Ako vysokorýchlostná kamera zachytí 10 000 snímkov za sekundu?

Ako je možné, že vysokorýchlostná kamera dokáže uložiť 10 000 snímok za sekundu?

Keď sa povie kamera, väčšina z nás si predstaví video natočené rýchlosťou 25 alebo 30 snímok za sekundu. Vysokorýchlostná kamera ale pracuje v úplne inej kategórii. Dokáže zaznamenať napríklad 1 000, 10 000 alebo aj desiatky tisíc snímok za sekundu. Vďaka tomu môžeme spomaliť deje, ktoré ľudské oko vôbec nedokáže postrehnúť – napríklad náraz, deformáciu materiálu, výbuch, prúdenie kvapaliny alebo pohyb rýchlo pracujúcich mechanizmov.

Čo sa vlastne v kamere pri takejto rýchlosti deje? Základom je špeciálne navrhnutý CMOS obrazový snímač. Každý jeho pixel funguje v princípe ako malý detektor svetla, keďdopadajúce fotóny vytvárajú elektrický náboj, táto hodnota sa prečíta a prevedie na digitálny údaj, z ktorého vznikne obraz.

Pri bežnej kamere je práve čítanie snímača jedným z hlavných obmedzení rýchlosti. Vysokorýchlostné snímače využívajú rozsiahle paralelné spracovanie – dáta sa čítajú súčasne mnohými výstupnými cestami. Pri niektorých technológiách je navyše rýchla pamäť umiestnená priamo na snímači alebo v jeho bezprostrednej blízkosti. A práve rýchla pamäť je jedným z dôležitých trikov vysokorýchlostnej kamery. Počas samotného záznamu ukladá obrazové dáta do veľmi rýchlej internej pamäte. Až po skončení záznamu sa dáta postupne prenesú a spracujú.

Pri rýchlosti 10 000 snímok za sekundu vzniká nová snímka každých 100 mikrosekúnd. Kamera teda musí počas tohto času dokončiť expozíciu a pripraviť sa na ďalšiu snímku. Moderný snímač môže pracovať s expozíciou v ráde mikrosekúnd. Oveľa náročnejšie je to obrovské množstvo dát rýchlo prečítať, spracovať a uložiť. Preto je pri vysokorýchlostných kamerách bežný kompromis medzi rýchlosťou, rozlíšením a dĺžkou záznamu. Čím vyšší počet snímok za sekundu požadujeme, tým väčší dátový tok vzniká a tým náročnejšie je jeho spracovanie a uloženie.

Vysokorýchlostná kamera teda nie je jednoducho „bežná kamera, ktorá vie fotiť rýchlejšie“. Ide o celý systém, v ktorom musia spoločne pracovať špeciálny obrazový snímač, paralelná elektronika, extrémne rýchla pamäť a výkonné riadiace obvody. Vďaka tejto kombinácii dokáže kamera zaznamenať deje, ktoré trvajú iba milisekundy alebo mikrosekundy, a následne ich prehrať spomalene. To umožňuje technikom a vývojárom vidieť presne to, čo sa pri náraze, prasknutí, deformácii alebo rýchlom pohybe skutočne stalo – okamihy, ktoré sú pre ľudské oko jednoducho príliš rýchle.