Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011
Časosběrné snímky Autoři: Daniel Frýbort a Jan Tvrdík Konzultant: Mgr. Věrka Koudelková
1 Úvod Měli jsme za úkol pokusit se nafotit časosběrné fotografie a následně z nich udělat videa s použitím pouze obyčejného fotoaparátu a počítače. Projekt jsme si vybrali, protože jsme viděli nespočet časosběrných videí a zajímalo nás, jak je těžké je vyrobit. Taky jsme neměli v podstatě žádné zkušenosti s focením a naučit se něco nového se vždycky hodí.
2 Nástroje a technika K dispozici jsme měli fotoaparát Canon PowerShot A460 a stativ Velbon, PHD-41Q. Bohužel jsme zjistili, že Canon PowerShot A460 neobsahuje funkci pro tvorbu časosběrných fotografií. Zpočátku jsme tedy zkoušeli mačkat spoušť ručně v pravidelných 30s intervalech, ale brzy jsme se utvrdili v tom, že tento způsob focení je velmi namáhavý a neefektivní. Stáhli jsme proto aplikaci Timelapse Free na tvorbu časosběrných fotografií do telefonu HTC Desire. Aplikace je to velmi jednoduchá, ale naším potřebám by stačila. Jako největší problém se ale ukázala nemožnost přidělat telefon na stativ. Sestavili jsme jednoduchý stojan na telefon, ale jeho kvalita se nedala s profesionálním stativem srovnat. Naštěstí nám Jan Bohuslav poradil, že problém s ručním mačkáním spouště fotoaparátu by mohl řešit CHDK.
-1-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011
2.1 Canon Hack Development Kit Canon Hack Development Kit (dále jen CHDK) je neinvazivní alternativní (neoficiální) firmware pro fotoaparáty Canon, který výrazně rozšiřuje jejich funkčnost mimo jiné i o možnost spouštění skriptů. CHDK je šířen zdarma pod GPL licencí a je ke stažení z [2]. Je potřeba stáhnout si verzi přesně pro konkrétní model fotoaparátu, aby byla zaručena kompatibilita. 2.1.1 Instalace CHDK podporuje dva způsoby instalace. Při prvním se pouze nahrají soubory na SD kartu telefonu a po každém spuštění je potřeba přes menu telefonu spustit „firmware update“, čímž se provede neinvazivní instalace CHDK (nijak nepoškodí fotoaparát, při příštím zapnutí fotoaparátu je vše při starém). Druhý způsob spočívá v automatickém načtení CHDK po zapnutí fotoaparátu v případě, že SD karta je uzamčená (což ale nezabrání přidávání nových fotek). Po odemčení SD karty se načte výchozí firmware. 2.1.2 Ultra Intervalometr Pro tvorbu časosběrných fotografií se nám podařilo najít na internetu již hotový skript s názvem Ultra Intervalometr. Ten umožňuje nastavení intervalu, ve kterém bude fotoaparát automaticky fotit.
2.2 Zpracování fotografií a tvorba videa Pro dávkové zpracování fotografií (většinou změna rozlišení, výjimečně výřez) jsme používali zdarma dostupný program IrfanView. Pro tvorbu videí z fotek jsme pro první dva projekty se svíčkou používali Movie Maker mezi jehož hlavní nevýhody patří omezené množství nastavení a dlouhá doba vytváření videa. Proto jsme Movie Maker velmi brzo nahradili za zdarma dostupný FFmpeg.
-2-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011 2.2.1 Práce s FFmpeg S FFmpeg se pracuje pomocí příkazové řádky, proto jsme si pro usnadnění napsali dva dávkové soubory – jeden na generování nekomprimovaného videa a druhý na generování komprimovaného. Aby FFmpeg našel všechny fotografie, bylo potřeba je přejmenovat tak, aby byly číslované od jedničky. I tuto úlohu jsme svěřili programu IrfanView. Rozhodli jsme se pro unifikovaný název ve tvaru frame####.jpg. 2.2.1.1 Generování nekomprimovaného videa Hlavní výhodou generování nekomprimovaného videa je extrémně vysoká rychlost generování, která ani při zpracování několika tisíc fotek nepřesáhne jednotky sekund. Dávkový soubor používaný pro generování měl níže uvedený obsah a jako první parametr bral cestu ke složce se snímky (pojmenovaných frame####.jpg) a jako druhý počet snímků za sekundu, které mělo výsledné video mít. ffmpeg.exe -r %2 -vcodec copy -y -i %1\frame%%04d.jpg %1\..\videocopy-%2fps.avi
2.2.1.2 Generování komprimovaného videa Generování komprimovaného videa se dělalo velmi podobně jako generování nekomprimovaného videa, akorát byl upraven použitý kodek a přidána informace o výstupním rozlišení videa (ve většině případů jsme používali rozlišení 1280×960) jako třetí parametr. ffmpeg.exe -r %2 -i %1\frame%%04d.jpg -sameq -s %3 -vcodec libx264 %1\..\video-h264-%2fps.mp4
Zkomprimované video bylo 2× až 20× menší při zachování stejné kvality.
