Как работает камера GoPro

В сентябре 2013 года, в аккурат на честь дня рождения, судьбоносный человечище, воплотил в жизнь мою мечту, торжественно вручив мне экшн камеру GoPro HERO3 Black Edition! Об этом событии - в отдельной статье :). 

В этом топике, перепостую перепостованый текст, который встречал в сети. Мне он показался наиболее информативным, для моего, начинающего уровня. Напомню - "баян не мой", ссылка на оригинал внизу :)

К счастью, GoPro добавили около 137 различных видеорежимов(sic!), так что каждый раз приступая к съемке ты можешь невольно начать сомневаться, в правильности выбора видеорежима. Но я помогу тебе разобраться с этими таинственными режимами, единственное, тебе нужно быть чуть-чуть технически подкованным.

 Для начала давай разберемся в таких понятиях как видеоразрешение(resolution), частота кадров(fps), и качество видео. В основе качества цифровой видеозаписи лежит большое количество различных величин, так например, 1080P у GoPro ОЧЕНЬ сильно отличается от того же 1080p у камеры Alexa - и виновником является далеко не только сенсор изображения. Очень многое зависит от алгоритма встроенных в видеокамеры процессоров, благодаря которым считывается информация с сенсора изображения и записывается на SD карту. Существуют различные хитрости, которые включаются разработчиком в основной алгоритм работы процессора для получения всего этого большого разнообразия видеорежимов. 

 Итак, как же происходит видеосъемка. Сенсор подобно пленке, запечатляет изображение , а камера считывает с него необходимую область - "окошко" и чем больше область считывания(чем больше окошко), тем больше нагрузка на процессор. Считать сенсор полностью значит, получить максимально полную картинку, идущую через широкоформатную линзу GoPro(т.е. окошко считывания равно ширине и высоте сенсора). Сенсор в камере HERO 3 Black Edition имеет разрешение 12 мегапикселей и соотношение сторон 4:3. Так при съемке видео в режиме 4к, процессор считывает информацию по всей ширине сенсора, но не по всей высоте т.к. на выходе видео будет иметь стандартное соотношение 16:9. Так как необходимо получить видео в разрешении 4к, процессору не требуется его пережимать и он сохраняет информацию не меняя размер картинки(т.е на входе и выходе имеем 4к). Область считывания информации с сенсора в данном случае такая же как и при съемке, например, в режиме 1080p WIDE, однако, в последнем случае процессору приходится переводить изображение в более низкое разрешение на финальном этапе. Размер видео на выходе так же влияет на степень загрузки процессора, поэтому при съемке 4к мы имеем лишь 15 кадров в секунду, а при 1080p (повторюсь, несмотря на то, что с сенсора изначально считывается такая же большая область как и при 4к) до 60 кадров в секунду. 

 Касательно цифровой видеосъемки, стоит упомянуть еще один важный термин: цифровое видео может быть родным (т.е. оптимальным по взаимодействию работы сенсора и процессора) для камеры и нет. В камере Hero 3 Black Edition процессор считывает с сенсора максимально возможную область(для соотношении 16:9), а затем уменьшает картинку до 1080p, и делает это 60 раз в секунду(что является оптимальным для этого вида процессора). 1080--60fps и 2.7к являются одними из самых лучших режимов съемки - процессор и сенсор идеально взаимодействуют друг с другом, что позволяет получить максимальное качество изображения для этой камеры. Существуют также режимы, когда информация с сенсора получается процессором по другим алгоритмам, что приводит к шероховатостям(неровные грани у объектов, например ощутимо заметно если на видео имеются электропровода вдалеке). Попробуйте режим 1440--30fps, а затем 1440--48fps и сравните полученное видео. То как процессор считывает информацию для 48 и 30 кадров, слегка отличается(большая загрузка процессора при разрешении 1440 и еще и 48 кадрах в секунду сказываются не самым лучшим образом на качестве). Такую же проблему можно наблюдать и у Canon 7D, при сравнении режимов 1080p против 720--60fps. Так изображение полученное при 720 будет шероховатым (напомню надо присматриваться чтобы увидеть эти "шероховатости") т.к. процессор сильно нагружается (высокое разрешение означает большое количество пикселей, а частота кадров определяет скорость считывания информации с сенсора в секунду).

