Высокоскоростная съемка как способ замедлить быстропротекающее событие и разглядеть его в деталях впервые появилась в середине 19 века, и с тех пор интерес к этой технологии неуклонно растет, совершенствуется оборудование и его возможности, находится все больше областей ее применения.
Тем не менее, проведя небольшой анализ Интернет источников информации, мы пришли к выводу, что само понятие «высокоскоростная съемка» встречает несколько определений. Так, Википедия предлагает следующее ранжирование по скоростям:
- Ускоренная съемка – 32 - 200 к/с
- Скоростная съемка – 200 – 10 000 к/с
- Высокоскоростная съемка – 10 000 – 1 000 000 000 к/с.
Также можно встретить мнение, что скоростная съемка – любая съемка со скоростью более 25 к/с.
Профессиональные высокоскоростные камеры работают, как правило, на матрицах CMOS. Матрицы состоят из большого количества светочувствительных датчиков, которые преобразуют оптическое излучение (изображение объекта) в электрический сигнал. В зависимости от скорости съемки, разрешения и качества изображения системе, как правило, требуется сохранять данные со скоростью более 8 ГБ/с. Объем внутренней памяти современных высокоскоростных камер составляет, в зависимости от модели, примерно от 2 до 288 ГБ.
Для понимания ориентировочного времени съемки на такие камеры, рассчитаем его на примере. У нас есть камера Phantom Flex со стандартной внутренней памятью 32ГБ. Мы решили снимать в стандартном режиме со скоростью 2500 к/с и разрешением Full HD (12бит). На какое максимальное время съемки мы можем рассчитывать? Давайте разбираться. Исходя из того, что каждый кадр будет весить 3,11 МБ, а максимальная память – 32 ГБ, мы сможем записать примерно 11 000 кадров. И на это у нас уйдет порядка 4,4 секунд. То есть, используя только внутреннюю память камеры, время съемок составит всего несколько секунд. Если уменьшить скорость до, скажем, 300 к/с, то время съемки увеличится до 36 секунд. Уменьшив разрешение до HD при сохранении предыдущих параметров, мы получим 1,4 минуты записи.
Здесь стоит отметить, что даже полученные 1,4 минуты записи прерываются 15-20 минутами переноса материала на компьютер в зависимости от его характеристик, формата сохранения данных и категории кабеля «витая пара». А это, как Вы понимаете, неоправданная трата рабочего времени. Для оптимизации процесса записи, как правило, используют специальные устройства для записи, хранения и переноса большого объема данных - CineMag, CineFlash и CineStashion, согласованная работа которых позволяет свести к минимуму время ожидания и простоя камеры.
Основная мысль, которую мы хотели бы донести этими расчетами - чтобы выбрать оптимальные параметры съемки, нужно четко понимать стоящую перед Вами задачу и тонкости настроек камеры.
Как правило, все многообразие задач, для решения которых используют высокоскоростные камеры, можно условно разделить на два типа по ожидаемому результату: получить красивую картинку и получить материал для последующего анализа и вычислений. Опираясь на эту классификацию, мы будет постепенно разбираться с тонкостями высокоскоростной съемки и рассматривать их на конкретных примерах в следующих новостных статьях.
Как снять фотографию, схожую с той, что вы видите ниже? Это бокал шампанского, разбитый при помощи пневматического пистолета. Данная идея, аналогичная идеям работ, опубликованных в этой галерее . Вы можете использовать эту технику, чтобы сфотографировать взрыв помидоров, воздушных шаров, наполненных водой, арбузов или даже вашей камеры Canon, когда вы разбиваете ее о стену, потому что не смогли разобраться в меню (простите, не удержался…).
Заморозка быстрого движения (также известная как высокоскоростная фотосъемка, англ.
High
Speed
Photography
) может обеспечить вам некоторые довольно необычные фотографические эффекты. Высокоскоростная фотосъемка применяется в физике, медицинских исследованиях, спорте и др. Это руководство объясняет, как запечатлеть чрезвычайно быстрое движение, используя обычную камеру и немного самодельной электроники. Я опишу, какие я использовал настройки, с какими проблемами я столкнулся и что я делал, чтобы решить их или миновать.
