De sluiter is slechts een van de vele belangrijke cameracomponenten die worden gebruikt om meer controle uit te oefenen over het uiterlijk van uw videobeelden. Begin onze verkenning goed met een bespreking van de voordelen die de sluiter ons biedt. Voordat we echter een camcorder openen om de werking van de snelle sluiter te bekijken, laten we eerst de meer algemene functie van alle sluiters bekijken.
Een sluiter van een camera bepaalt hoe lang het licht de lens binnen mag. De andere belangrijke belichtingsregeling op elke camera (foto of video) is de iris, die de "ruimte" beïnvloedt waardoor licht moet gaan, dus onze discussie van vandaag zal gaan over ruimte en tijd. Maak je geen zorgen, het is geen rocket science. Het enige dat u echt nodig hebt, is een paar eenvoudige termen en relaties begrijpen.
Simpel gezegd werken de sluiter en iris samen om de hoeveelheid licht te regelen die de lens van een camcorder binnenkomt. De sluiter regelt de duur van de blootstelling van licht aan de CCD (Charge Coupled Device). De iris regelt de grootte van de opening waardoor het licht de lens binnenkomt. Hoewel dit eenvoudig genoeg is, heeft elk effect op het uiteindelijke beeld:elk geeft ons controle over het uiterlijk van onze videobeelden.
Je focus uitbreiden
De iris in een camcorder werkt ongeveer hetzelfde als de iris in je oog. Als het licht fel is, sluit de iris in je oog zich, waardoor de opening waar het licht doorheen gaat kleiner wordt, zodat het licht je niet verblindt. Bij weinig licht "verwijdt" de iris in uw oog zich en gaat wijd open om meer licht binnen te laten. Hetzelfde geldt voor het automatische belichtingssysteem van uw camcorder. Het mooie van de iris is dat je hiermee de scherptediepte in je afbeeldingen kunt regelen. Bij weinig licht gaat de iris van uw camcorder open. Bij fel licht gaat het dicht. Maar naarmate de opening kleiner wordt, neemt de scherptediepte, of het bereik dat scherp in beeld is, toe. Als de iris ver genoeg gesloten is, heb je zelfs geen lens nodig om het beeld scherp te stellen. De hele wereld komt scherp in beeld als de opening extreem klein is.
De eerste camera, de camera obscura, had geen lens, sluiter of zelfs film. Lang voordat iemand aan zulke dingen dacht, merkten de Ouden dat wanneer licht door een kleine opening in een verduisterde kamer viel, er een beeld werd geprojecteerd op het punt waar het licht de muur of vloer raakte. Met een beetje experimenteren werd ontdekt dat hoe kleiner het gat waar het licht doorheen ging, hoe scherper het beeld. Dit resulteerde in de ontwikkeling van de camera obscura, die een klein gaatje (en in latere versies een lens) in de muur van een verduisterde kamer of doos gebruikt om beelden te projecteren op een tekenoppervlak waar ze zouden worden getraceerd, waardoor zeer nauwkeurige en gedetailleerde tekeningen.
De pinhole-camera is een moderner voorbeeld van dezelfde benadering van beeldvorming. Het enige wat je nodig hebt is een schoenendoos, een speld en wat folie. Als je meer wilt weten over pinhole-fotografie, kun je veel informatie op internet vinden.
Het probleem met het gaatje
Hoewel het gebruik van een klein gaatje in plaats van een lens beelden kan produceren die scherp zijn van bijna het oppervlak van de lens tot in het oneindige, heeft dit één groot nadeel. Het kleine gaatje kan niet veel licht doorlaten. Om meer licht te krijgen zou je het gaatje groter kunnen maken, maar dan gaat de scherpte van het beeld verloren. Door een lens te gebruiken in plaats van het gaatje, kunt u licht over het gehele oppervlak van de lens verzamelen en toch een beeld krijgen dat scherp is op de CCD of film.
De lens laat meer licht de camera binnen, maar het gebied dat scherp in beeld komt wordt kleiner. Hoe groter in diameter je de lens maakt, hoe erger het probleem wordt. Met lenzen met een zeer grote diameter kan het gebied waarop wordt scherpgesteld, of de scherptediepte zoals het wordt genoemd, worden teruggebracht tot een fractie van een inch. Een andere factor die de scherptediepte beïnvloedt, is de brandpuntsafstand of vergroting van de lens. Telelenzen produceren een ondiep veld, terwijl groothoeklenzen een dieper veld produceren.
