» Cameras / Kamery
Kamery pro FPV

English

Požadované vlastnosti kamer pro FPV
Rozdíly mezi kamerami CCD a CMOS
Paprskové kóma
Zešikmení linií
Vlnění obrazu
Dílčí chybná expozice
Interference s výbojkovým osvětlením
Shrnutí

Pro účely FPV se nejčastěji využívají miniaturní průmyslové kamery. Při výběru je třeba přihlížet zejména k těmto kritériím:

  • Kamera by měla být co nejlehčí. Potřeba nízké hmotnosti nevyplývá jen z důvodu co nejmenšího nárůstu letové hmotnosti po vestavbě FPV vybavení, ale také proto, že kameru budete zřejmě ovládat servomechanismem pro zajištění jejího klopení a otáčení (headtracking). U těžších kamer nesmíme zapomínat na změnu polohy těžiště modelu při pohybu kamery!
  • Kamera by měla být nárazuvzdorná nebo umístěna v pouzdru, které zajistí vyšší pravděpodobnost přežití v případě havárie.
  • Kamera musí podporovat výstup ve formě kompozitního videosignálu. Miniaturní průmyslové kamery mívají výstup proveden trojžilovým stíněným kabelem v barvách vodičů červené (kladný pól napájení), hnědé nebo černé (záporný pól napájení) a žluté (výstup videosignálu).
  • Kamera musí podporovat tutéž obrazovou normu jako váš videozobrazovač/monitor, resp. videobrýle. Na internetu se dostanete takřka výhradně k produktům pro normu PAL nebo NTSC. Norma NTSC je charakteristická pro trh v USA, v našich zeměpisných šířkách vždy dbejte na výběr videokomponent podporujících normu PAL.
  • Vhodné kamery se vyrábějí pro napájení stejnosměrným napětím 5V nebo 12V. Obojí je možné. Je však třeba volit tak, aby kamera i videovysílač byly určeny pro totéž napětí. Častěji se používá 12V napájení zajištěné samostatným 3S LiPo akumulátorem.
    Napájet kameru přímo z 5V BEC regulátoru není dobrý nápad. Obraz vám s velkou pravděpodobností bude kazit interference od motoru nebo bude docházet k jeho výpadkům při poklesu napětí způsobeném zvýšenou spotřebou serva při jeho prudkém pohybu. Vždy proto doporučuji použití samostatného akumulátoru pro FPV vybavení modelu. Typicky zcela postačuje akumulátor o kapacitě stovek mAh.
  • Zorný úhel kamery je většinou neměnný, jednoduché kamery nepodporují funkci zoomování s dálkovým řízením zoomu. Objektivy kamer lze ovšem přikoupit zvlášť a měnit. Optimální zorný úhel je 70-90° horizontálně. Menší zorné pole neposkytuje dostatečný přehled o dění v okolí modelu, obraz při zorném úhlu větším než 110° je výrazně deformován efektem tzv. „rybího oka“.
  • Pro přenos obrazu je možné použít přímo miniaturní videokamkordér nebo fotoaparát s online videovýstupem (např. GoPro HD). Kamkordér zajistí ukládání obrazu v nejvyšší kvalitě přímo na palubě modelu. Přenášený obraz ale bývá doplněn do obrazu vkládanými a v nastavení nevypnutelnými symboly, např. stavu akumulátoru kamery, symbolem běžícího záznamu nebo načítající se časomíry.
  • Klíčovou pozornost je třeba věnovat výběru typu kamery. Nejčastěji dostupné typy jsou CCD a CMOS. Každý má své přednosti i nedostatky (viz. dále).
  • Kamera se musí vyznačovat rychlým nastavením jasu. Pomalé reakce na rychlé změny jasu obrazu během letu by mohly vést k dezorientaci pilota v prodlevách, než se jas obrazu upraví a scéna správně exponuje, dokonce až k havárii modelu.
  • Kamera by měla mít rozlišení 420TV řádků nebo více.
  • Kamera by měla mít práh minimální světelnosti nižší než 0.5 lux, typicky 0.2 lux.
  • Kamera by měla mít nejlépe 1/3“ snímací senzor.

Kamera by měla poskytovat kvalitní obraz. Tady je kámen úrazu –„ kvalitní“ znamená pro každého něco jiného. Pro jednoho to může představovat pestré a věrné podání barev, pro jiného rovnoměrně exponovaný nechvějící se obraz.

Výběr té správné kamery vyžaduje možnost porovnání a především znalost faktu, že se musíte rozhodnout mezi dvěma základními typy:

CCD a CMOS kamery používané pro FPV

CCD

       



poskytuje jasnější obraz při špatném osvětlení
vyznačuje se menším šumem obrazu
zpravidla větší rozlišení a kontrastnější obraz

 



vyšší spotřeba
trpí nerovnoměrnou expozicí scény
vada zobrazení svislých čar od přesvícených míst obrazu

CMOS

   

 

 


mnohem vyváženější expozice obrazu
nižší proudová spotřeba
 


nejasný obraz při slabším osvětlení a více šumu
obraz trpí efektem „plování“ a vlnění obrazu při vibraci

 

CCD kamery disponují elektronickou závěrkou. Nejedná se o mechanickou závěrku jako u zrcadlovky, přesto čas potřebný pro akumulaci náboje je pro každý pixel tentýž. Poté dochází k vyhodnocení naakumulovaného elektrického náboje pro každý pixel a k převodu na elektronický obrazový signál. Z toho plynou problémy s nerovnoměrným osvětlením scény.

