Самая быстрая видеокамера в мире способна разглядеть продвижение ультракороткого импульса света через однолитровую бутылку, подобно тому как обычные скоростные камеры в деталях снимают пролёт пули сквозь яблоко.
Раскар известен нам по целому ряду впечатляющих опытов. Достаточно вспомнить камеру, . Она, кстати, является близкой родственницей новинки – у них есть общие элементы и схожи приёмы работы со светом.
Для начала, впрочем, полюбуемся, как сферический волновой фронт от импульсного лазера прокатывается по выставленному физиками натюрморту. Каждое такое колечко пересекает сцену со скоростью света, но в замедленном ролике оно просто ползёт.
Экспериментаторы называют новую систему Trillion FPS Camera . Правда, на деле эффективное время экспозиции каждого кадра тут составляет 1,71 пикосекунды (триллионных долей секунды), так что аппарат отображает продвижение света по сцене с частотой съёмки «всего» в 0,58 триллиона кадров в секунду. Но округление авторам удивительной машины вполне можно простить.
Для сравнения, для фиксации быстротечных событий выдавала более шести миллионов кадров в секунду.
Заметим, однако, что ещё один метод замедленной съёмки, базирующийся на голографии (light-in-flight holography), позволяет достичь большего темпа — целых 100 миллиардов кадров в секунду. Увы, эта технология пригодна вовсе не для любых ситуаций, так как работает только с когерентным светом. А его лучи теряют согласованность сразу же, как только проходят сквозь разные объекты, и потому метод отказывает.
В способе съёмки Раскара свет может быть самым обычным, а лазер в роли подсветки тут применяется не из-за когерентности исходного пучка, а из-за необходимости в ультракоротких вспышках.
Новая система способна фиксировать свет, не только проходящий сквозь прозрачную цель, но и отражённый от непрозрачного тела. Видео запечатлевает продвижение световых волн по поверхности объекта. Для выявления тонкостей их взаимодействия применяется цветовое кодирование времени прихода различных импульсов (фото MIT Media Lab, Camera Culture).
В качестве основы для новой системы учёные использовали стрик-камеру (streak camera). В таком устройстве лучи света попадают на фотокатод через узкую щель.
Выбитые электроны за счёт быстроменяющегося электрического поля отклоняются в направлении, перпендикулярном щели. Далее они летят к детектору.
Таким способом временная развёртка короткого импульса света превращается в пространственную. Прибывшие чуть раньше фотоны отражаются в детекторе в несколько иной позиции, чем частицы прилетевшие чуть позднее.
Рекордная камера и подготовленная для съёмки сцена (фото MIT Media Lab, Camera Culture).
Изображения, добываемые с помощью такой камеры, получаются двумерные, передаёт институт, но при этом одно измерение в кадре является пространственным (оно расположено вдоль щели), а второе – это время.
Чтобы зафиксировать сцену полностью, изобретатели применили медленно поворачивающееся зеркало, направляющее взгляд щелевой камеры на новые и новые линии.
Для съёмки целого ролика пробег волнового фронта вдоль сцены следует повторить миллионы раз. А чтобы взаимное расположение световых полос в кадрах было правильным, необходимо точно синхронизировать импульсы лазера подсветки (частота следования – 13 наносекунд, ширина импульса – несколько фемтосекунд) и срабатывание детекторов. Последние воспринимают отражённый от объектов свет с временным разрешением примерно в пикосекунду.
Сложная оптика и электроника, необходимая для синхронизации работы всех частей комплекса, как раз составляют секрет «триллионной камеры». Но не единственный.
Важно, что снимаемые объекты остаются неподвижными, так что картина прокатывающихся по ним световых импульсов – всегда одна и та же. Это и позволяет вести съёмку одной задуманной сцены в течение нескольких минут (за это время сканирующее зеркало снимает множество узких линий в поле зрения камеры).
Если вернуться к аналогии с пулей и яблоком, то в данном случае учёные словно получают в финальном ролике один её пролёт по экрану после миллионов попыток – яблоко просто «расстреливают из пулемёта».
В зависимости от способа обработки массива данных исследователи могут создавать различные варианты видео или фотографий объектов (фотографии Di Wu, Andreas Velten, MIT Media Lab, Camera Culture).
