiększa intensywność światła w określonych obszarach odtwarzanego obrazu, w oparciu o intensywność ładunku elektrycznego.
Na szczęście wszystko to w praktyce jest nieskończenie łatwiejsze niż opisywanie, co pozwala nam skupić się na całościowych produkcjach, a nie na drobiazgach technologicznych. Komputer obejmuje niezliczoną ilość procesów zachodzących mikrosekunda po mikrosekundzie, ale które uważamy za oczywiste (przynajmniej do czasu awarii). Podobnie złożony proces przekształcania światła na obrazy cyfrowe odbywa się z niemal natychmiastową prędkością wewnątrz urządzenia, które w najmniejszym stopniu mieści się w dłoni.
Być może to, co powiedziałem na początku było niepoprawne, a może to magia. A przynajmniej na pewno nie do odróżnienia.
Edward B. Driscoll Jr. jest niezależnym dziennikarzem zajmującym się kinem domowym i mediami.