Hvað er-háhraða myndavélareining?

Venjuleg myndavélareining tekur myndskeið með 30 eða 60 ramma á sekúndu. Það er nóg fyrir flest eftirlits-, ráðstefnu- eða speglunarverkefni. En sum forrit þurfa að sjá atburði sem gerast á örskotsstundu – byssukúla sem flýgur um loftið, vélarhluti sem hreyfist á miklum hraða eða hluti sem titrar hratt. Þetta er þar sem háhraða myndavélareining kemur inn. Hún getur tekið upp á hundruðum eða jafnvel þúsundum ramma á sekúndu og fryst hraða hreyfingu í skýra, greinanlega ramma.

Hvað skilgreinir háhraða myndavélareiningu?

Háhraða myndavélareining er ekki bara útgáfa í hærri upplausn af venjulegri myndavél. Það er fínstillt fyrirrammatíðnifrekar en pixlafjölda. Helstu eiginleikar eru:

Hár rammatíðni- Að minnsta kosti 100 rammar á sekúndu (fps), oft nær 500, 1000, eða meira fps við minni upplausn.

Alheimslokari– Ólíkt rúllandi lokara tekur alþjóðlegur lokari alla myndina á sama augnabliki og útilokar hreyfibjögun.

Fljótur lestur– Skynjarinn verður að flytja myndgögn mjög hratt, oft með því að nota margar MIPI brautir eða samhliða viðmóti með mikilli bandbreidd.

Takmörkuð upplausn– Til að ná háum hraða gæti upplausnin minnkað (td VGA eða 720p) vegna þess að það er mjög krefjandi að færa milljónir pixla 1000 sinnum á sekúndu.

Háhraða á móti venjulegum myndavélaeiningum

Hvernig virkar það inni?

Háhraða myndavélareining byrjar með sérhæfðum CMOS Camera Module skynjara. Ólíkt dæmigerðum skynjara sem les raðir í röð (rúllulokari), les háhraðaskynjari alla punkta samtímis (alheimslokari). Þetta kemur í veg fyrir skekkju og sveiflu þegar hlutir hreyfast hratt.

Skynjarinn er einnig með mun hraðari pixla lestrarrás. Sumir skynjarar geta gefið út yfir 1000 ramma á sekúndu við lægri upplausn með því að lesa aðeins lítið svæði sem vekur áhuga (ROI). Þetta er kallað „undirsýni“ eða „gluggalestur“.

Gögnin fara síðan yfir hábandbreidd tengi. Fyrir innbyggð kerfi er MIPI myndavélareining með 4 akreinum (hver keyrir á 1,5–2,5 Gbps) algeng. Fyrir tölvukerfi getur USB myndavélareining með USB 3.0 eða USB 3.2 séð um allt að 5–10 Gbps.

Notkun háhraða myndavélareininga

Iðnaðarskoðun- Fylgjast með hröðum framleiðslulínum, greina galla í hreyfanlegum hlutum eða greina titring í vélum. Hefðbundin HD myndavélareining myndi gera hreyfinguna óskýra; háhraðaeining frýs það.

Íþróttir og líffræði– Greining á golfsveiflu, hreyfingu handleggs á könnu eða skref hlaupara. Slow-motion endurspilun sýnir smáatriði sem eru ósýnileg með berum augum.

Vísindarannsóknir- Að rannsaka vökvavirkni, efnisbrot eða brunaferla. Háhraðamyndataka fangar atburði sem endast í nokkrar millisekúndur.

Læknisfræði og speglun– Þó að flestar myndavélareiningarnar virki á 30–60 ramma á sekúndu, nota sumar sérhæfðar hjarta- eða raddbandssjónaukar hærri rammahraða til að fanga hraðar vefjahreyfingar. Háhraða endoscope myndavélareining getur hjálpað til við að greina raddbandslömun eða hjartalokuflöngu.

Drónar og vélfærafræði– Rapberry pi með einingamyndavél með háhraðaskynjara er hægt að nota til að forðast hindranir á hröðum drónum eða til að koma í veg fyrir stöðugleika.

Háhraða myndavélaeiningar fyrir innbyggð kerfi

Fyrir framleiðendur og þróunaraðila er auðveldasta leiðin til að gera tilraunir með USB myndavélareiningu sem styður háan rammahraða. Margar vörur fyrir USB myndavélareining (UVC samhæfðar) geta gert 1080p við 120 fps eða 720p við 240 fps. Þeir vinna plug-and-play á tölvu.