Дальнейшая обработка колоссального массива информации (расположение фотонов и время их фиксации в детекторе) отдаётся на откуп компьютеру. Придуманные Рамешом и его коллегами математические алгоритмы позволяют сформировать из таких данных результирующий ролик, состоящий всего из 480 кадров.
Легко посчитать, что за весь фильм (он показывает нам событие, разворачивающееся на протяжении 0,8 наносекунды) световой луч успевает пробежать по сцене примерно 25 сантиметров, а за один кадр – примерно полмиллиметра.
Андреас Фельтен (Andreas Velten), один из авторов этой системы, называет её «ультимативной», мол, «во Вселенной нет ничего со столь быстрым взглядом, как у этой камеры».
Её создатели также подчёркивают, что вдохновлялись съёмками летящих пуль, впервые проведённых десятилетия назад. Тогда ключом к остановке мгновения были фотовспышки, разумеется, доступные в те годы.
Нынешние новаторы в целом используют аналогичный подход, только теперь вспышки света стали в миллиарды раз короче. Раскар называет такие импульсы «световыми пулями». Особенно эффектно они смотрятся в упомянутом вначале опыте с бутылкой.
Запечатлеть свадьбу лучших друзей, снять выпускной сына, разоблачить коррупционера, разместить в соцсети ролик с котиком - для всего этого нужны хорошие надежные видеокамеры. Наш рейтинг включает лучшие видеокамеры, популярные в 2018 году. Сверьтесь с возможностями своего кошелька - и выбирайте. Котики ждать не будут!
Какие бывают видеокамеры?
По назначению и уровню исполнения:
Классические любительские модели . Не требуют от владельца высокой операторской квалификации, обладают множеством автоматических настроек, относительно просты в управлении, легки и компактны. Разброс цен довольно широк, но в целом можно говорить о доступности. Выбирать есть смысл из продуктов известных и проверенных брендов. А вот совсем бюджетные варианты (за 5-6 тыс. руб.) наверняка разочаруют, поскольку качество снимаемого ими видео на уровне возможностей средненького смартфона.
Профессиональные камкордеры . В техническом плане и по комплектации оснащены гораздо лучше. Качество видео, характеристики, сетевые функции, точность регулировок - всё на самом высоком уровне. Понятное дело, что подобное оборудование не для дилетантов, требуются определённые навыки и даже талант. Да и ценник скорее соответствует бюджету корпоративных закупок либо личному (спонсорскому) кошельку хорошо зарабатывающих независимых репортёров, блогеров.
Иногда для видеокамер применяется неофициальное определение «полупро» . Чётких рамок для ввода в данную категорию не существует. Ведь некие монстры кино или телевизионной индустрии могут называть так даже крутые модели за 150-500 тыс., а старшими по иерархии считать «комбайны» дороже миллиона. Только вот наш рейтинг не для них. Здесь правит бал свобода выбора. Хотите считать свою любительскую камеру полупрофессиональной, основываясь на картинке отменного качества и присутствии ручных настроек? Хозяин - барин! Пусть будет так!
По разрешению видео:
На сегодняшний день актуальны два формата: Full HD и 4K. Возможны варианты съёмки с более низкими показателями (HD 720p) и с разной частотой кадров/с и битрейтом. Весьма неплохо, если в камере есть поддержка расширенного динамического диапазона (HDR, WDR и т.п.).
Лучшие фирмы - производители видеокамер
Несомненными лидерами и законодателями мод на рынке цифровых видеокамер традиционно признаются компании Sony и Panasonic (именно в таком порядке). Несколько уступают им в любительском сегменте другие «японцы» Canon и JVC . К чести двух последних брендов, в классе профессиональных моделей о каком-то отставании речи уже не идёт. И аппетиты не зашкаливают, как, например, у того же Sony.
Наверное, каждый из нас когда-то смотрел документальные фильмы о живой природе, когда процессы, происходящие на Земле видны в самом близком приближении. Или, когда извержение вулкана показывается в мельчайших подробностях. Или взрывы пиротехники. Существует много такого, что даже самая лучшая камера не снимет так, как высокоскоростная.
Такие устройства снимают со скоростью сотни тысяч и миллионы кадров в секунду и именно поэтому нам удается рассмотреть то, что раньше было просто недоступно ни камерам, ни тем более, человеческому глазу.
