Kamery

Kamery jsou naším okem, když zrovna letíme s modelem. Je tedy rozhodující pro požitek, který z létání budeme mít, alespoň po té vizuální stránce. Asi nebudete moc nadšení z kamery za pár dolarů, když proti sluníčku, nebo při vletu do tmavší oblasti, neuvidíte nic. Toto většinou končí nehodou nebo přinejmenším frustrací.

Jedná se původně o kvalitní miniaturní bezpečnostní kamery, z nichž některé typy byly pro náš účel vhodnější a jiné méně. Vzhledem k rostoucí popularitě FPV se nyní už výrobci věnují vývoji kamer speciálně pro to určených. Jak jsme už zmínili, pro zážitek z létání je kvalita kamery rozhodující a určitě se na ní nevyplatí šetřit.

Kamery se podle technologie optického senzoru dělí na CCD a CMOS. První generace CMOS kamer nebyla příliš vhodná kvůli nízkému rozsahu dynamiky obrazu – jednoduše řečeno, pokud kamera „zahlédla“ oblohu, všechno ostatní v obraze zčernalo. Kamery CCD tímto nešvarem trpí daleko méně, zvláště pokud mají v parametrech uvedenou funkci WDR („wide dynamic range“, široký dynamický rozsah). V poslední době ale i vývoj CMOS kamer pokročil natolik, že se CCD kamerám vyrovnají a v některých ohledech je možná i předčí (např. v rychlosti reakce při prudké změně světelných podmínek).

Typ snímacího senzoru

V současné době rozlišujeme pro FPV použití dva typy snímacích senzorů. Jsou to CCD a CMOS. Oba typy pracují na principu fotocitlivých elektrických polovodičových prvků (křemíkových fotodiod). Foton, elementární částice světla, dopadá na fotodiodu a ta jej přemění na elektrický náboj. Rozdíl mezi senzory je především ve vyhodnocení a interpretaci náboje na každém bodě senzoru (pixely). Zkusíme si popsat rozdíly, výhody a nevýhody obou typů.

  • CCD – Charge Coupled Device – tyto kamery mají největší výhodu v tom, že mají široký dynamický rozsah (WDR – Wide Dynamic Range). To nám udává rozsah odstínů od nejčernější černé po nejsvětlejší bílou, které je schopen snímač zachytit. V praxi to znamená, že pokud poletíte proti slunci, tak normálně uvidíte krajinu. A pokud poletíte ze světla do stínu, tak i v stinné oblasti rozeznáte objekty a můžete se jim snáze vyhnout. Oproti CMOS senzorům, navíc obnovují hodnoty všech pixelů najednou. Tímto nedochází k rozvlnění obrazu (tzv. Jello efekt). Nevýhodou je pořizovací cena. CCD kamery bývají dražší než s CMOS čipem, ale není to pravidlem. Velmi oblíbenou CCD kamerou je např. HS1177, Foxeer Arrow V3 nebo Runcam Swift 2.
  • CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor – U CMOS má každý pixel má svůj konvertor náboje rovnou na napětí, tento bývá zesilován, očištěn od šumu a převeden na digitální signál. Zpracování obrazu je tedy rychlejší oproti CCD. Výhodou CMOS senzorů je, že spotřebovávají méně energie v klidovém stavu, umožňují instalaci většího počtu světlo citlivých bodů, kamery mohou být daleko menší a je více potlačen šum v obraze. Dále oproti CCD čipům, které obnovují celou snímanou plochu najednou, tak CMOS senzory obnovují plochu po řádcích. Proto může díky vibracím v modelu rozvlněný obraz (tzv. Jello efekt). CMOS kamerám se rozhodně nevyhnete, pokud budete stavět ty nejmenší kvadrokoptérky jako je Tiny Whoop. Pro závodní 5″ koptéry patří na špičku CMOS kamer Runcam Eagle 2.
CCD kamera Foxeer Arrow V3
CMOS kamera Runcam Eagle 2

Rozlišení a poměr stran obrazu

Analogový obraz vysílaný přes 5.8 GHz umožňuje přenést 700 TVL (TVL – TeleVision Lines), což je rozlišení udávané v počtu řádků obrazu. Někdo uvádí, že lze přenést i 1000 TVL, ale se zvyšujícím se rozlišením se zvyšuje také latence (zpoždění). Vyšší HD rozlišení se však dá použít při digitálním přenosu obrazu, kdy můžete létat FPV s rozlišením Full HD 30 snímků za sekundu (fps – frames per second). Takový systém digitálního přenosu představuje např. Connex Pro Sight HD. Ale zatím se jedná o celkem drahé vybavení. Dalším limitujícím faktorem je rozlišení monitorů v FPV brýlích. Např. Fatshark Dominator HD3 mají rozlišení displejů 800×600 pixelů, tzn. 600 TVL. Záleží tedy jen na vás, jestli se vám vyplatí investovat do kamery s vyšším rozlišením. Obvykle se používají kamery s rozlišením 600 TVL, kvůli nízké latenci.