Betreed de Iris
Als je je lens groot genoeg maakt om kwaliteitsfoto's te maken bij weinig licht, heb je een manier nodig om de hoeveelheid licht die de camera binnenkomt bij helderdere omstandigheden te verminderen. Als het licht te fel is, wordt de iris gebruikt om een deel van de lens te maskeren (zie figuur 1). Dit stelt de fotograaf of videograaf niet alleen in staat om de hoeveelheid licht die de lens binnenkomt aan te passen, maar stelt hem ook in staat om de scherptediepte aan te passen, en daardoor de delen van de beelden te regelen die scherp zijn en de delen die niet zijn . Door de irisinstelling zorgvuldig te selecteren, kunt u scherp op een deel van het frame scherpstellen, terwijl u andere elementen onscherp maakt, waardoor uw afbeeldingen een driedimensionaal uiterlijk krijgen dat op geen enkele andere manier kan worden bereikt.
De iris helpt bij het beheersen van de ruimte binnen het beeld dat in focus is. De focus van de lens zelf bepaalt de locatie van die ruimte en de iris regelt de diepte. Tot zover "ruimte", maar hoe zit het met tijd? De tijdsduur gedurende welke de CCD licht mag verzamelen, is ook van invloed op de totale blootstelling. Als je bijvoorbeeld half zoveel licht binnenlaat door de irisopening te verkleinen, kun je toch dezelfde belichting krijgen door het licht twee keer zo lang de camera binnen te laten.
Betreed de sluiter
Om te bepalen hoe lang de film of sensor wordt blootgesteld aan licht, gebruiken camera's een of andere vorm van sluiter. In de eenvoudige pinhole-camera is de sluiter een stuk donker papier of ander ondoorzichtig materiaal dat met de hand wordt geopend en gesloten om de belichting te timen. Dit werkt prima voor zeer lange sluitertijden, omdat je gewoon op je horloge kunt kijken of de seconden kunt tellen. Moderne filmemulsies en CCD's kunnen echter in kleine fracties van een seconde worden belicht, dus we hebben iets geavanceerders nodig dan een eenvoudig stuk zwart constructiepapier om onze belichtingstijden te beheersen. Door een breed scala aan nauwkeurige belichtingstijden toe te staan, werkt de sluiter van de camera samen met de iris om u volledige controle te geven over de tijd en ruimte van uw afbeelding.
Veel camcorders hebben sluiters die belichtingstijden ondersteunen van enkele seconden tot wel 1/10.000ste van een seconde. Door de langzamere (langere) sluitertijden kun je een kleine iris-instelling gebruiken om een grotere scherptediepte te krijgen en toch voldoende licht op de film te krijgen. U kunt echter een probleem hebben als de camera of het onderwerp beweegt tijdens de belichting. Alles wat beweegt, wordt wazig in het uiteindelijke beeld en als de camera beweegt, wordt het hele beeld wazig. Natuurlijk kan deze vervaging worden gebruikt voor effect, zoals vaak wordt gezien in stilstaande foto's van watervallen, waar lange belichtingstijden worden gebruikt om de afbeeldingen een meer dromerige en idealistische uitstraling te geven. Hogere sluitertijden (korte duur) stellen u in staat een grotere irisopening te gebruiken, zelfs bij fel licht, waardoor de scherptediepte wordt verminderd en de mooie 3D-look wordt verkregen die eerder is geïllustreerd (zie afbeelding 2). Bovendien maken hoge sluitertijden het mogelijk om beelden te maken wanneer het onderwerp in beweging is, zonder dat het onderwerp wazig lijkt. De sluiter kan zo snel openen en sluiten dat de positie van het onderwerp nauwelijks verandert, en een perfect scherp stilstaand beeld van een snel bewegend onderwerp is mogelijk als de sluiter snel genoeg is.
De luiken in de meeste fotocamera's zijn mechanische apparaten die opengaan om een tijdje licht door te laten en dan weer sluiten. Sommige luiken zwaaien snel over de film en andere zitten in de lens zelf, maar het idee is altijd hetzelfde. Even openen, dan snel weer dichtklappen, precies op het juiste moment. Mechanische luiken hebben echter massa en die massa beperkt de snelheid waarmee ze kunnen worden geopend en gesloten. Dit beperkt over het algemeen de maximale sluitertijd (of minimale belichtingstijd) tot ongeveer 1/8000ste van een seconde op fotocamera's.
