Скоростная видеосъемка: PhotoMechanics — Оборудование для 3D фото
Скоростная видеосъемка. Мой первый видеофильм от А до Я
Скоростная видеосъемка. Мой первый видеофильм от А до ЯВикиЧтение
Мой первый видеофильм от А до ЯГамалей Владимир
Содержание
Скоростная видеосъемка
Киносъемка с повышенной частотой смены кадров создает на экране замедленное движение снятых объектов. При этом темп движения будет замедлен во столько раз, во сколько частота киносъемки превышает частоту смен кадров проекции фильма. Если киносъемка произведена с частотой 48 кадров/с, то при проекции с частотой 24 кадра/с движение будет замедлено в два раза.
Способность кинематографа замедлять течение времени широко используется для исследования быстрых процессов, так как благодаря этому появляется возможность увидеть то, чего нельзя уловить невооруженным глазом.
При съемке видеокамерой мы не можем изменять скорость движения магнитной ленты, тем самым увеличивая частоту смены кадров, так как в силу специфики телевидения синхроимпульсы частотой 25 Гц жестко привязаны к частоте питающей электросети 50 Гц.
Все видеокамеры имеют высокоскоростные затворы различных видов. У одних, например Panasonic, эта функция совмещена с функцией Спорт, при использовании которой скорость затвора в зависимости от количества освещения изменяется автоматически от 1/50 до 1/500 с.
В видеокамерах JVC две функции высокоскоростного затвора. Одна из них совмещена с функцией Спорт и имеет скорость затвора 1/100 с. Другая – это самостоятельная функция Высокоскоростной затвор 1/2000 секунды.
Съемка с использованием высокоскоростного затвора требует много света, а при его недостатке изображение сильно темнеет, исчезает цвет.
Из практики известно, что чем выше скорость затвора, тем более высокоскоростные процессы можно заснять. Попробуйте снять бегущего спортсмена с высокой скоростью затвора, и при просмотре полученного изображения на видеомагнитофоне вы сразу ощутите преимущество такой съемки. Размазанность от движения рук и ног исчезнет, а при покадровом просмотре картинка будет сверхчеткой.
Вы едете на автомобиле по дороге, вдоль которой посажены деревья. При съемке с использованием функции высокоскоростного затвора создается впечатление, будто ветки деревьев бьют по стеклам автомобиля. Фонтаны, водопады, морской прибой, костер и т. д., снятые с ее применением, выглядят необыкновенно впечатляюще.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.
Видеосъемка с рук и со штатива
Видеосъемка с рук и со штатива
Снимать можно держа камеру в руках.
Такой прием, то есть видеосъемка с рук, обеспечивает наибольшую свободу движений и перемещений с одного места на другое для выбора наиболее подходящих точек съемки. Однако при видеосъемке с рук выявляется
Видеосъемка на натуре в пасмурную погоду
Видеосъемка на натуре в пасмурную погоду В пасмурную погоду все объекты съемки освещены рассеянным светом неба, а также рассеянным светом от окружающих предметов (в меньшей степени, чем при прямом солнечном свете). При этом освещенность горизонтальных поверхностей
Видеосъемка в условиях сумеречного освещения
Видеосъемка в условиях сумеречного освещения
Видеосъемка в условиях, когда солнце находится на 6-10° ниже горизонта, называется режимной. Из-за особого освещения получаются очень эффектные кадры. В сумерках глаз перестает различать цвета предметов.
При сумеречном
Видеосъемка днем «под ночь»
Видеосъемка днем «под ночь» Цветовое решение ночных сцен всегда предполагает создание мягкого голубоватого фона, тогда как освещение объектов переднего плана зависит от источника света – будь то луна, уличные фонари, свет из окон окружающих зданий, пламя костра или
Видеосъемка ночью
Видеосъемка ночью Съемка ночью возможна только на ярко освещенных улицах больших городов, причем яркие фонари, световая реклама, ярко освещенные витрины магазинов и движущиеся автомобили создают на видеопленке своеобразный и очень интересный эффект. Наиболее
Видеосъемка зимой на снежной натуре
Видеосъемка зимой на снежной натуре
Поскольку белый снег равномерно отражает все спектральные зоны, он окрашивается в разные цвета в зависимости от спектрального состава падающего на него света.