S rozlišením úzce souvisí také poměr stran obrazu. Většina kamer používá poměr stran 4:3. Ale co když mám FPV brýle, jejichž monitor, nebo monitory mají poměr stran 16:9? V tom případě se vám obraz roztáhne do stran. Ze začátku to může být nepříjemné, ale mozek si na deformaci rychle zvykne a přestane jí vnímat. Jsou ale tací, kterým to vadí a nezvyknou si nikdy. Další věcí je, že záznamové zařízení ve většině FPV brýlí, nebo i ty externí, stejně nahrávají jen ve formátu 4:3, takže ten roztažený obraz, co je v brýlích, je pak ve výsledku nahraný v původním poměru stran. Nebo pak je možnost si pořídit FPV kameru, která vysílá obraz 16:9. Je to samozřejmě příjemnější podívaná, ale kamery s širokoúhlým obrazem jsou o něco dražší a navíc nahrané video pak musíte v počítači roztahovat.

Formát kódování

Ve světě rozlišujeme tři normy kódování analogového obrazu. Jsou jimi NTSC, PAL a SECAM. Té poslední se věnovat nebudem. NTSC se používá především v severní a jižní Americe a některých asijských zemích. Kdežto PAL se vyskytuje v Evropě, Africe, jižní Americe i Asii. Jediným podstatným rozdílem je rozlišení a počet snímků za sekundu (fps). PAL zvládá 720×526 pixelů a 25fps a NTSC má 720×480 pixelů a 30fps. Takže záleží opět na vás, jestli budete mít radši kvalitnější a méně plynulý obraz u PALu, nebo nižší rozlišení obrazu a vyšší snímkovací frekvenci u NTSC.

IR block a IR sensitive

Dalším parametrem kamer bývá informace uvedená v popisu kamery, nebo jako parametr k výběru. Jedná se o IR block a IR sensitive. Rozdíl je pouze v tom, zda kamera má před senzorem filtr infračerveného světla. IR block kamery mají kontrastnější obraz v případě dobrého osvětlení a podávají lepší barevnost obrazu, ale při nedostatku světla nepodávají tak dobrý výkon. A kamery IR sensitive, mají trochu horší obraz, méně barevný, ale je to ve prospěch lepší viditelnosti při nedostatku světla. S použitím optiky s lepší světelností lze létat i v noci za svitu pouličního osvětlení. A při použití IR přisvícení můžete teoreticky létat v naprosté tmě. Pokud budete létat převážně ve dne, za světla, tak sáhněte po IR block, v opačném případě IR sensitive. Filtr může být také až součástí objektivu, v tom případě je vhodnější IR sensitive kamera a následně si můžete vybrat, jestli použijete čočku s filtrem nebo bez.

Vlevo IR sensitive, vpravo IR block

Úhel záběru

Úhel záběru nám udává zorné pole (úhel), které budeme schopni vidět skrze kameru. U kamer se rozlišuje jednak ohnisková vzdálenost objektivu např. 1.8mm, 2.5mm, 2.8mm a pak je to tzv. FOV (z anlg. Field Of View). Čím menší je ohnisko, tím větší je zorné pole. Ale u kamery s objektivem 2.8mm můžeme mít FOV 90o, ale i 100o. Takže ohnisková vzdálenost objektivu není vždy rozhodující. Větší zorné pole Vám umožní vidět větší část okolí před kamerou. U menšího zorného pole budete mít pocit zoomu. Oblíbeným kompromisem jsou objektivy s ohniskovou vzdáleností 2.5mm až 2.8mm a právě s FOV 90 až 100. U širokoúhlého objektivu, jako mají některé HD kamery, se pak setkáte s efektem „rybího oka“. Velmi oblíbeným objektivem mezi piloty je Foxeer HQ, s ohniskovou vzdáleností 2,5mm.

Latence

Latence nám udává zpoždění. Situace před kamerou se děje v reálném čase, ale obraz, který vidíte v FPV brýlích či monitoru je s malým zpožděním. Hodnota se udává v milisekundách (ms) a u nejpoužívanějších kamer je okolo 20ms. Možná si říkáte, že to není ani mžiknutí oka, ale pokud letíte s modelem rychlostí 100km/h, což není nic nereálného, tak při latenci 50ms uletíte 1,4 m než stihnete zareagovat. Skoro 1.5 m, to už je solidní vzdálenost.  HD kamery jako GoPro, Xiaomi Yi, Runcam, umožňují tzv. video live out. Takže jsou schopny obraz v HD kvalitě ukládat na SD kartu a zároveň skrze USB konektor posílat živý obraz do video vysílače. Ale u tohoto video signálu bývá latence i daleko přes 100ms. Tudíž pro FPV závodění jsou nepoužitelné.

Kombinované kamery

Zajímavým typem jsou (a čím dál více budou) kamery, které plní dvojitou funkci: fungují jako FPV kamera a zároveň HD kamera (pro záznam ve vysokém rozlišení). Je to vlastně logické – proč vozit relativně těžkou HD kameru, když HD záznam můžeme získat z vylepšené FPV kamery? Typickým představitelem je Runcam Split, kamera připojená k destičce plošného spoje, na které je slot pro paměťovou kartu a řídící elektronika. To je ovšem na úkor trochu vyšší latence, která u Splitu dosahuje kolem 50ms.

Runcam Split 2

Další díl