Fyrir innbyggð verkefni er hægt að útbúa mát myndavél raspberry pi með háhraða MIPI skynjara. Raspberry Pi 4 eða 5 hefur nægilegt vinnsluafl til að fanga 720p við 200 ramma á sekúndu með því að nota alþjóðlegan lokaraskynjara eins og OV9281 eða IMX296. Þú getur síðan greint rammana í rauntíma með því að nota OpenCV eða tekið þá upp fyrir hægfara spilun.

USB-eining myndavélar er einnig fáanleg í háhraðaútfærslum. Þetta er oft notað í iðnaðar PC sjónkerfi þar sem fartölvu eða borðtölva sér um vinnsluna.

Viðskipti og takmarkanir

Lýsing– Háhraðamyndavélar þurfa miklu meira ljós en venjulegar myndavélar vegna þess að lýsingartími á hvern ramma er mjög stuttur. Án sterkrar lýsingar verður myndin dökk eða hávær.

Geymsla- Upptaka á 1000 fps í aðeins eina sekúndu gefur 1000 ramma. 720p myndband myndi taka hundruð megabæta. Þú þarft hraða geymslu (SSD, NVMe) til að halda í við.

Vinnsluorka– Til að greina þúsundir ramma á sekúndu þarf öflugan örgjörva eða sérstakan vélbúnað.

Kostnaður– Sannar háhraða myndavélaeiningar (með alþjóðlegum lokara og mikilli bandbreidd) eru dýrari en venjulegir skynjarar.

Að velja háhraða myndavélareiningu

Rammatíðni þarf- Til að greina hægfara vél (<10 m/s), 100–200 fps may be enough. For a bullet or explosion, you need 10,000+ fps.

Upplausn– Oft dugar VGA (640×480) eða 1 MP því myndefnið getur verið lítið. Hærri upplausn dregur úr hámarks rammahraða.

Viðmót- Fyrir PC er USB 3.0 þægilegt. Fyrir innbyggð kerfi býður MIPI lægri leynd og minni kraft.

Lokari gerð– Alheimslokari er nauðsynlegur fyrir hluti á hreyfingu. Rúlluloki mun framleiða skekkju.

CMOS myndavélareining– Leitaðu að skynjurum eins og Sony IMX250 (2 MP, 163 fps), IMX252 (3 MP, 120 fps), eða OmniVision OV9281 (1 MP, 120 fps á fullri upplausn, hraðari með arðsemi).

Dæmi: Að byggja upp háhraða skoðunarkerfi

Segjum sem svo að þú þurfir að skoða gorma sem hreyfast eftir færibandi á 5 metrum á sekúndu. Hefðbundin HD myndavélareining (30 rammar á sekúndu) myndi sýna hreyfiþoku. Þú velur USB myndavélareiningu sem getur gert 720p við 300 fps með alþjóðlegum lokara.

Tengdu það við iðnaðartölvu. Skrifaðu handrit sem fangar ramma stöðugt. Þegar gormur fer framhjá kveikju skaltu vista síðustu 100 ramma á disk. Greindu síðan hvern ramma til að mæla lengd gorma. Hár rammatíðni tryggir að að minnsta kosti ein skörp mynd fangar vorið fullkomlega.

Niðurstaða

Háhraða myndavélareining er skilgreind af getu sinni til að fanga hundruð eða þúsund ramma á sekúndu með því að nota alþjóðlegan lokaraskynjara og hraðvirkt viðmót. Það er nauðsynlegt fyrir iðnaðarskoðun, vísindarannsóknir og hvers kyns notkun sem felur í sér hraða hreyfingu. Þó að venjuleg myndavélareining eða USB-myndavélareining virki fyrir hversdagsmyndband, opna háhraða afbrigði heim hreyfigreiningar. Fyrir áhugafólk er einingamyndavél hindberja pi með alþjóðlegum lokara CMOS myndavélareiningu á viðráðanlegu verði. Fyrir faglega notkun bjóða sérstakar háhraða USB myndavélareiningar vörur upp á þægindi sem hægt er að tengja og spila. Hver sem þörf þín er, skilningur á rammatíðni, gerð lokara og viðmót mun leiða þig að réttu myndavélinni.

Ef þú þarft sérsniðna háhraða myndavélareiningu fyrir innbyggða verkefnið þitt, hafðu samband við Sincere. Við hönnum og framleiðum CMOS Camera Module lausnir sem eru sérsniðnar að þínum hraða og upplausnarkröfum.