11.2. Цифровые видеокамеры
Еще одним чудом современной техники и одновременно видом интеллектуальных электрических сенсоров являются цифровыевидеокамеры – сенсоры для восприятия динамически изменяющихся изображений, для преобразования их в последовательности видеосигналов с целью последующего хранения, передачи, обработки и воспроизведения на экране. Поскольку изменения визуальных картин могут происходить очень быстро, то задачи, которые надо здесь решать, значительно сложнее, чем в случаецифровых фотоаппаратов. Если там экспозиция одного кадра может длиться до 1 с и более, то в видеокамере на это отводится не больше 20 мс, а желательно и значительно меньше. Поэтому светочувствительные матрицы и организация считывания и обработки полученных сигналов должны иметь здесь значительно более высокое быстродействие.
Значительно выше становятся здесь и требования к объему встроенной памяти. Если в цифровых фотоаппаратах достаточно объема памяти в десятки-сотни мегабайт, то в видеокамерах, где каждую секунду надо фиксировать несколько десятков кадров, речь идет уже о гигабайтах памяти.
На рис. 11.3 слева показан внешний вид одной из типичных представительниц таких сенсоров – видеокамеры SONY DCR-VX2100E.
Рис. 11.3. Слева – видеокамера SONY DCR-VX2100E; справа – "карманная" видеокамера
Она считается "полупрофессиональной", т.е. предназначена как для специалистов, так и для широкого круга опытных любителей. Светочувствительными элементами в ней являются матрицы ПЗС на 400 тыс. пикселей. Изображение на чувствительной поверхности матрицы формируется высококачественным объективом Carl Zeiss Vario-Sonnar. Его светосилы хватает для работы даже при освещенности лишь в 1 люкс. Встроенный микрокомпьютер не только организует все процессы покадрового считывания информации из матриц ПЗС, ее аналого-цифрового преобразования и кодирования в стандартном формате, параллельной цифровой записи звуковых сигналов, фиксации записи на жесткий диск или CD, видеокассету или на карты памяти. Он может также выполнять автоматическую фокусировку изображения, регулирование световой экспозиции, оптическую стабилизацию изображения.Микрокомпьютер обеспечивает также возможность вывода полученной видеоинформации на встроенный цветной жидкокристаллический экран с 5 миллионами пикселей, двустороннюю связь с внешней сетью по стандарту iLINK DV. Основной корпус видеокамеры имеет массу 1,5 кг и габаритные размеры 120x159x393 мм. При питании от аккумулятора NP-F960 его ресурса хватает на 9 часов автономной работы.
На рис. 11.3 справа показана миниатюрная ("карманная") видеокамера Panasonic SDR-S150. Размером 80x50x97 мм и массой 240 г, она вмещается на ладони и вместе с тем имеет систему из трех светочувствительных матриц на 800 тыс. пикселей каждая, автофокусировку, оптический стабилизатор изображения, автоматическую коррекцию белого, встроенный цветной жидкокристаллический дисплей на 210 тыс. пикселей. Карты памяти SDHC на 4 Гбайта хватает для высококачественной видеозаписи продолжительностью до 50 мин.
А "на очереди" уже цифровые видеокамеры с Х3 светочувствительными матрицами (см. "Сенсоры на полевых транзисторах и на приборах с отрицательной ВАХ. Газоразрядные сенсоры" , п. 10.1.5). Если для обработки одного цветного пикселя в "обычных" матрицах микропроцессор должен выполнить порядка 100 вычислительных операций, то здесь – значительно меньше. Это позволяет существенно повысить скорость обработки изображений, снизить затраты энергии аккумуляторов, повысить качество "гибридных" цифровых камер, которые объединяют в себе цифровой фотоаппарат и видеокамеру одновременно. Такое объединениеимелось иногда и ранее, но цифровые фотоаппараты не могут обеспечить приемлемое качество видеофильмов, а видеокамерыпозволяли получать лишь посредственные фотоснимки.
Еще одно преимущество, которое дают Х3 светочувствительные матрицы, это возможность в случае необходимости "на ходу" повышать свою чувствительность за счет объединения групп отдельных пикселей (2x2, 3x3, 4x4 и так далее) в "большие" искусственные пиксели. Чувствительность при этом будет возрастать в 4, 9, 16 раз соответственно, а разрешающая способность или размеры снимка будут уменьшаться лишь в 2, 3, 4 раза.