Вот хороший пример высокоскоростной фотосъемки:
Съемка воздушного шарика в тот момент, когда он лопается.
Взрыв яблока
Съемка таких изображений связана с множеством трудностей. Как можно точно рассчитать время при использовании выдержки меньше, чем 1/6000 секунды?!
Мы должны учесть лаг затвора, синхронизировать вспышку и время экспонирования в нужный момент.
Но лаг затвора любой нормальной камеры настолько велик, что это практически несовместимо с реальным временем экспонирования. И как вы синхронизируете вспышку с выдержкой менее 1/6000 секунды?
Чтобы обойти проблемы с лагом затвора и синхронизацией вспышки, экспонирование должно производиться в абсолютно темной комнате. Таким образом, затвор может быть открыт фактически без произведения экспонирования. Выдержка, установленная на камере, должна быть достаточно длинной для совершения действия, пока затвор все еще открыт. Поскольку комната темная, длинное экспонирование не возымеет эффекта на финальный результат (поскольку свет не проникает через объектив, воздействуя на матрицу/пленку).
Чтобы действительно получить «экспозицию», необходима вспышка. Длительность работы вспышки не будет совпадать с реальным временем экспонирования.
Итак, теперь нам нужно понять, как много времени нужно для срабатывания вспышки. Оказывается, что мощность вспышки на самом деле влияет на продолжительность освещения, и соответственно, на выдержку. Если вам нужна выдержка короче 1/6000 секунды, мощность должна быть уменьшена. Для получения дополнительной информации о длительности освещения, пожалуйста, ознакомьтесь с тестом, который я провел на своей вспышке Sigma EF-500 .
Теперь нам осталось только синхронизировать вспышку с действием, которое мы хотим зафиксировать.
Это может быть сделано несколькими способами. Например, синхронизация с лопающимся шариком может быть произведена при помощи звука. В случае с импульсным воздействием, таким как при контакте с пульками пневматического пистолета, систему можно привести в действие при помощи механического переключателя, как на картинке ниже. Когда пулька попадает в покрытие диска, она толкает переключатель, который затем запускает вспышку.
Вот мои настройки и ход работы при высокоскоростной фотосъемке (для кадра с воздушным шариком).
Приспособления:
- Воздушный шарик (мы собираемся его уничтожить, так что не выбирайте ваш любимый)
- Цифровая камера
- Штатив
- Вспышка Sigma
- Собранный в домашних условиях синхронизатор (больше информации). Если у вас нет IR синхронизатора, вы можете использовать схему универсального звукового синхронизатора .
- Игла (или пневматический пистолет, смотрите ниже)
- Фон (я использую черный лист бристольского картона)
Установка
Первый шаг - это создание сцены. Черный лист картона используется как фон . Воздушный шарик, вспышка, микрофон и камера размещаются, как на изображении ниже.
Настройки оборудования:
- Вспышка: IR синхронизатор и мощность 1/16.
- Камера: выдержка 1-2 сек, ISO 100-200, диафрагма f 11-16, ручной фокус.
- Микрофон: расстояние 50-70 см между объектом и микрофоном отлично подходит для синхронизации, в случае съемки кадра с прокалыванием шарика.
Следующий шаг - это построение кадра и фокусировка :
Пытаясь сохранить максимальную производительность объектива, я использую приближение или передвигаю штатив, пока не получаю желаемую компоновку кадра. Фокусировка может быть достигнута как автоматически, так и вручную, но не забудьте переключиться в ручной режим, чтобы заблокировать фокус, иначе камера будет стараться найти фокус, пока свет выключен.
Теперь пришло время проверить настройки и освещение. Все освещение выключено, а выдержка переведена в ручной режим (B, bulb).
Чтобы вспышка сработала, я просто хлопаю в ладоши. Потом я смотрю на получившееся изображение на камере, проверяя экспозицию, композицию, фокус и глубину резкости.
