Supercâmeras: imagens além da visão humana

Fonte da imagem: ScienceMedia

Durante uma corrida de Fórmula 1, acontece um grave acidente em que dois carros colidiram e saíram voando em direção aos pneus de proteção. Tudo isso em poucos segundos, impedindo que qualquer um saiba ao certo o que aconteceu na hora. Porém, em instantes as câmeras da televisão passam um replay detalhado do acontecimento em câmera lenta, em que é possível observar pequenos detalhes como parafusos voando e partes do veículo se desmontando.

Provavelmente você já testemunhou alguma imagem do tipo, seja na Fórmula 1, no futebol ou em documentários televisivos que mostram em câmera lenta detalhes mínimos da corrida de um animal. Tudo isso só é possível devido à utilização de equipamentos de alta velocidade, que capturam milhares (ou até mesmo milhões) de frames por segundo, permitindo visualizar uma quantidade impressionante de detalhes que passam em branco quando observados pelo olho humano.

É até estranho chamar essas câmeras capazes de gravar movimentos extremamente lentos de câmeras de alta velocidade. Porém, isso se explica pela quantidade impressionante de frames que capturam, tudo isso em intervalos de tempo muito curtos – certos equipamentos conseguem transformar um segundo de tempo em cerca de 10 minutos de filmagem.

Neste artigo, explicamos como funcionam essas supercâmeras, exemplificamos seu uso e apresentamos alguns dos equipamentos mais avançados (e caros) disponíveis no mercado.

Como funcionam

Uma câmera de filmagem tradicional captura imagens com frequência que varia entre 24 a 29,97 frames por segundo, dependendo do padrão utilizado, suficiente para criar a ilusão de movimento vista na tela. Já câmeras de alta de velocidade costumam registrar imagens com frequências que chegam a um quarto de milhão de frames por segundo, podendo até mesmo ultrapassar este valor.

Embora o olho humano consiga adaptar-se a diferentes quantidades de frames por segundo, o número de quadros capturados por uma supercâmera ultrapassa muito o valor máximo que nossa biologia permite visualizar. Dessa forma, é necessário o auxílio de aparelhos especiais que exibem os filmes capturados em câmera lenta, permitindo a visualização de detalhes que normalmente passariam batidos.

Ao contrário das câmeras comuns que utilizam um obturador em sua estrutura para capturar as imagens, as supercâmeras utilizam um prisma ou espelho rotatório para permitir a filmagem em altas velocidades.

Câmeras que utilizam o obturador possuem um processo mais lento, em que é necessário mover o filme, fixa-lo, capturar a imagem e depois utilizar uma garra para trocá-lo pela próxima parte. Este processo se torna bastante difícil em altas velocidades, limitando a quantidade de frames capturados e gerando o risco de destruir todo o rolo de filme em casos de acidentes.

Um problema comum enfrentado por quem deseja utilizar câmeras de alta velocidade é a necessidade de uma boa quantidade de luz para a realização das filmagens. Muitas vezes isso significa a destruição do objeto que se deseja filmar, devido ao aquecimento excessivo provocado pelos aparelhos de iluminação.

O foco atual da indústria das supercâmeras é o meio digital, que acaba com os problemas de destruição de filmes e permite a captura de ainda mais frames por segundo. Seja utilizando sensores de imagens CMOS ou dispositivos CCD, os avanços na área acontecem de maneira constante.

Para quem são feitas

Ao contrário das câmeras tradicionais, os equipamentos ultrarrápidos são utilizados principalmente para pesquisa científica, estudos militares e avaliação de impactos na indústria automobilística. Alguns programas de televisão também utilizam equipamentos semelhantes com os mais diferentes propósitos.

A série Caçadores de Mitos, da Discovery, utiliza constantemente equipamentos do tipo, seja para mostrar o que acontece durante impactos entre dois objetos ou até mesmo para efeito dramático durante explosões e outros acontecimentos. Programas esportivos também abusam da tecnologia na hora de mostrar replays, permitindo que o telespectador tenha uma visão diferente dos acontecimentos.