-3-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011
3 Realizované projekty 3.1 Čajová svíčka Náš první projekt byla obyčejná čajová svíčka, kterou jsme chtěli nechat vyhořet a manuálně fotit na stativu. Po půl hodině bylo jasné, že svíčka bude hořet nejméně několik hodin a proto jsme focení předčasně zrušili. Na fotografiích navíc není téměř nic vidět, kvůli malému kontrastu jasného plamene a bílé svíčky. Za použití barevné svíčky (nejlépe nějaké tmavé) by mohly být výsledky lepší.
3.2 Delší svíčka Podruhé jsme chtěli zkrátit dobu hoření svíčky, a tak jsme vzali dlouhou, kterou jsme navíc ztenčili, aby hořela kratší dobu. Bohužel jsme dobu hoření ani tentokrát neodhadli a svíčka hořela několik hodin. Protože na fotkách nebylo zase skoro nic vidět, tak jsme manuální focení fotoaparátem brzy ukončili. Automatické focení mobilním telefonem jsme kvůli nedostatku paměti ukončili několik minut potom. Barevnou svíčku jsme bohužel neměli k dispozici. Ukázalo se, že manuální focení je značně namáhavé a výsledky jsou horší než z mobilního telefonu, z kterého fotky taky za moc nestály.
3.3 Kurz matematiky Naše první experimentální automatické focení fotoaparátem pomocí skriptu CHDK byla tabule na kurzu matematiky. Toto video je už vydařenější.
3.4 Kurz fyziky Kurz fyziky navazoval na kurz matematiky, metoda a výsledky jsou podobné, jen jsme zabrali tabuli z větší dálky a především použili stativ.
3.5 Oběd Další nápad byl nafotit něco více ale dynamického – frontu na obědě. Výsledek ale nebyl tak dobrý, jak jsme očekávali, protože perioda focení nebyla dostatečná k zachycení plynulejšího pohybu (perioda byla asi 7 s). Později jsme zjistili, že fotoaparát zvládne fotit i s nižší periodou pokud vypneme automatický náhled vyfocené fotografie.
-4-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011
3.6 Detail jídla Potom jsme fotili detail mizející večeře. Rozhodli jsme se fotit jen talíř s jídlem – bez kmitajících rukou a příboru (na rozdíl třeba od tabule na přednášce, kde jsme fotili i lektora), a tak náš dobrovolník Franta Falta jedl v pravidelných intervalech.
3.7 Přednáška SMP Další nápad byl zachytit obecenstvo na přednášce, které by mělo postupně „vadnout“. Bohužel jsme si vybrali špatnou přednášku, která na to byla příliš krátká.
3.8 Kurz matematiky 2 Znovu jsme fotili tabuli na přednášce. Tentokrát jsme jen použili navíc stativ (předtím ležel fotoaparát na stole). Rozdíl jsme téměř nezaznamenali.
3.9 Regelace ledu Plán bylo zachytit průchod měděného drátu skrz kus ledu. Tento projekt byl asi nejnáročnější na přípravu a provedení, ale výsledek tomu neodpovídal. Na videu je vidět pouze klesající závaží. Bylo by potřeba použít mnohem silnější drát, aby byl na fotkách dobře vidět.
3.10 Tání ledu Improvizovaný projekt – potom co nám zbyl led z regelace. Příprava nebyla téměř žádná, ale výsledek neočekávaně dobrý. Později nás napadlo, že by mohlo být ještě lepší nafotit proces až do úplného vypaření roztáté vody.