При низком зимнем солнце окрашивается не только снег – цветными
Видеосъемка на морозе
Видеосъемка на морозе Видеокамеры расчитаны на работу при температуре от 0 до 40 °С, температура хранения – от -20 до 50 °С. Исходя из условий хранения и практики видеосъемки, снимать можно на морозе не ниже -10 °С, при этом желательно сшить для камеры чехол на
Видеосъемка в условиях сумеречного освещения
Видеосъемка в условиях сумеречного освещения При съемке против света крупных и средних планов человека, когда солнце находится позади объекта, используйте подсветку, тогда фон получится проработанным. Если фон не имеет принципиального значения, используйте функцию
Видеосъемка днем «под ночь»
Видеосъемка днем «под ночь»
Этот вид съемки хорошо производить камерами с ручным диафрагмированием.
В условиях соответствующего освещения установите баланс белого вручную. Наденьте голубой светофильтр, настройте резкость и начинайте съемку. Желательно, чтобы солнце
Видеосъемка зимой на снежной натуре
Видеосъемка зимой на снежной натуре При съемке зимой на снежной натуре все предметы объекта освещены рассеянным светом; тем не менее во время съемки больших площадей снежным покровом устанавливают экспозицию видеокамеры под «себя», поэтому человек на средних планах
Видеосъемка водной поверхности
Видеосъемка водной поверхности При видеосъемке на море, озере или реке возникает эффект в виде яркой светящейся дорожки от солнца. Для его подавления желательно использовать нейтрально-серый электронный светофильтр ND, ручное диафрагмирование или функцию Васк Light. Если
Глава 19 Эффектная видеосъемка
Глава 19
Эффектная видеосъемка
Трюковыми видеосъемками называют съемки сцен с изображением необычных действий и явлений, создающие неожиданные эффекты.
Замедленная и ускоренная видеосъемка
Замедленная и ускоренная видеосъемка При замедленной съемке движение на телеэкране будет ускоренным, а при ускоренной – замедленным.Создать плавное замедленное или плавное ускоренное движение видеокамерой невозможно (исключение составляет цейтраферная видеосъемка,
Покадровая видеосъемка
Покадровая видеосъемка Прием покадровой видеосъемки применяется очень широко: и для того чтобы во много раз ускорить движение, и для того чтобы «оживить» неодушевленные предметы. Все анимационные фильмы снимаются по кадрикам. Снимать анимацию позволяют видеокамеры JVC и
ВИДЕОКАМЕРЫ И ВИДЕОСЪЕМКА
ВИДЕОКАМЕРЫ И ВИДЕОСЪЕМКА
Я не беру с собой дорогие трехматричные камеры.
Они очень дороги. Их отличие от одноматричных можно заметить только при съемке в пасмурную погоду. Моя первая камера — JVC — сломалась окончательно через три года походной жизни. До этого она
Скоростная съёмка процессов — PCNEWS.RU
Уже с появлением первой фиксации происходящего на пленку — у людей появилось желание запечатлеть не только нечто примечательное, но и что-то, очень быстропротекающее: молнию, падающую каплю воды и т.д. С совершенствованием техники возможности увеличивались, и появилась возможность детально снимать даже весьма быстрые процессы — вроде взрыва атомной бомбы. В этой статье мы постараемся обзорно изучить съёмку быстрых процессов, и как она осуществляется.
Ускоренная съёмка — кино- или видеосъёмка с частотой от 32 до 200 кадров в секунду. Используется для получения эффекта замедленного движения при проекции фильма со стандартной частотой кадров, а также в научных целях.
Ещё одно распространённое название этой разновидности съёмки — рапи́д (от фр. rapide — быстрый).