Sommige fotocamera's ontsnappen aan het massaprobleem door elektronische luiken te gebruiken. Voor dit stukje techno-magie worden twee gepolariseerde lenzen gebruikt. Een gepolariseerde lens laat licht door dat in één richting gepolariseerd is, terwijl het licht van een andere polarisatie blokkeert. Als je twee gepolariseerde lenzen bij elkaar plaatst, zodanig georiënteerd dat ze allebei licht van dezelfde polarisatie doorlaten, zal licht dat door de eerste lens gaat ook door de tweede lens. Maar als je een van de lenzen zo draait dat de polariteit tegengesteld is aan de andere, zal de eerste lens licht doorlaten met de verkeerde polariteit voor de tweede, en zal er helemaal geen licht door het lenzenpaar gaan. Je zou dus een sluiter kunnen maken van twee polarisatiefilters die je zou kunnen "openen en sluiten" door simpelweg een van de lenzen te draaien. Sterker nog, het is mogelijk om een polarisatiefilter te bouwen dat zijn polarisatie omdraait wanneer een elektrisch signaal wordt toegepast, zodat je een sluiter kunt ontwerpen die helemaal niet beweegt. U verandert eenvoudig een spanning om de sluiter te openen en te sluiten. Camera's met dit type sluitersysteem maken niet het klikkende geluid dat camera's met mechanische sluiters maken, en hun sluiters kunnen binnen 1/10.000 seconde of minder worden geopend en weer gesloten. Sluitertijden van deze hoge snelheid kunnen de beweging van een golfswing of snel rijdende auto stoppen en kristalheldere beelden van snelle actie produceren, perfect bevroren in de tijd.
Met de komst van het Charge Coupled Device, of CCD, is al dit mechanische en elektro-optische rommel overbodig geworden. De CCD zelf fungeert ook als een virtuele elektronische sluiter die net zo snel kan worden geopend en gesloten als een elektronisch signaal dat kan worden in- en uitgeschakeld, zonder extra onderdelen en met zeer weinig extra complexiteit. In plaats van een fysieke sluiter te gebruiken om de belichtingstijd te regelen, negeert de moderne op CCD gebaseerde camcorder eenvoudig het licht dat op het oppervlak valt, waardoor een gesloten sluiter wordt gesimuleerd. Om de virtuele sluiter te openen, mag de CCD beginnen met het verzamelen van lichtenergie. Wanneer het tijd is om te stoppen met het verzamelen van het licht, wordt de CCD gewoon gestopt en wordt de virtuele sluiter gesloten. Dus een van de verrassende dingen die we tegenkomen als we naar de sluiter in onze camcorders kijken, is dat die er niet is.
Helemaal geen sluiter?
Dat klopt. De moderne camcorder heeft niet echt iets dat je zou kunnen identificeren als een sluiter. In plaats daarvan, op het moment dat een mechanische sluiter zou sluiten, wordt de CCD eenvoudig ongevoelig gemaakt voor licht. Laten we de CCD zelf eens nader bekijken en zien hoe dit wordt bereikt.
In de CCD bevinden zich een groot aantal "cellen" die gevoelig zijn voor licht. Het aantal pixels voor een CCD geeft aan hoeveel cellen de CCD bevat. Wanneer licht op een van deze cellen valt, wordt er een elektrische lading in de cel gegenereerd. Hoe meer licht de cel raakt, hoe groter de lading die zich ophoopt. De cellen verzamelen niet echt "licht", maar zetten licht in plaats daarvan om in een elektrische lading die evenredig is met het licht dat op de cel valt.
Merk ook op dat de lichtgevoelige cel niet gevoelig is voor kleur. Het accumuleert zijn lading ongeacht de kleur van het licht dat op het oppervlak valt. Om kleurenafbeeldingen te maken, worden filters voor de cellen geplaatst, zodat sommige rood, sommige blauw en sommige groen licht zien. Dit kan worden gedaan met een enkele CCD en een complexe rode, groene en blauwe lens-filterconstructie, of door drie afzonderlijke CCD's te gebruiken met een enkele kleurenfilter over elk (zie afbeelding 3).
Aanvankelijk wordt elke celuitgang kortgesloten naar aarde, zodat de lading die wordt gegenereerd door licht dat op de cel valt, onmiddellijk wordt afgevoerd. In deze toestand verzamelen de cellen geen lading en is de virtuele sluiter "gesloten". Om een beeld vast te leggen, wordt de afvoer van de cellen gesloten en beginnen de ladingen zich op te hopen in verhouding tot het licht dat op de cel valt. Aan het einde van de blootstellingsperiode worden de ladingen in elke cel doorgegeven aan een verticaal overdrachtsregister, dat vervolgens elke lading, in emmerbrigadestijl, doorgeeft aan een horizontaal overdrachtsregister. Daar voegen ze zich bij de parade van ladingen van de andere Vertical Transfer Registers en worden ze als één bestand naar de videoverwerkings- en opnamecircuits gemarcheerd (zie figuur 4).