3.11 Vadnutí květiny Tři druhy lučního kvítí jsme nechali uschnout na přímém slunci. Menší problém nám dělal vítr, který květinami pořád pohyboval, ale celkový výsledek se povedl. Kdybychom měli více času, bylo by dobré najít bezvětrné slunečné místo.
3.12 Hnití ovoce Hnití ovoce byl náš první a poslední dlouhodobější projekt (zbytek nepřesáhl 2 hodiny), protože bylo mnoho jiných věcí, které jsme chtěli zkusit a měli jsme dohromady
-5-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011 jen 10 dní. Kvůli nepřízni počasí jsme nemohli umístit fotoaparát ven, takže jsme nemohli využít slunce na zrychlení. Později jsme použili zářič o výkonu 400 W (díky Honzovi Sixtovi za tip!), abychom proces urychlili. Z 2 meruněk, 2 švestek a banánu byla změna viditelná pouze u jedné meruňky a tak jsme projekt po 3 dnech ukončili. Hnití by se dalo pravděpodobně urychlit větším poškozením ovoce a jeho umytím, což jsme bohužel zanedbali.
3.13 Schnutí tabule Protože na videích z přednášek se nám nejvíce zamlouvalo, jak tabule schne, nafotili jsme pouze schnoucí tabuli. Použili jsme mobilní telefon, protože fotoaparát mezitím fotil ovoce. Výsledek je i přes použití mobilního telefonu překvapivě dobrý.
3.14 Šachy Další nápad byl nafotit průběh deskových her a tak jsme zkusili natočit dvě hry šachu. Výsledek byl očekávaně dobrý.
3.15 Bang Další nafocená desková hra byla hra „Bang“. Bohužel jsme vystihli velmi krátkou hru, takže výsledek nebyl tak dobrý, jak jsme čekali.
3.16 Sublimace CO2 Další nápad přišel od jiného projektu. Měli jsme nafotit sublimaci pevných krystalů CO2. Na videu nebylo ale téměř nic vidět – jen zmenšující se bílé skvrny.
3.17 Spánek Protože jeden z našich spolubydlících tvrdil, že mu světlo při spánku vůbec nevadí, dostali jsme nápad fotit ho během noci za použití blesku. Bohužel toto baterie fotoaparátu dlouho nevydržely, takže jsme nafotili jen malou část noci.
3.18 Mraky Od začátku jsme se chtěli vyvarovat nejčastějším časosběrných snímkům, jako je pohyb oblohy, protože to příliš dlouho trvá, ale když nastal větrný den, zjistili jsme, že by
-6-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011 to šlo. Nejprve jsme nafotili horizont z dálky, který se poměrně dobře vydařil, a potom detail na prosvítající slunce, přes které ale zrovna v době focení začala procházet dlouhá fronta.
4 Závěr Bohužel jsme byli velmi limitování časem a podmínkami (kvůli počasí se nedalo fotit venku), ale i přesto se nám několik videí poměrně slušně vydařilo. Shodli jsme se na tom, že fotit časosběrné fotografie není nic moc složitého a že si to může vyzkoušet každý. Poděkování patří Janu Bohuslavovi za radu ohledně existence CHDK, Janu Sixtovi za tip na použití reflektoru v projektu „hnití ovoce“ a Františku Faltovi za poskytnutí své osoby a jídla jakožto objektu na focení.
5 Zdroje [1] FFmpeg URL: http://www.ffmpeg.org/ [2] CHDK Download URL: http://mighty-hoernsche.de/ [3] Hack Your PowerShot With CHDK URL: http://timelapseblog.com/2009/06/12/hack-your-powershot-with-chdk/ [4] Install a CHDK Intervalometer on Your PowerShot URL: http://timelapseblog.com/2009/07/06/install-a-chdk-intervalometer-on-yourpowershot/ [5] Ultra Intervalometer skript URL: http://chdk.wikia.com/wiki/UBASIC/Scripts:_Ultra_Intervalometer [6] CHDK Wiki URL: http://chdk.wikia.com/wiki/CHDK
-7-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011
6 Přílohy 6.1 Focení čajové svíčky
6.2 Focení regelace ledu
-8-
Letní soustředění mladých fyziků a matematiků Nekoř 30. 7. – 13. 8. 2011
6.3 Focení vadnoucí květiny
-9-