Ускоренная съёмка осуществляется специализированными видеокамерами или киносъёмочными аппаратами традиционной конструкции с прерывистым движением киноплёнки при помощи скачкового механизма (часть лентопротяжного механизма киноаппарата, производящая прерывистое перемещение киноплёнки на шаг кадра. Используется в киносъёмочной, кинопроекционной и кинокопировальной аппаратуре. Благодаря действию скачкового механизма киноплёнка во время экспонирования или проекции одного кадра находится в покое, а затем быстро перемещается к следующему):
Принцип действия скачкового механизма. Автор картинки: Runner1616
Она служит, главным образом, для получения движущегося изображения с замедлением времени, в том числе при трюковых съёмках уменьшенных макетов.
Скоростная съёмка (Ультра-рапид) — кино- или видеосъёмка с частотой от 200 до 10 000 кадров в секунду.
9 кадров в секунду. Киноплёнка при таком методе съёмки остаётся неподвижной в процессе экспонирования, а движутся образующие изображение пучки света, сформированные оптической системой. В некоторых системах высокоскоростной киносъёмки используются линзовые растры или волоконная оптика. В последних случаях запись не содержит цельного изображения и для его воспроизведения на экране требуются дешифровка и печать на обычной киноплёнке с помощью специальных типов.
Ускоренная съёмка позволяет замедлить движение на экране и рассмотреть его во всех подробностях. Это актуально, например, при съёмках спортивных соревнований, когда необходимо определить победителя или оценить точность выполнения упражнений. В кино о спорте ускоренную киносъёмку одной из первых использовала Лени Рифеншталь при создании фильма «Олимпия». В постановочном кинематографе ускоренная съёмка используется как выразительное средство, например, чтобы показать действия героя «во сне» или в момент эмоционального потрясения.
Иногда повышенная частота устанавливается в кинокамере для имитации слабой гравитации и невесомости. Ускоренная съёмка (обычно 80—100 кадров в секунду) обязательна при создании комбинированных кинокадров с уменьшенными макетами: замедление движения позволяет сохранить достоверность действия, несмотря на небольшие размеры декораций.
Замедление темпа движения на экране возможно не только за счёт увеличения частоты киносъёмки, но и за счёт замедления киноплёнки в кинопроекторе или магнитной ленты в видеомагнитофоне с динамическим трекингом. Этот способ в 1970-х годах нашёл широкое применение в показах замедленных повторов при телетрансляциях спортивных мероприятий.
Первые опыты замедленных повторов стали возможны уже в 1934 году на немецком телевидении после начала эксплуатации кинотелевизионной системы «Цвишенфильм» с промежуточной киноплёнкой, однако для вещания система оказалась слишком неудобной, уступив место электронным камерам. Первое устройство «HS-100», пригодное для электронных трансляций замедленных видеоповторов соревнований, было выпущено только в марте 1967 года американской компанией Ampex.
Устройство воспроизводило одни и те же телевизионные поля по нескольку раз, замедляя движение на экранах телевизоров.
В кинематографе замедлить движение, снятое с нормальной частотой, можно таким же образом путём кратного размножения каждого кадрика на специальном кинокопировальном аппарате трюковой печати. Двухкратная печать каждого кадрика даёт на экране двухкратное замедление, соответствующее такому же увеличению частоты съёмки или уменьшению частоты проекции.
Однако при таком способе замедления движение на экране становится прерывистым, а некоторые фазы быстропротекающих процессов вообще невидимы, поскольку при съёмке попадают в интервал между снятыми кадрами. При сильном замедлении проекции до 1—2 кадров в секунду изображение становится похожим на слайд-шоу. Поэтому в большинстве случаев для замедления движения на экране предпочтительно использование ускоренной съёмки. В настоящее время для осуществления замедленных повторов на телевидении (Ultra Motion повторы в прямом эфире) выпускаются специальные вещательные системы, состоящие из высокоскоростной передающей камеры, видеосервера и контроллера, позволяющего замедленно воспроизвести с сервера любой момент отснятого действия.
При этом движение на экране остаётся плавным за счёт высокой частоты съёмки камеры до 250 кадров в секунду.