Теперь давайте поговорим о том, как связаны область считывания с сенсора и угол обзора или FOV (который может быть Medium, Narrow и Wide). При 1080p Medium информация получается только из небольшого окошка в середине сенсора, что означает, что мы не видим полной картинки, полученной сенсором через широкоформатную линзу - мы видим только небольшую часть из середины сенсора. Но первоначально в этом режиме, процессор все равно считывает бОльшее изображение с сенсора, а затем по-прежнему уменьшает его до 1080p. При 1080p Narrow считывается еще меньшая область с самой середины сенсора, так что искажений становится еще меньше. В этот раз размер области которую процессор считывает с сенсора, практически равен изображению на выходе т.е. процессор не уменьшает изображения, которое составляет 1920 х 1080 (напомню, полный размер сенсора составляет 4000 в ширину и 3000 в высоту). Само же изображение, полученное в режиме Narrow, выглядит более размытым, так как содержит шумы. Такое качество на выходе обусловлено тем, что изначально захватывается небольшое количество пикселей с сенсора - всего 1920 х 1080, а в режиме 1080p wide захватывается намного большая область изначально, а затем процессор уменьшает изображение (до тех же 1920 х 1080), попутно убирая шумы (т.е. и сами процессы чистки изображения присутствуют+изначально больше пикселей было). Режим Narrow это как будто невероятно зуммированная версия обычного изображения (представьте что мы берем только 30% из середины фотографии полученной GoPro т.е. полная фотография тогда будет 1080p Wide). Но не стоит сравнивать режим Narrow с цифровым зумом так как считываемое с сенсора изображение не преобразуется процессором, а на входе и выходе имеет одинаковый размер! 

Подробнее о всех видеорежимах можно прочесть здесь.

Protune

Для большинства любителей Protune так и остается невероятной загадкой, а вот профессионалы используют его повсеместно. Первое что бросается в глаза при использовании Protune - это приглушенная палитра цветов. Приглушенный сильный свет и подчеркнутые тени являются продуктом специальных кривых на цветовой матрице. Ненасыщенный цвет позволяет в дальнейшем с легкость сочетать видеоматериал с GoPro с видеозаписями с других камер. В видео с Protune так же присутствует уменьшенная четкость. Взгляните на видео, записанное в режиме Protune и без. С Protune изображение становится мягче, может даже показаться что что-то не так с линзой. Но четкость, которую вы видите в стандартном режиме (без Protune) на самом деле добавляется процессором при обработке. Для профессионалов, чем меньше цифровой обработки получает видео при съемке, тем лучше, так как все необходимые опции всегда можно добавить позже, на стадии постпродакшен (четкость например удобнее добавлять в конце, когда собран видеоматериал со всех камер, чтобы в финале иметь цельное видео, без прыгающей четкости, контраста и т.д.). Далее обратимся к высокому уровню битрейту - он достигает 45мбит. Уровень битрейта сообщает процессору какой объем информации необходимо передавать от сенсора на SD карту - чем выше битрейт, тем выше качество видео, но тем больше места требуется на накопителе. В низкий битрейте использует специальный алгоритмы пережатия материала (такие как объединение в группы больших блоков цветов) чтобы видеоматериал занимал меньше места. Последней особенностью Protune является умение автоматического подбора цветовой температуры.

(моя ремарка: Я еще не снимал в протюн, все описанное - от автора)

Auto 

Это моя "палочка-выручалочка" когда я использую Protune. Камера проделывает огромную работу считывая яркость и свет и подстраивая необходимый режим. Это позволяет получить визуально целостный материал, что особенно важно при съемке на снегу. Ниже я кратко опишу режимы других цветовых температур Protune, но на самом деле я ими почти не пользуюсь. 

3000K 

Этот режим нужно использовать при очень теплом свете, как например при закате или восходе солнца. При нейтральном же окружении(в комнате с белыми стенами) видео будет с синем оттенком. 

5500K 

 Этот режим следует использовать для более яркого света, днем например. При нейтральном окружении видео будет в теплых тонах. 

6500K 

 Этот режим следует использовать когда небо затянуто тучами, в нейтральной обстановке обладает еще более мягким оттенком. 

Cam Raw

Этот режим не корректирует баланс цветов, а просто записывает то что видит камера в той или иной ситуации. Этот режим способен дать невероятные возможности для дальнейшего редактирование (но видео, снятые при разных световых услових будут очень разношерстными, так что на стадии постпродашен вы можете столкнуться с огромным количеством работы!) 

Но есть несколько важных замечаний по работе Protune - Protune не сделает видеосъемку лучше ночью! C Protune в темноте вы увидите чуть больше деталей чем могли бы с камерой такого размера, но платой за это будут шумы, которые будут присутствовать там, где должна быть полная темнота. Так что как только солнце зайдет за горизонт, Protune лучше выключить. Более того в режиме Protune практически нет цифрового подавления шумов, благодаря чему вы получаете и больше деталей и больше шумов. Но как я уже говорил, в условиях недостаточного освещения сенсор в этой камере работает великолепно (для камеры такого размера). Однако, если бы GoPro добавили в камеру возможность управлять уровнем шумоподавления, тогда бы можно было получать еще более качественное видео при недостатке света.

Т.К. камера, в моем случае, больше готовится для подводной съемки, кратко о режимах, рекомендую посмотреть Это видео :)

А вот и источник инфы