Jak vysokorychlostní kamera zachytí 10 000 snímků za sekundu?

Jak je možné, že vysokorychlostní kamera dokáže uložit 10 000 snímků za sekundu?

Když se řekne kamera, většina z nás si představí video natočené rychlostí 25 nebo 30 snímků za sekundu. Vysokorychlostní kamera ale pracuje v úplně jiné kategorii. Dokáže zaznamenat například 1 000, 10 000 nebo i desítky tisíc snímků za sekundu. Díky tomu můžeme zpomalit děje, které lidské oko vůbec nedokáže postřehnout – například náraz, deformaci materiálu, výbuch, proudění kapaliny nebo pohyb rychle pracujících mechanismů.

Co se vlastně v kameře při takové rychlosti děje? Základem je speciálně navržený CMOS obrazový snímač. Každý jeho pixel funguje v principu jako malý detektor světla, kdydopadající fotony vytvářejí elektrický náboj, tato hodnota se přečte a převede na digitální údaj, ze kterého vznikne obraz.

U běžné kamery je právě čtení snímače jedním z hlavních omezení rychlosti. Vysokorychlostní snímače využívají rozsáhlé paralelní zpracování – data se čtou současně mnoha výstupními cestami. U některých technologií je navíc rychlá paměť umístěna přímo na snímači nebo v jeho bezprostřední blízkosti. A právě rychlá paměť je jedním z důležitých triků vysokorychlostní kamery. Během samotného záznamu ukládá obrazová data do velmi rychlé interní paměti. Teprve po skončení záznamu se data postupně přenesou a zpracují.

Při rychlosti 10 000 snímků za sekundu vzniká nový snímek každých 100 mikrosekund. Kamera tedy musí během této doby dokončit expozici a připravit se na další snímek. Moderní snímač může pracovat s expozicí v řádu mikrosekund. Mnohem náročnější je to obrovské množství dat rychle přečíst, zpracovat a uložit. Proto je u vysokorychlostních kamer běžný kompromis mezi rychlostí, rozlišením a délkou záznamu. Čím vyšší počet snímků za sekundu požadujeme, tím větší datový tok vzniká a tím náročnější je jeho zpracování a uložení.

Vysokorychlostní kamera tedy není jednoduše „běžná kamera, která umí fotit rychleji“. Jde o celý systém, ve kterém musí společně pracovat speciální obrazový snímač, paralelní elektronika, extrémně rychlá paměť a výkonné řídicí obvody. Díky této kombinaci dokáže kamera zaznamenat děje, které trvají pouhé milisekundy nebo mikrosekundy, a následně je přehrát zpomaleně. To umožňuje technikům a vývojářům vidět přesně to, co se při nárazu, prasknutí, deformaci nebo rychlém pohybu skutečně stalo – okamžiky, které jsou pro lidské oko jednoduše příliš rychlé.