В отличие от ускоренной съёмки, используемой, главным образом, в научно-популярном и художественном кинематографе, а также в спортивном телевещании, скоростная и высокоскоростная запись изображения применяются для исследования быстропротекающих процессов в науке и технике. Первые опыты с хронофотографией, ставшей прообразом кинематографа, проводились с теми же целями, позволяя изучать явления, недоступные человеческому восприятию. Наиболее известным примером таких исследований являются опыты Эдварда Мэйбриджа по фиксации фаз лошадиного галопа, позволившие определить момент отрыва от земли всех четырёх ног.
Источник картинки: www.wikipedia.org
Современная аппаратура позволяет снимать от нескольких тысяч до десятков миллионов кадров в секунду, делая возможным наблюдение очень быстрых процессов. Высокоскоростные цифровые устройства применяются в науке и промышленности для анализа краш-тестов, детонации, искровых разрядов и других явлений:
Полученные в лабораторных условиях кадры позволяют точно измерить параметры движения, и в конечном счёте улучшить конструкцию изделий или проверить научную теорию.
Иногда эти съёмки используются в качестве иллюстрации в документальных и научно-популярных фильмах.
Современные технологии скоростной съёмки позволяют снимать со скоростью до 25 млн кадров в секунду, что делает возможным съёмку даже летящего артиллерийского снаряда. При данной съёмке используется достаточно старый приём, который впервые был применён при съёмке ядерного взрыва, при испытании атомной бомбы в манхэттенском проекте. При этом использовалась камера Fastex, которая могла снимать со скоростью до 10 000 кадров в секунду или один кадр в 100 микросекунд.
Хотя на тот момент уже существовали камеры позволяющие снимать с гораздо большей скоростью. В качестве примера такой камеры, можно привести, например, камеру под названием Marley, разработанную британским физиком, которая позволяла вести съёмку со скоростью до 100 000 кадров в секунду. Это камера состояла из вращающегося зеркала и массива линз внутри изогнутого корпуса. Каждая линза была установлена таким образом, чтобы фокусироваться на отдельном участке плёнки, закреплённой на краю корпуса.
Такое устройство позволяло записывать до 50 изображений на 100 000 кадров в секунду.
Говоря же о современной технологии съёмки быстрых процессов типа артиллерийского снаряда, то там используется сочетание камеры и быстро движущегося зеркала, которое вращается с той же скоростью, с которой летит и снаряд. С применением такого способа можно держать в поле зрения снаряд на протяжении сотен метров (т.е. в пределах поворота зеркала на 90°), причём, чем быстрее движется снаряд, — тем быстрее должно поворачиваться зеркало.
Современные съёмочные системы позволяют производить съёмку быстро движущихся объектов, с использованием зеркал, управляемых компьютером. Это позволяет отслеживать объекты, имеющие нелинейную скорость, другими словами, объекты могут в процессе движения как ускоряться, так и замедляться.
Источник картинок
Но существует ещё более интересная система, которая использует не просто одно зеркало, управляемое компьютером, а целых 2 зеркала! Например, Токийским университетом был разработан трекер, позволяющий за счёт быстрого перемещения двух зеркал, отслеживать даже теннисный шарик во время игры.
В ролике ниже показаны эти 2 рассмотренные системы — в действии:
В настоящее время, после появления цифровых фотографии и видеозаписи большинство технологий скоростной съёмки, основанных на кинематографических процессах, устарели, поскольку электронные устройства не содержат никаких движущихся частей, ограничивающих быстродействие. ПЗС-матрицы позволяют регистрировать быстропротекающие процессы с частотой до 1000 кадров в секунду. Появление КМОП-матриц стало примером подрывной инновации, позволив снимать миллионы кадров в секунду и полностью заменить киноплёнку.
КМОП-матрица. (Источник картинки: www.wikipedia.org)
Достигнутый в 2011 году уровень быстродействия в 0,58 триллиона кадров в секунду позволяет зафиксировать перемещение светового фронта импульсного лазера. Даже некоторые цифровые компактные фотоаппараты, например, серии «Casio Exilim», уже оснащаются функцией скоростной видеосъёмки с частотой до 1200 кадров в секунду при уменьшенных размерах кадра.