Но приготовьтесь к тому, что подобные камеры имеют еще совершенно космическую стоимость, которая доступна только крупным телеканалам и съемочным студиям, научным институтам.
Рейтинг: лучшие высокоскоростные камеры
| Место | Высокоскоростные камеры 2017 года | Рейтинг |
|---|---|---|
| 1 | 5.0 | |
| 2 | 4.8 | |
| 3 | 4.6 | |
| 4 | 4.4 | |
| 5 | 4.0 | |
| 6 | 4.0 | |
| 7 | 4.0 |
Девайс позиционируется, как самая скоростная мегапиксельная камера, которая «умеет» снимать со скоростью 25600 кадров/сек. при максимальном разрешении 1280х800 точек. При этом, если условия съемки требуют более высокой скорости, то при снижении разрешения, можно добиться скорости съемки 1000000 кадров/сек.(!) Поистине, космическая скорость, но на Земле.
Затвор этой камеры способен открываться/закрываться со скоростью 265 наносекунды, что действительно делает гаджет уникальным в своем роде. Объем скоростного жесткого диска составляет 288 ГБ, а все отснятое напрямую передается в CineMag со скоростью 10 Гб/сек.
Высокоскоростная камера российской разработки, применяется в различных областях жизнедеятельности человека: медицина, наука, технологии, армия, транспортная инфраструктура и т. д. Камера снимает со скоростью 1000 кадров в секунду с разрешением 1280х860 точек, а при желании, камера «разгоняется» до скорости 22500 кадров/сек. при уменьшении пикселизация.
Сенсор камеры монохромный, объем памяти составляет 4 ГБ, который увеличивается до 128 ГБ (если настроить максимально качество и скорость съемки, то 4 ГБ памяти заполняются за 3,7 секунды). Производитель дает гарантию 5 лет, а тот фактор, что это отечественная разработка существенно упрощает процесс ремонта и сервисного обслуживания.
Достаточно стандартная камера, если такое слово вообще корректно в отношении высокоскоростных камер. Скорость съемки при разрешении в 1280х1024 точек составит 1000 кадров в секунду, при этом, скорость затвора равна 2 наносекунды.
Камера используется в различных отраслях науки и промышленности для съемки самых быстротекущих процессов – внутренней памяти хватит на 6,5 секунд записи при максимальном разрешении и скорости. Данная линейка модели насчитывает несколько разновидностей камеры, что позволят подобрать оптимальную для различных задач и условий применения.
Эта промышленная камера имеет два варианта технической комплектации с различными возможностями. Корпус камеры максимально обеспечивает сохранность и долговечность устройства благодаря промышленным же, технологиям. Скорость съемки может достигать 6300 кадров/сек., а управляться камера может при помощи приложения для устройств на ОС Android .
Объем встроенной памяти может быть 16 или 32 ГБ, в комплекте поставки находится высокоскоростной SSD диск . В основном, данная серия высокоскоростных камер используется для контроля качества сварного шва в промышленности и диагностики промышленных линий производства, где человеческий глаз не способен уловить неисправности, или отклонения в процессах.
Высокоскоростная камера с возможностью съемки со скоростью до 205 000 кадров в секунду (в зависимости от пикселизации). Основной отличительной чертой этого устройства является температурный диапазон применения камеры: от -40 до +50 градусов С. Корпус камеры обладает повышенными прочностными характеристиками, присутствуют различные современные интерфейсы для подключения дополнительного оборудования.
Данная серия скоростных устройств состоит из 12 различных комплектаций, что дает широкие возможности по выбору, исходя из последующих условий эксплуатации. Однако, ремонт и обслуживание камеры может вызвать затруднения, т. к. производство находится в США (время поставки запчастей может достигать 1-3 месяца).
Данная камера от отечественного разработчика позволяет снимать с максимальной скоростью 4000 кадров в секунду и максимальным разрешением 1280х800 точек. Нужна скорость выше, пожалуйста – 85000 кадров и минимальное разрешение в пикселях. Сенсор камеры данной модели цветной, объем жесткого диска может достигать 128 ГБ.
Как и черно-белый «собрат» этого производителя, о котором мы говорили выше, устройство собирается в России, что является существенным плюсом при ремонте и обслуживании.