CMOS kamery disponují shora dolů se posouvající postupnou závěrkou. To představuje lepší šanci na správné stanovení expozice pro každý řádek obrazu, avšak v okamžiku, kdy došlo k vyhodnocení a přenosu níže umístěného řádku obrazu, může již být na senzor promítána jiná scéna. To vede zejména při vibracích a prudkých pohybech kamery k deformacím obrazu.

Přestože se pro účely zájemců o FPV nechci problematikou rozboru předností i nectností obou typů kamer věnovat nadměrně, považuji za užitečné, abyste pochopili základní rozdíly a popis vad vám pomohl ve volbě správného typu.

Podívejme se dále na stručný rozbor vad obrazu typický pro každý z uvedených typů.

Paprskové kóma (anglicky "Smear") spočívá v zobrazení svislých jasných čar protínajících celý obraz a vycházejících z přesvětlených bodů obrazu, např. slunce nebo pouličních lamp. Postihuje CCD kamery, naopak CMOS senzory s rolující závěrkou jsou proti tomuto efektu odolné. Na následujícím obrázku se nabízí zobrazení téže scény různými senzory.

CCD

Paprskové kóma u CCD senzoru

CMOS

CMOS senzor

Zešikmení (anglicky „Skew“) je deformací postihující obraz CMOS kamer při prudkém pohybu stranou. CCD kamery jsou proti této deformaci obrazu odolné. Je způsobena faktem, že než je sejmut a přenesen řádek v obraze níže umístěný, obraz promítaný na sensor již ujede stranou, což vede k podklouznutí a deformaci kolmých linií v obraze. Dobře je to vidět na následujících snímcích. Zatímco v klidu jsou ráhna brány jistě kolmá k zemi, při pohybu do strany se sklání k jedné nebo druhé straně podle pohybu kamery. Toto podklouznutí je tím výraznější, čím rychlejší je pohyb kamery a horší osvětlení scény. Tento efekt může při velmi rychlém pohybu vést až ke komické deformaci objektů (fotbalistovi vpravo ujely nohy vpřed).

Zešikmení linií obrazu u CMOS senzoru

Vlnění obrazu (anglicky „Wobble“) je charakteristickou vadou CMOS kamer. V případě vibrací se záběr promítaný na obrazový senzor pohybuje tam a zpět, postupné sejmutí a vyhodnocení obrazu rolující závěrkou však vyvolává iluzi obrazu jakoby vlnícího se na vodní hladině. Příklad extrémního případu této vady je zde.

Dílčí chybná expozice (anglicky „Partial Exposure“) je vada postihující obraz CMOS kamer v případě prudké změny expozičních podmínek, například po záblesku blesku či slunce nebo při záznamu ohňostroje. Projevuje se prudkou a chybnou změnou expozice části obrazu (viz.následující obrázek).

Chybná expozice dolní části snímku

Podobný jev pruhování obrazu do různě světlých a tmavých pruhů se může projevit při osvětlení výbojkami. Tento efekt se jako poblikávání obrazu projeví i u CCD snímačů. Pokud závěrka snímá s rychlostí 1/60s a obraz je nasvícen výbojkou napájenou proudem o frekvenci 50Hz, projeví se v obraze nepříjemné poblikávání obrazu rozdílovou frekvencí 10Hz.

Na závěr shrňme, že pokud plánujete FPV pro plynule se pohybující model letadla, zejména větroně nebo slowflyeru, a pokud je pohonný systém vyvážen a netrpí výraznými vibracemi, použití CMOS kamery nebude problém. Její využití nabídne rovnoměrněji exponované záběry se správnou expozicí nebe i země ve srovnání s CCD senzorem, zejména se sluncem nízko nad obzorem.

CCD kamery ovšem ohledně expozice a korekce protisvětla nelze zcela zatracovat. Mezi výrobci existují výrazné rozdíly. Následující video ukazuje, že zatímco jedna ze CCD kamer si i s protisvětlem poradí dobře, jiná je schopna zobrazit jen přesvětlené nebe a černou siluetu země.

Naopak vyhněte se použití CMOS snímače v případě nasazení ve vrtulníku, kopteru nebo letadle, s nímž plánujete divokou akrobacii. V takových aplikacích použijte CCD kameru, podobně v případě letů za šera.

Pro ty, kdo chtějí všemu přijít hlouběji na kloub, nabízím zde odkaz na další detailnější informace o kamerových snímačích a jejich vlastnostech.

 zpět >

 

Y2VhZj