В постановочном кинематографе для ускоренных съёмок используются специальные цифровые кинокамеры, среди которых наиболее известны устройства «Phantom», способные снимать до миллиона кадров в секунду.
Но и это не предел!
В 2014 году Учёные из Токийского университета и Университета Кейо в Японии разработали камеру, которая может снимать со скоростью до 4,4 триллиона кадров в секунду. Она была разработана для фиксирования явлений, которые раньше было невозможно заснять, — например, процесс теплопроводности.
В 2015 году Массачусетским технологическим институтом была создана камера, способная снимать 1 триллион кадров в секунду и которая смогла заснять процесс распространения светового фронта:
Но уже в 2018 году появилась камера T-CUP, которая обладает возможностями снимать совершенно потрясающе: 10 ТРИЛЛИОНОВ! кадров в секунду и может в буквальном смысле «замораживать время», так как позволяет захватывать кадр с интервалом в 100 фемтосекунд и позволяет изучать на новом уровне и с высоким разрешением по времени — процесс взаимодействия света и вещества:
Принцип действия камеры T-CUP, на базе фемтосекундных лазеров (Источник картинки
Казалось бы — ну вот и предел! А вот и нет — в 2020 году прошла новость, что исследователями Калифорнийского технологического института была разработана камера на основе технологии «сжатой сверхбыстрой спектральной фотографии» (CUSP) — которая явилась своеобразным «апгрейдом» предыдущей технологии T-CUP.
Принцип действия базируется на основе чрезвычайно коротких импульсов лазерного света, каждый из которых длится всего одну фемтосекунду (для справки, — это одна квадриллионная доля секунды).
Система оптики разбивает эти импульсы на ещё более короткие вспышки. Затем каждый из этих импульсов попадает на специальный датчик в камере, создавая изображение. И это происходит с частотой 70 триллионов кадров в секунду!
Схема системы CUSP. Источник картинки
Система CUSP разработана ведущим автором исследования Лихонг Ван. Эта новейшая система работает в семь раз быстрее, чем предыдущая. Ван и его команда считают, что технология CUSP может быть использована для исследования сверхбыстрого мира фундаментальной физики и поможет создать/послужить/помочь в миниатюризации электроники и увеличении её чувствительности.
«Мы предполагаем применение в широком спектре чрезвычайно быстрых явлений, таких как распространение света сверхкоротких длин волн, распространение волн, термоядерный синтез, перенос фотонов в облаках и биологических тканях, а также флуоресцентный распад биомолекул», — говорит Ван.
Процесс разработки новых устройств продолжается и кто знает, чем ещё удивит нас будущее?
© Habrahabr.ru
Высокоскоростное видео – … сверхзамедленное видео
… все в сверхзамедленной съемке
Видеоклипы на этом сайте были сняты специальной высокоскоростной камерой. Сверхзамедленное воспроизведение позволяет визуализировать эффекты, которые невозможно увидеть невооруженным глазом или с помощью стандартной видеокамеры.
ПРИМЕЧАНИЕ. Ни один человек или животное не пострадало во время съемок любого из этих клипов. Кроме того, все люди (и моя домашняя собака) были охотно и активно участвовали. Любой дискомфорт охотно принимался в интересах науки.
— удивительная подборка SlowMoLab
— баллистика пуль
— сталкивающиеся капли
— падение кубика желе
— полет мотылька
— филин приближается к добыче
— подпрыгивающий резиновый йо- йо мяч
– пощечина
– ловля собачьей кости
– бильярдная коллекция
– бильярдный бросок
– бильярдная погремушка в угловой лузе
– бильярдный бросок в прыжке
– пулемёт в грудь
– пейнтбольный бросок назад
— BB gun Jello shot
— брызги пламени
— скейтборд Olly jump
— фейерверк в воде
— поиск жесткого диска компьютера
— Slinky step physics
— Бытовая техника
— Воздушные шары
— Бильярд и Бассейн
– Банки, Бутылки и стекло
– Динамика
– Огонь, дым и взрывы
– Гидромеханика
– Пищевые продукты
– Механизмы
– Мехатроника
– Музыкальные инструменты 9 0007
– Спорт
– Глупые трюки с животными
– Глупые трюки с людьми
– Инструменты и механизмы
– Игрушки
Примечание.
