Цифровая видеокамера – это сложное устройство, которое состоит из нескольких важных элементов. К ним относятся: объектив; микрофон; процессор; светочувствительный сенсор; видоискатель или дисплей для его замены; аккумулятор; запоминающее устройство.
В целом устройство видеокамеры не сильно отличается от строения цифрового фотоаппарата, и принцип работы здесь в некоторой степени аналогичный. Изображение, которое пользователь видит на экране или в видоискателе, проходит через объектив и диафрагму в виде света и улавливается специальным светочувствительным сенсором. Сигнал передается от матрицы (сенсора) в процессор, который преобразует его в изображение и выводит на экран, а также сразу записывает на носитель.
Все камеры можно разделить на несколько видов: любительские; полупрофессиональные; профессиональные.
Любительские модели
Любительские – недорогие камеры с небольшими размерами. Они имеют небольшое количество настроек, слабый микрофон, а в качестве носителя информации чаще всего выступает SD карта. Такие камеры обычно не имеют оптической стабилизации и обладают плохой способностью снимать в темноте. Долгое время основным размером изображения, которое могли снимать такие устройства, являлся формат 720*576 точек на дюйм. В настоящее время даже любительские видеокамеры работают в FullHD или HD формате.
Полупрофессиональные камеры
Подобные модели имеют более внушительный вес и размеры. Здесь стоит минимум три матрицы с большим размером 1/4″, что дает лучшую цветопередачу и детализацию. В полупрофессиональных моделях стоят более мощные микрофоны, и есть оптическая стабилизация. Кроме того, меню настроек значительно шире. Запись видео также осуществляется на карту памяти.
Профессиональная техника
Профессиональные – серьезные модели с большим количеством настроек. Такие камеры весят от 4 до 15 кг, и их невозможно держать одной рукой. В устройстве подобной камеры три матрицы размером не менее 1/2”. Оптика всегда сменная, микрофон выносной и часто направленный. Запись осуществляется на жесткий диск, реже на карту памяти. Есть оптическая стабилизация. В подобных устройствах нет дисплеев, но всегда присутствует видоискатель.
По внешнему виду видеокамера напоминает кинокамеру и имеет с ней функциональное сходство, так как объект съемки с помощью объектива проецируется на плоскость изображения внутри видеокамер. Отличие заключается в том, что в плоскости изображения располагается не кинопленка, а оптоэлектрический преобразователь — прибор зарядовой связи ПЗС.
Функциональные схемы видеокамер различных фирм-изготовителей могут весьма существенно отличаться друг от друга, что связано с использованием различных микросхем, различным набором функций и различными комбинациями органов управления.
Оптическое изображение, сфокусированное объективом на матрице преобразователя свет-сигнал, преобразуется в электрический сигнал, содержащий информацию как о яркостной составляющей снимаемой сцены, так и о ее цветовом содержании. В канале обработки сигнала в результате усиления, коррекции, сложения с импульсами синхронизации и гашения на выходе процессора формируется полный телевизионный сигнал, который поступает в видеомагнитофон и в электронный видоискатель.
В блоке малогабаритного видеомагнитофона осуществляются оптимизация и преобразование сигналов к виду, удобному для записи на магнитную ленту. Так же, как и в блоке малогабаритной видеокамеры, в блоке видеомагнитофона обработка сигналов изображения осуществляется раздельно. После преобразования оба сигнала суммируются и подаются на вращающиеся видеоголовки, которые и осуществляют запись сигналов изображения на магнитную ленту.
В электронном видоискателе осуществляется визуальный контроль записываемой информации, просмотр отснятого материала, отражается режим работы видеокамер.
На магнитную ленту также записываются сигналы звукового сопровождения от встроенного в видеокамеру микрофона или от внешнего микрофона, установленного на объекте съемки; запись звукового сопровождения от внешнего микрофона позволяет устранить шумы, возникающие при работе видеокамера. Оптическая система видеокамер представляет сложное оптико-механическое устройство. В большинстве случаев это вариообъективы (трансфокаторы) с ручным и автоматическим управлением фокусным расстоянием, диафрагмой и временем экспозиции. Технические параметры и эксплуатационные возможности видеокамер во многом определяются характеристиками используемого объектива.
Прибор с зарядовой связью ПЗС (Charge-Coupled Device-CCD) преобразует сфокусированное на него оптическое изображение в электрический видеосигнал.
ПЗС представляет полупроводниковый прибор, содержащий в одном твердотельном блоке секции накопления и хранения зарядов, а также регистр выходов . Основной является секция накопления зарядов, в которой на подложку из полупроводникового материала — кремния, покрытую слоем оксида кремния, нанесена линейка тончайших и поэтому прозрачных металлических электродов. Электроды имеют очень малый размер, примерно 5x5 мкм, и образуют вместе со слоем оксида и полупроводника элементарные фотоэлементы, называемые пикселями. Количество пикселей в линейке соответствует числу элементов в строке ТВ-изображения. Если электрод освещен, то под ним возникают и накапливаются пакеты электрических зарядов, в которых количество зарядов пропорционально освещенности электрода.
Считывание накопленных зарядов в ПЗС производится подаваемыми на электроды 3-тактовыми импульсами. Придавая этим импульсам особую форму и очередность следования, можно перемещать зарядовые пакеты, возникающие под каждым электродом, от одного электрода к другому и один за другим перемещать их в секцию хранения зарядов. Оттуда зарядовые пакеты подаются на сопротивление, с которого снимается видеосигнал. В ВК применяют матрицы или чипы ПЗС, состоящие из набора линеек по числу строк в кадре. Количество пикселей в матрицах — от 500 тыс. до 2 млн.
Электронный затвор является неотъемлемой частью матричного ПЗС. Скорость электронного затвора является одной из основных характеристик видеокамеры, объявляемой производителем при анонсировании новых видеокамер.
Скорость электронного затвора — это интервал времени, в течение которого на матрице ПЗС происходит накопление заряда для создания потенциального рельефа изображения (электронного изображения). Когда говорят о той или иной скорости электронного затвора, подразумевают соответствующий режим работы ПЗС.
Преобразователи с зарядовой связью для цветных видеокамер должны обеспечивать раздельное формирование сигналов различного цвета. Для этого видеокамеры могут строиться на двух или трех матрицах ПЗС.
Система автоматического баланса белого. Для правильного воспроизведения цвета объекта съемки необходимо, чтобы основные цвета, формируемые на выходе преобразователя свет-сигнал, в зависимости от условий освещения смешивались в правильном соотношении, определяемом коэффициентами колориметрического уравнения. Для этого видеокамеры оборудованы системой баланса белого (WB — White Balance), основным элементом которой является так называемый датчик цветовой температуры. В качестве датчика обычно используется инфракрасный фоточувствительный элемент (фотодиод). Спектральный состав цвета определяется путем сравнения показателей датчика и уровня цветовых составляющих, получаемых на выходе матрицы ПЗС. На основании показаний датчика цветовой температуры происходит корректировка сигналов основных цветов, поступающих с матрицы ПЗС.
Блок управления контролирует состояние клавиш и в зависимости от выбранного режима вырабатывает управляющие сигналы для остальных блоков видеокамер. Отдельной задачей блока управления является формирование сигналов для процессора управления двигателями ЛПМ.