Для получения корректного освещения/экспозиции, вы можете увеличить или уменьшить:
Расстояние от источника света до шарика
- мощность вспышки
- значение диафрагмы на камере
- чувствительность ISO
Сделайте кадр
Тестирование повторяется, пока не будет достигнут удовлетворительный результат, и тогда уже может быть снят итоговый кадр. Это делается так же, как и во время проведения тестов, но вместо хлопка шарик лопается иглой.
Можно также наполнить шарик водой и снять кадр, используя вместо иглы пневматический пистолет.
Ускоренная (рапидная) киносъёмка, по частоте превышающая стандартную (24 к/с), используется для создания эффекта замедленного движения, который востребован в проекции фильмов, телевидении, компьютерных играх, научном кинематографе. Она применяется с целью запечатления спортивных событий, для воспроизведения движения элементов макета или природных явлений согласно установленному масштабу времени. На экране демонстрируется воображаемое замедление темпа снятых явлений, и при этом зрителю предоставляется возможность рассмотреть промежуточные фазы процессов и плохо различимых деталей.
Особенности ускоренной съёмки
Виды съёмки:
- ускоренная, или рапид-съёмка (32-200 к/с) осуществляется посредством стандартной аппаратуры с грейферным механизмом и прерывистым движением плёнки;
- более скоростная съемка с частотой 200-10 000 к/с обеспечивается непрерывным равномерным движением плёнки с применением оптических и электронных методов манипуляции светом. Ускоренную съёмку ведут с рук из движущегося транспортного средства при помощи профессиональной или обычной любительской аппаратуры с расширенным диапазоном частот, необходимого для устойчивости изображения.
Технологии киносъёмок остаются почти неизменными с 1955 года, исключением становится создание электронного затвора, хотя изображение в настоящее время фиксируется не на плёнку, а на последовательность цифровых матриц, благодаря которым обеспечивается частота кадров 100 млн в секунду.
Степень ускорения ограничивается возможностями камеры, её конструкцией и динамикой. Для любительской аппаратуры характерна ускоренная съёмка - 64-72 к/с, для профессиональной - 360-600 к/с. Современные камеры способны обеспечить частоту 200 к/с с её постепенным увеличением с целью получения спецэффекта нарастания скорости. Если требуется большее ускорение, то прибегают к манипуляции кадрами на киноплёнке.
Существуют разнообразные виды съёмок в научной и прикладной кинематографии, в частности для исследования быстротекущих явлений и процессов. Одной из них является высокоскоростная, или рапид-съемка, с частотой более 250 кадров в секунду, позволяющая заснять процессы, недоступные восприятию человеческого глаза по причине кратковременности или высокой скорости явлений.
В число объектов исследования можно включить:
- движения живых существ: частота кадров составляет от 100 до 300 к/с, выдержка - 1/1000;
- функционирование механизмов (1-10000 к/с);
- разрушения и взрывы (10-100 тысяч к/с);
- ударные волны газов (100 тысяч - 1 млн к/с);
- электроразряды (10-100 млн к/с) и тому подобное.
Технические приёмы
Благодаря разнообразию условий, широкому спектру технических средств и разновидности частот, возможна профессиональная видеосъемка объектов высокого качества. Высокотехнологичная аппаратура кроме стандартных механизмов обработки изображений задействует также оптические ускорители, быстродействующие затворы, электронные и оптические преобразователи.
Высокоскоростное фотографирование обычно осуществляется посредством импульсных источников света (газоразрядных ламп, взрывных источников света, искровых разрядников с воздушным интервалом).
Хронофотография - промежуточный между фото-и киносъемкой способ запечатления последовательных фаз явлений с использованием вращающегося щелевого затвора. Полученные изображения наслаиваются друг на друга и совмещаются в единую ленту. Метод используется при непрерывном движении объекта наблюдения. Неповторимые эффекты обеспечивает открытый объектив с импульсным освещением.