На коммерческом сайте Dr. Dave доступен DVD-диск с видеоколлекцией (со звуковыми эффектами и графикой).
- 20/20 Промышленная видеогалерея Hindsight
- Канал Discovery «Time Warp» Видео телепередачи
- Ссылки на высокоскоростную визуализацию Edgerton Center
- Видеогалерея Fastec Imaging
- Kron Technologies недорогие высокоскоростные камеры Chronous
- Mega Speed (см. образцы в различных категориях)
- Фемптокамера MIT Media Lab (один триллион кадров в секунду для визуализации света)
- Видеогалерея NAC Image Technology
- SloMoLab
- The SlowMo Guys
- Видеогалерея Ultraslo.com
- Видеодемонстрации (инженерные и физические видеоролики в режиме реального времени со звуковым сопровождением)
Высокоскоростное видео: выбор системы замедленной съемки | визуализация | Справочник по фотонике
Спрос на высокоскоростную визуализацию увеличился для широкого круга приложений, от автомобильных краш-тестов до поведения животных и характеристик компонентов продукта.
Эндрю Бриджес, Photron USA, Inc.
Растет рынок систем визуализации, обеспечивающих мгновенное замедленное изображение процесса, позволяющее увидеть события, происходящие слишком быстро, чтобы человеческий глаз мог их воспринять или осмыслить. .
Процесс выбора системы, которая будет соответствовать конкретным потребностям или приложениям, может быть затруднен из-за большого количества доступных систем. Эта статья послужит руководством для оценки параметров производительности и спецификаций конкретной системы. Будь то устранение дорогостоящего затора на производственной линии, наблюдение за тем, как манекен ударился головой о рулевое колесо при лобовом столкновении на скорости 50 миль в час, съемка нападения акулы на капского морского котика (рис. 1), проверка отделения башмака от танка оболочки или просто пытаетесь отрегулировать свой удар в гольфе, следующий обзор предоставит обзор. Это обсуждение будет включать информацию о нескольких камерах и системах, а также о том, какие вопросы следует рассмотреть перед покупкой системы замедленной съемки.
Рис. 1. Акула нападает на капского морского котика. Кадры, снятые со скоростью 1000 кадров в секунду (1024 × 1024 пикселей) камерой Photron ultima APX. Предоставлено BBC-TV «Планета Земля», эпизод «От полюса до полюса».
Как быстро?
Высокоскоростные видеокамеры работают в широком диапазоне частот кадров — от 60 кадров в секунду (кадров в секунду) до более одного миллиона кадров в секунду. Все высокоскоростные видеокамеры работают в полном разрешении до определенной скорости, а затем уменьшают разрешение или окно для достижения более высоких скоростей. Важно установить, какая частота кадров вам требуется для захвата события, которое вы просматриваете в замедленном режиме. При записи циклического производства, такого как маркировка или упаковка, которое происходит x раз в секунду, обычно требуется минимум три изображения за цикл для просмотра и понимания явления. Если процесс складывания коробок на производственной линии происходит со скоростью 6000 единиц в минуту, очевидно, что эта процедура будет равняться 100 складываниям коробок в секунду.
В соответствии с приведенным выше правилом необходимо будет записывать процесс складывания коробки со скоростью не менее 300 кадров в секунду, чтобы зафиксировать процесс для удобства просмотра и понимания.
Рис. 2. Последовательность высокоскоростных изображений запуска ракеты Atlas.
Если событие не является циклическим, например запуск ракеты (рис. 2) или испытание транспортного средства на удар, необходимо тщательное планирование, чтобы запечатлеть действие в наиболее важный момент. Важно определить, какие временные детали должны быть измеримы в готовой последовательности изображений или выходном видео.