De "bewegende" beelden die we als video zien, zijn eigenlijk een reeks stilstaande beelden die snel worden weergegeven. Alle NTSC-camcorders produceren 30 stilstaande beelden per seconde. Elk frame bestaat uit twee velden, voor een totaal van 60 velden per seconde. Er is echter een trend om camera's te produceren die 30 frames per seconde kunnen opnemen zonder velden die soms progressieve scan of "Frame Movie"-modus worden genoemd. In deze modus nemen deze camera's geen 60 discrete velden op, maar voeren ze uit naar een tv of videorecorder in het standaard NTSC 60-veld/30 frames per seconde-formaat. Deze modus wordt over het algemeen gebruikt om afbeeldingen te verzamelen die als foto's naar een computer worden geëxporteerd.
Bij "normale" snelheid verzamelt de CCD zijn lading voor de volledige veldtijd van 1/60 seconde, waardoor 1/60 de standaard sluiterinstelling is voor normaal fotograferen. Dit is snel genoeg om de meeste onscherpte veroorzaakt door camerabewegingen en langzame bewegingen binnen het frame te voorkomen. Maar met onze camcorders kunnen we nu sluitertijden kiezen die sneller of langzamer zijn dan de framesnelheid van de camcorder. Met instellingen voor langzame sluitertijd kan de CCD gewoon actief blijven gedurende meerdere (of vele) veldintervallen en het eerder vastgelegde beeld opnemen tijdens de belichtingsperiode. Wanneer u fotografeert met een lange sluitertijd van 1/15 seconde, blijft de CCD actief gedurende de periode van vier velden. De ladingen worden vervolgens naar buiten gemarcheerd voor opname en dezelfde gegevens worden gedurende vier frames opgenomen, terwijl de CCD zijn cellen nog eens 1/15e van een seconde vult. Zo blijft de framerate constant, ook al werkt de sluiter op een heel andere snelheid.
De supersnelle en stille high-speed sluiterbediening is nog eenvoudiger. In plaats van de afvoer uit de cellen te verwijderen aan het begin van het veldinterval van 1/60, mag de lading zijn lading gedurende een deel van de totale veldtijd blijven afvoeren. Als bijvoorbeeld een sluitertijd van 1/120 is geselecteerd, zullen de CCD's gedurende de eerste helft van het frame-interval blijven leeglopen en alleen in de tweede helft licht verzamelen. Voor hogere snelheden worden de cellen gewoon een groter percentage van de veldtijd leeggemaakt.
Uiteindelijk hebben we een virtuele sluiter zonder bewegende delen en zonder massa. In feite hebben onze luiken helemaal geen bestaan. En toch geven ze ons nog steeds controle over de ruimte en tijd van onze beelden en belichting.
Alles aan het werk zetten
Al deze theorie is interessant, maar de echte waarde van de snelle sluiter ligt in de controle die het je geeft over het uiterlijk van je afbeeldingen. In combinatie met de iris krijg je controle over scherptediepte, bewegingsonscherpte en de helderheid van het beeld zelf. Een overzicht van de relaties lijkt op zijn plaats.
Kleinere instellingen voor de irisdiameter laten minder licht toe, maar geven meer scherptediepte. Om de helderheid van het beeld constant te houden, moet een langere sluitertijd worden gebruikt.
Grotere diafragma-instellingen verminderen de scherptediepte, accentueren het onderwerp en creëren een meer driedimensionaal beeld. Er is een hogere sluitertijd nodig om de helderheid van het beeld laag genoeg te houden om de iris open te houden tot een grotere diameter.
Hogere sluitertijden bevriezen beweging en geven scherpe beelden ondanks relatieve beweging tussen het onderwerp en de camera. Om voldoende licht te krijgen bij de hogere sluitertijden, moet de iris verder worden geopend om meer licht toe te laten, en als resultaat wordt de scherptediepte verminderd.
Er kunnen zeer lange sluitertijden worden gebruikt om de CCD in staat te stellen meer licht op te vangen in situaties met weinig licht of om een kleinere irisopening een grotere scherptediepte mogelijk te maken. De wisselwerking is dat hetzelfde beeld over meerdere velden wordt herhaald, wat mogelijk kan resulteren in een schokkerige stroboscoopachtige beweging. Ook zorgt de lange sluitertijd voor meer bewegingsonscherpte, wat een probleem of een artistiek effect kan zijn.
Ten slotte regelen de iris en de sluiter samen de totale hoeveelheid licht die wordt gebruikt om een lading in de CCD-cellen op te bouwen, en elk of beide kunnen worden aangepast om een beeld te produceren dat donkerder of lichter is dan de originele scène .
Leren door te doen
Nu kent u de theorie achter de werking van de snelle sluiter van uw camcorder. Maar als het gaat om het selecteren van de beste belichtingsmodus of sluiter- en diafragma-instellingen voor een bepaalde situatie of effect, is er geen vervanging voor ervaring en oefening. Neem de tijd om te experimenteren met de verschillende belichtingsstanden en instellingen op uw camcorder, en u krijgt veel meer controle over het uiterlijk van uw eindproduct.