Способы высокоскоростной киносъёмки
- Запечатление на прерывисто движущуюся пленку осуществляется при частоте 600 к/с с использованием механической системы транспортирования кинопленки.
- Более ускоренная съемка при частоте 1000 к/с реализуется с использованием пневмоустройств или при мобильности плёнки за счёт упругости петель, которые образуются за каналами фильма.
- Для достижения более высоких частот используются движущиеся светочувствительные материалы.
Эффект резких снимков последовательных преобразований возможен при смещении плёнки относительно объекта следующими способами.
Электронная коммутация
Метод, при котором щелевые обтюраторы отсекают лимитированные моменты времени для экспонирования кадра. За кратчайший промежуток времени относительно оптического изображения не превышает допустимой нерезкости негатива. Потребуется прерывистое освещение импульсными вспышками (длительностью 10-7 долей секунды) или расположенный перед кадровым разъёмом затвор наподобие обтюратора, но вместо выреза может быть миниатюрная щель (одна или несколько).
Оптическая коммутация
Если ускоренная съемка предполагает неподвижное изображение относительно равномерного движения киноплёнки, нужно в интервале экспонирования кадра нейтрализовать смещение световосприимчивого материала относительно изображения при помощи передвижения отражающей свет оптической системы, действующей со скоростью и в направлении движения плёнки.
Для реализации оптической компенсации подойдут зеркальный многогранник, стеклянная пластинка или призма в движении. Размер и положение оптического элемента должны обеспечивать соответствие линейного смещения движению кадров. Киноплёнка должна располагаться на поверхности многогранника в специальном канале фильма. Метод используется для малообъёмных процессов.
Предел повышения частоты при электрокоммутации лимитируется возможностью сокращения интервала между вспышками, а при оптической - скоростью вращения диска затвора и его диаметром.
Замедление проекции
Для наглядного просмотра на экране применяется замедленное движение, возможное как с повышением частоты киносъёмки, так и при замедлении движения киноплёнки в проекторе.
Недостатком метода является видимая прерывистость, а некоторые скоростные процессы вообще выпадают из поля зрения, скрываясь между отснятыми кадрами в ходе съёмки. Если замедление составляет более 1 к/с, демонстрация изображения напоминает слайд-шоу. Поэтому опциональное замедление чаще заменяют ускоренной съёмкой.
Современные приёмы киносъёмки
Следует также упомянуть профессиональную этику: во время больших мероприятий не так уж много выгодных позиций, которые подойдут для успешной съёмки, поэтому стоит позаботиться обо всех необходимых условиях заблаговременно.
Фотография - это поиск и поимка захватывающих моментов, которые подчас длятся мгновение. Секунда - и потрясающая картина рассеивается в воздухе, как дым. Есть, однако, способ заставить мгновение застыть, как ледяная скульптура. Высокоскоростная фотография помогает захватить ускользающие кадры и сделать из них запоминающиеся снимки. Современные технологии позволяют поймать движения, которые человеческий глаз просто не успевает разглядеть.
Для фотографирования на высоких скоростях используют скорость срабатывания затвора 1/2000 - 1/20000 и короче. Эта настройка скорости срабатывания затвора оптимальна для жанра, но в большинстве цифровых камер она не предусмотрена. Как же справиться с задачей и поймать тот самый момент? Фотограф Рамакант Шарда (Ramakant Sharda) составил небольшой гид по технике и особенностям высокоскоростной съемки. Амбассадор системы срабатывания камеры MIOPS, живущий в индийском Джайпуре, преподает фотоискусство и пишет статьи на разные темы. Он сам любит высокоскоростной жанр в фотографии и с удовольствием делится своими наработками и фотодостижениями.