В автомобильном краш-тесте (записанном со скоростью 1000 кадров в секунду в соответствии с федеральным мандатом) большая часть действий происходит в течение 0,01 с или 10 мс. При записи пуска ракеты скорость действия может быть еще выше. Если снаряд летит со скоростью 500 м/с (у ракеты Sidewinder эта скорость легко превышается) и имеется 100-метровое поле зрения (FOV), он пройдет через окно изображения за 0,2 с или 200 мс.
Однако, если вам нужно захватить 100 кадров в пределах этого 100-метрового поля зрения, вам понадобится камера, которая может снимать изображение каждые 2 мс, что соответствует 500 кадрам в секунду. Если FOV уменьшится до 10 м, а все остальные критерии останутся прежними, для захвата тех же 100 кадров потребуется в 10 раз (5000 кадров в секунду) скорость. Частота кадров сводится к тому, сколько изображений события вы хотите увидеть, независимо от того, идет ли речь о цикле или о событии целиком.
Как долго?
Еще одна характеристика, которую следует учитывать при оценке высокоскоростной цифровой видеосистемы, — продолжительность записи или время записи. Это часто путают с тем, как срабатывает камера, что будет обсуждаться позже. Реальный вопрос: как долго длится процесс или сколько (в секундах) события нужно записать? Высокоскоростные видеоролики используют встроенную цифровую оперативную память (ОЗУ) для сохранения изображений. Есть способы увеличить продолжительность записи, такие как уменьшение скорости или разрешения, но по сути вы должны определить, сколько времени вам нужно для записи.
Новейшие системы также позволяют пользователям увеличивать время записи за счет уменьшения разрядности записываемых пикселей (подробнее об этой теме позже). Уменьшение разрядности с 12 до 8 бит увеличивает емкость записи на пятьдесят процентов.
Когда цифровой буфер заполнен, первое записанное изображение автоматически перезаписывается. Система продолжает перезаписывать данные до тех пор, пока не получит триггерный сигнал, такой как оптический или звуковой триггер, замыкание переключателя или цифровой триггер TTL, например сигнал тревоги или нажатие клавиши на клавиатуре. В зависимости от того, как система была настроена оператором, она может сохранять все изображения, записанные до получения сигнала запуска, сохранять все изображения после поступления сигнала или переменный процент изображений до или после запуска. Усовершенствованные системы могут автоматически загружать некоторые или все сохраненные изображения на сетевой жесткий диск перед автоматическим повторным запуском в ожидании следующего триггерного сигнала.
Пространственное разрешение
Разрешение, или, точнее, пространственное разрешение, необходимо учитывать при поиске идеальной системы для ваших конкретных нужд. Лучший пример того, почему разрешение имеет значение, подробно описан в этом сценарии из реальной жизни.
Один клиент должен был иметь возможность измерять в пределах 1/10 дюйма в поле зрения 8,5 футов. Поскольку 8,5 × 12 = 102, камере нужно будет покрыть 102 дюйма. Чтобы измерить до 1/10 дюйма, потребуется в 10 раз больше этого числа, или 1020 пикселей.
Рисунок 3. Fastcam SA-X — разрешение мегапикселя до 12500 кадров в секунду.
Развитие алгоритмов отслеживания движения позволяет программному обеспечению для анализа движения отслеживать с точностью до одной десятой пикселя. Тем не менее, рекомендуется по возможности иметь полную квоту пикселей, необходимую для распознавания того, что вы просматриваете. Для достижения желаемой частоты кадров (скорости камеры) вам, возможно, придется пожертвовать частью разрешения. Максимальное разрешение, которое может обеспечить камера Photron Fastcam SA-X, составляет 12 500 кадров в секунду при полном мегапиксельном разрешении (рис. 3). При выборе камеры важно определить, какое разрешение в пикселях соответствует требуемой скорости, поскольку все высокоскоростные видеокамеры уменьшают разрешение для достижения более высоких скоростей.