O futebol talvez seja o exemplo de onde a tecnologia é mais empregada durante a programação televisiva. As filmagens em alta velocidade são utilizadas para repetir jogadas, mostrar reações dos jogadores e rever lances curiosos que passaram em branco. Com a Copa de 2014 se aproximando, o Brasil deve testemunhar um crescimento no número de dispositivos do tipo empregados no país.

Quem realmente se beneficia com o uso das supercâmeras são as indústrias que precisam de dados precisos sobre eventos que envolvem algum tipo de impacto. A indústria automobilística, por exemplo, observa a forma com que o motorista de um veículo seria atirado em caso de acidentes para desenvolver novos métodos de segurança e até mesmo modificar o design de seus veículos para torná-los mais seguros em casos de acidente.

Já a indústria militar utiliza a tecnologia tanto para determinar a forma como seus armamentos vão agir (a bomba atômica, por exemplo, teve parte de seus efeitos determinados pela técnica) quanto para desenvolver melhores métodos de proteção. Ao determinar a forma como uma bala atinge a blindagem de um tanque, por exemplo, pode-se determinar a melhor forma de encaixar as partes que constituem a proteção externa do veículo.

A câmera mais veloz do mundo

Com capacidade de capturar 200 milhões de frames por segundo, a supercâmera mais veloz do mundo foi desenvolvida pelo professor Arun Shukla da Universidade de Rhode Island. O equipamento é utilizado principalmente para estudar como as coisas se quebram, com foco no desenvolvimento militar de coletes de proteção mais resistentes.

Com custo aproximado de US$ 457 mil (o equipamento foi financiado pela Fundação Nacional da Ciência norte-americana), a câmera é utilizada em cerca de oito experimentos diários. Antes dela, o professor utilizava um equipamento construído por ele próprio capaz de tirar 800 mil frames por segundo – o principal problema era o consumo de energia que ficava na casa dos 30 mil volts, fator que atrasava a realização dos testes desejados.

Exemplos de supercâmeras

Agora que você já ficou sabendo como funcionam as câmeras ultrarrápidas, selecionamos alguns exemplos destes equipamentos. Abaixo você pode conferir três modelos, que variam tanto na capacidade de captura de imagens quanto no preço.

Typhoon HD 4

Fonte da imagem: ScienceMedia

Desenvolvida especialmente para a captura de imagens subaquáticas, a Typhoon 4 possui um sensor CMOS com ISO de alta sensibilidade. Em filmagens em alta resolução, a câmera é capaz de capturar até mil frames por segundo, permitindo a visualização de imagens que normalmente seriam imperceptíveis ao olho humano.

A capacidade de armazenamento do aparelho é de 4GB, suficiente para a captura de 3,5 segundos em alta definição, ou cerca de 7 segundos em 720p. O preço, nada convidativo, fica na casa dos US$ 100 mil.

Phantom Miro 3

Desenvolvida com foco na indústria automotiva, a Phantom Miro 3 surpreende pela resistência, sendo capaz de resistir a pressões semelhantes à de 100 atmosferas. A câmera consegue capturar cerca de 1200 frames por segundo na resolução 800x600, chegando a ultrapassar os 110 mil frames por segundo na resolução 32x16.

Fonte da imagem: Vision Research

A sensibilidade máxima com ISO 4800 impressiona e é garantia de que não haverá problemas de iluminação na captura das imagens. Já o preço é um segredo restrito às indústrias interessadas em sua compra.

i-Speed 3

Fonte da imagem: Olympus

Com capacidade de gravar filmes em até 150 mil frames por segundo, a i-Speed 3 permite o uso de filmagens com múltiplos equipamentos sincronizados, além de diversas opções para manipulação da imagem diretamente na câmera. Para guardar as gravações, o equipamento está disponível em modelos com 4 GB, 8 GB e 16 GB. Assim como a Phantom Miro 3, o preço é informação restrita a compradores interessados.

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