Что понадобится
Для высокоскоростной съемки вам понадобится оборудование - во-первых, камера DSLR. Можно взять любую. Если у вас нет DSLR, подойдет почти любая камера с возможностью ручных настроек. Кроме этого необходимо:
- объектив. Для съемки на высокой скорости подойдет любой, но помните, что должна быть возможность снять на длинном фокусе. При съемке воды, вспышек и прочих "источников опасности" вы сможете отойти подальше, не повредите оборудование и не пострадаете сами;
- с коротким импульсом - лучше, чтобы управление мощностью было ручным. При высокоскоростной съемке, как правило, нужны несколько внешних источников света;
- - это обязательно! Необходимо надежно фиксировать камеру, потому что при высокоскоростной фотографии одновременно происходит много вещей - фрукты разлетаются под ножом, бьются стаканы и так далее. Нужно освободить руки и исключить падение камеры. Нелишним будет и кабель для управления затвором.
Работая с оборудованием, не забывайте о себе. Учитесь терпению - при высокоскоростной съемке и ста кадров бывает недостаточно для удовлетворительного результата. Этот жанр требует постоянной практики и труда. Если что-то не получается, не стоит сдаваться. Преодоление столь "высокой планки" - важный и нужный профессиональный опыт. Вам сложно? Пригласите помощников, они упростят вам задачу и (что очень будет кстати) помогут убрать беспорядок после съемки.
Настройки камеры
Разобравшись с оборудованием можно переходить к следующему этапу - настройкам. Придется использовать все творческие навыки и устроить себе настоящий мозговой штурм. Рамакант Шарда рекомендует для высокоскоростной фотографии следующие параметры камеры:
- режим (для съемки на сверхдлинных выдержках, для долгого экспонирования);
- диафрагма - F/11-F/16;
- - 100-400;
- фокусировка - ручная;
- мощность вспышки - минимально возможная.
Почему нужно снимать с минимальной мощностью вспышки? Наиболее низкий уровень параметра обеспечивает наименьшую длительность импульса и помогает "заморозить" объект, буквально остановив его в движении. При полной мощности продолжительность срабатывания хорошей вспышки составляет около 1/2000 - 1/10 000 секунды, но выставив параметр на уровне 1/128, можно снизить продолжительность до 1/16000 - 1/35 000 секунды.
Процесс съемки
Первый шаг - установка камеры на штативе и подключение кабеля спуска затвора. Выставьте на фотоаппарате минимально возможное значение ISO (например, 100) и увеличивайте его, только если мощности вспышки недостаточно. Диафрагму нужно установить на F/11 или F/16 и фокусироваться вручную. Если у вас есть помощник, проинструктируйте его - научите вовремя нажимать кнопку спуска затвора и отпускать ее во время срабатывания вспышки.
Теперь попробуйте синхронизировать действие, которое вы собираетесь заснять, и запуск вспышки. Одной рукой выполняйте движение (например, прокалывайте воздушный шар), а второй - нажимайте на кнопку переключателя. Немного попрактиковавшись вы сможете добиться идеальной синхронности.
Детали, о которых следует помнить
Первое необходимое условие, о котором нередко забывают - темнота в комнате. Высокоскоростные фото лучше всего удаются в неосвещенных помещениях. При использовании режима Bulb скорость срабатывания затвора составляет меньше, чем 1/10 и 1/5 секунды, поэтому в ярко освещенной комнате фотографии получаются плохо. Оставьте лишь небольшой источник света, чтобы можно было разглядеть предметы.
Закрывайте диафрагму. Диапазон F/11-F/16 - оптимальный. С ним вы получите хорошую глубину резкости и весь объект будет в фокусе. Кроме этого, закрытая диафрагма помогает уменьшить влияние окружающего света на снимок. Не забывайте - камера должна быть настроена на режим ручной фокусировки. В темноте автоматика не сфокусируется так быстро, как нужно, и вы можете пропустить ключевой момент.
При работе со вспышками используйте не только минимально возможную мощность, но и режим ведомых источников. Так вам не придется возиться с проводами. Достаточно включить главную вспышку, чтобы остальные автоматически запустились вместе с ней.
Практика, практика и еще раз практика. И тогда вы сможете записать в свой профессиональный арсенал умение создавать невероятные высокоскоростные фотографии.
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.