Phantom VEO 710
Данная камера снимает в максимальном разрешении 1280х800 точек при скорости 7400 кадров в секунду. Это ее максимальное качество, но при необходимости, девайс можно «разогнать» до 1 000 000 кадров, при понижении пикселизации. Устройство выпускается в двух версиях комплектации, которые различаются в наличии дополнительных возможностях у «старшей» модели.
Хранилище файлов может составлять 72 ГБ, все компоненты надежно защищены от ударов, вибраций и высоких перегрузок, которые могут варьироваться от 30 до 100 Джи. При покупке следует быть внимательным, т. к. некоторые функции камеры могут потребовать дополнительных международных лицензий.
При ограниченном бюджете главный способ оценить качество фотоаппарата, имея перед собой несколько для сравнения - попробовать сделать снимок без стабилизации в затемнении: Вы сразу увидите, как будет различаться шумность матриц, насколько удобен фотоаппарат при длительных выдержках. Сравнить качество объективов труднее - на экранчиках искажения не уловить, зато при печати фото на большом формате они сразу выдадут себя. И чем больше диапазон фокусных расстояний, тем больше вероятность искажений изображения в крайних положениях фокусировки - это понятная плата за универсальность.
Если финансы позволяют, вариант со сменным объективом будет интереснее - можно купить кит на первое время, можно и сразу подобрать «тушку» и объектив под себя. Единственное «но» - это то, что сложностей с поиском объектива может быть многовато: большинство сменной оптики делается под популярные байонеты полноразмерных «зеркалок», на компактных беззеркальных размерах присоединительные размеры оптики другие. Впрочем, отдельные оригиналы умудряются скрещивать современные цифровики даже с советской оптикой.
Емкий аккумулятор - это хорошо, быстросменный аккумулятор - еще лучше, а заряжаемый без фирменного адаптера - еще лучше. Увы, фирменной болезнью многих цифровых фотокамер, и в первую очередь - компактных, является несоответствие аппетитов электроники и емкости аккумулятора, так что носить с собой несколько при частом использовании фотоаппарата - привычное дело. Но вот не всегда смена аккумулятора удобна - иногда открыть батарейный отсек не дает присоединенный штатив, подобные нюансы стоит проверять сразу.
В Швеции придумали, как снимать видео со скоростью до 5 триллионов кадров в секунду. До этого была планка в 4.4 трлн, поставленная японскими разработчиками.
Наиболее известный вариант скоростной съёмки - Phantom Flex, максимум этой камеры - до 330 000 кадров в секунду. Пользователи обычно не используют аппарат по полной, останавливаясь на частоте 2800 поскольку высокая скорость съёмки чревата плохим разрешением. Частота до 3000 fps уже даёт полноценное Full HD. Подобные устройства имеют новейшие CMOS-сенсоры и самые быстрые процессоры.
Что используют шведские специалисты из Университета Лунда, чтоб достичь рекордной скорости съёмки? Оказывается, каждый снимок включает данные о ещё нескольких кадрах. При открытии затвора камеры предмет съёмки освещается несколькими вспышками лазера. Все вспышки кодируются, причём визуально, и, используя шифровальный ключ, специалист может выделить нужное изображение из всего снимка. Разобраться, конечно, непросто. Но в обычной жизни подобные камеры и не нужны. Столь скоростной аппарат - это находка для учёных. Они теперь смогут заснять любое событие, что длится в течение пикосекунды или фемтосекунды. Можно, например, детально увидеть поведение плазмы, квантовые состояния или снимать химические реакции.
Сложно представить, насколько велика скорость около 5 триллионов кадров в секунду. Поэтому проведём аналогию. Если заснять моргание, а это 0.3 от секунды, то на просмотр видео с привычной нам скоростью в 24 кадра в секунду уйдет порядка двух тысяч лет. Впечатляет?
Технология получила название Frequency Recognition Algorithm for Multiple Exposures (FRAME) - алгоритм распознавания частоты для множественных воздействий. Шведы уже собрали рабочий прототип сверхбыстрой камеры. Если всё пойдёт по задуманному плану, то через два года готовый продукт смогут приобрести все заинтересованные в изобретении учёные. Его даже приблизительная стоимость не называется.
Показана съёмка пучка фотонов. Он прошел дистанцию в толщину бумажного листа за пикосекунду (одна триллионная доля секунды). В ролике движение замедлено в триллион раз.