Video är ett perfekt exempel – den använder processer utvecklade för ljudinspelning, film- och stillbildsfotografering och TV, och kombinerar dem för att bilda en ny teknik. Men som med all teknik är det ingen magi involverad i hur en videokamera "ser" ljus, bara teknik och vetenskap.
Nervcentrum är CCD-sensorn
Ända sedan kamerafilmen uppfanns på 1800-talet, fokuserade kamerans lins ljus på de ljuskänsliga silverhalogenidsalterna i den fotografiska filmen, oavsett om slutresultatet är stillbilder eller rörliga bilder. Med video fokuserar videokamerans lins bilden på en elektronisk sensor som kallas CCD, en förkortning för charge-coupled device. CCD-sensorn innehåller hundratusentals ljuskänsliga dioder, a.k.a. fotoplatser, som registrerar intensiteten av ljuset de tar emot och omvandlar den mätningen till en elektrisk laddning. Intensiteten på den laddningen motsvarar styrkan på ljuset varje fotoplats tar emot.
Från gråskala till levande färg
Fotosajter omvandlas till slut till pixlar i en videobild, men det finns ett mellansteg, eftersom CCD:er inte spelar in färg. De upptäcker och registrerar bara intensiteten av ljuset som träffar dem och registrerar gråskalebilden. Gråskalebilden som de har tagit överförs sedan till en separat färgfilteruppsättning, som fångar de individuella röda, gröna och blå primärfärgerna.
När det gäller avancerade videokameror med flera CCD:er är varje CCD dedikerad till att fånga ett enda element i färgspektrumet. De får ljus via ett prisma inuti kameran. Prismat tar ljuset som kommer in i kamerans lins, delar upp ljuset i rött, grönt och blått och skickar sedan dessa färger till den matchande CCD, där intensiteten för varje färg kodas. Behovet av de tre individuella CCD:erna, en för varje primär ljusfärg, är en av anledningarna till att tre-CCD pro-kameror är dyrare än CMOS-kameror av konsumentkvalitet. CMOS-chips (komplementära metalloxid-halvledare) samlar både videokamerans bildsensor och dess centrala processorenhet (CPU) till ett enda chip.
Oavsett om du har en liten CMOS-videokamera med en enda bildsensor och relativt osofistikerad CPU, eller en 3CCD pro-enhet med en separat och komplex avancerad processor, gör dessa chips en hel del arbete som brukade göras av många mekaniska delar och mycket kemikalier i filmkameradagar. Men först måste dessa chips interagera med videokamerans lins.
Genom ett glas, men inte för mörkt
Naturligtvis involverar inte alla aspekter av hur en videokamera ser ljus elektronik; Fysiken i videokamerans lins spelar också en viktig roll. Hur ett objektiv fungerar är mer än någon annan aspekt av videofotografering en överföring från de första dagarna av stillbilds- och filmfotografering.
Storleken på iris måste röra sig i motsats till mängden ljus som den tar emot. Mycket ljus kommer att minska kamerans iris. Mindre ljus kommer att öppna den. I konsumentvideokameror görs allt detta automatiskt av ljusavkännande kretsar inuti videokameran. Bättre videokameror gör att dessa inställningar också kan ändras manuellt.
Naturligtvis, om bilden är för mörk till att börja med, kommer det helt enkelt inte att komma in tillräckligt med ljus i linsen för att spela in en anständig bild, oavsett hur vidöppen irisen är. Detta kan resultera i att elektroniskt brus syns i en inspelad bild. Därav behovet av en hel del solljus eller, när det är inne, videoljus, för en jämn, jämnt upplyst bild.
På samma sätt, eftersom irisinställningar också påverkar skärpedjupet, har videofotografer och deras föregångare, de ursprungliga filmfotograferna, länge manipulerat storleken på kamerans iris för att påverka hur mycket av bilden som är i fokus. Till exempel, mest berömd med Citizen Kane från 1941, använde filmfotografer ofta en kombination av mycket ljus och en dramatiskt nedstängd iris för djupfokuserade bilder.
Slutaren påverkar också hur ljuset spelas in
Om du någonsin har riktat en CCD-kamera direkt in i ett starkt videoljus, har du sett vad som händer. Till skillnad från med en filmkamera, där du får en haloeffekt, kommer videon du spelar in ofta att ge dig skarpa vertikala streck. (Men alla ränder du kommer att se med en CCD-baserad kamera kommer att blekna i jämförelse med de allvarliga eftersläpningar och ränder som brukade vara vanliga med de rörbaserade kamerorna från förr.)
Å andra sidan använder de flesta CMOS-kameror en rullande elektronisk slutare för att ta en bild sekventiellt i tunna rader från topp till botten under en enda bildruta. Den rullande slutaren kan generera en annan typ av visuell distorsion. Att panorera för snabbt med en CMOS-kamera leder ofta till skevhet, vilket är en förvrängning av vertikala linjer i en bild.
Så vad händer i andra änden?
Nuförtiden använder videokameror en mängd olika lagringsmedier. Men oavsett om det är DV- eller HDV-band, en hårddisk eller till och med Flash-media, spelar de in en digital version av intensiteten av ljuset som flödar in i deras lins.
På motsatt sida av linsen tar din dator eller digital-TV informationen och vänder på ovanstående process. Det ökar ljusintensiteten i specifika områden av bilden som den spelas upp, baserat på intensiteten av den elektriska laddningen.
Lyckligtvis är allt detta oändligt mycket lättare i praktiken än beskrivning, vilket gör att vi kan fokusera på våra övergripande produktioner, och inte de små tekniska detaljerna. En dator involverar en myriad av processer som sker mikrosekund för mikrosekund, men som vi tar för givet (åtminstone tills den kraschar). På samma sätt sker den komplexa processen att översätta ljus till digitala bilder med nästan omedelbara hastigheter inuti en enhet som, som minst, får plats i din handflata.
Kanske var det jag sa i början felaktigt, och kanske är det magi. Eller åtminstone omöjligt att skilja från det.
Edward B. Driscoll Jr. är en frilansjournalist som bevakar hemmabio och media.