Битовая глубина
Другая форма разрешения, которую следует учитывать, называется битовой глубиной, иногда называемой динамическим диапазоном. Битовая глубина означает, сколько оттенков серого использует сенсор для перехода от чисто белого к чистому черному. В более старых системах использовалось 8 бит, что означает, что они использовали 256 шагов для перехода от белого к черному. Теперь системы предлагают либо 10 бит (1024 шага), либо 12 бит (4096), либо даже 14 бит (16 384), которые необходимы для некоторых сложных приложений. По большей части от 8 до 12 бит более чем достаточно, особенно с учетом того, что Windows является 8-разрядной операционной системой, и во многих случаях датчик выдает только от 8 до 10 пригодных для использования битов, а остальные теряются в шуме. Чтобы в полной мере оценить эти дополнительные два-шесть бит, вам потребуется вложить средства в специализированное и дорогое оборудование и дисплеи. Дополнительные биты полезны в мегапиксельных системах, таких как Fastcam SA5 и SA-X, и в камерах высокой четкости (HD), таких как системы SA2, SA6 и BC2, потому что они позволяют выбрать, какие 8 из 12 записанных битов вы будете отображать.
Это может быть очень эффективным средством извлечения максимальной детализации из теней или других недоэкспонированных областей или дополнительным средством увеличения времени записи.
Все высокоскоростные системы должны быть доступны как в монохромном, так и в цветном исполнении. Все они используют один и тот же базовый монохромный датчик, но к цветным версиям прикреплен цветной фильтр, который жертвует некоторой светочувствительностью, даже когда используются микролинзы, чтобы максимизировать количество фотонов, попадающих на светособирающую часть пикселя датчика. Большинство систем используют цветовую матрицу, известную как шаблон Байера, для получения приемлемых цветов на основе того, что на самом деле является черно-белым датчиком. Для этого смоделированного цвета требуется три бита для каждого монохромного пикселя, поэтому датчики цвета имеют в три раза больше битов; 24 против 8 или 30 против 10 и т. д. Если у вас нет критической потребности в цветных изображениях, лучше придерживаться монохромных систем, поскольку они, как правило, дешевле, а также более чувствительны, обеспечивая сопоставимое качество изображения.
.
Затвор и светочувствительность
Возможна запись некоторых высокоскоростных изображений закрытия мышеловки (рис. 4) со скоростью 1000 кадров в секунду без дополнительного затвора, поэтому эффективное время затвора или экспозиции составляет 0,001 с, но при приближении при осмотре будет видно, что пасть ловушки сильно размыта. Можно предположить, что требуется больше кадров в секунду. Однако изображений уже достаточно, но изображения размыты. Решением будет увеличение скорости затвора.
Рис. 4. Последовательность изображений мышеловки.
Скорость затвора часто путают с частотой кадров, но они совершенно разные. 35-мм пленочная камера имеет затворы от секунд до тысячных долей секунды, но она по-прежнему делает не более одного-трех кадров в секунду. Точно так же, если высокоскоростная камера записывает со скоростью 1000 кадров в секунду, в идеале она собирает свет (обнажая сенсор) за 0,001 с. С цифровой электроникой стробирования фактическое время, в течение которого датчик подвергается воздействию света, может быть уменьшено до микросекунд или даже меньше.
В примере с мышеловкой, если мы сохраним скорость записи на уровне 1000 кадров в секунду, но сдвинем затвор с обратного значения частоты кадров (0,001 с или 1 мс) на 100 мкс, размытие уменьшится на одну десятую.
Не сбрасывать со счетов размытие; это может быть очень важным соображением при работе с высокоскоростными событиями, особенно со снарядами, где его можно использовать для точного расчета скорости движения снаряда, если известна частота кадров и время экспозиции затвора. Фоторон недавно выиграл контракт на замену устаревших пленочных камер на крупном военном полигоне. Контракт требовал, чтобы наши высокоскоростные цифровые камеры были оснащены автоматическим контролем экспозиции. Затвор должен был автоматически регулироваться, чтобы компенсировать изменение условий освещения, например, появление или исчезновение солнца из-за облачного покрова. Одним из важных требований было то, что скорость затвора не должна была регулироваться выше максимального предопределенного значения, которое было рассчитано для обеспечения того, чтобы интересующий объект оставался без размытия.
В данном случае лучше недоэкспонировать, чем иметь какое-либо размытие.В области биологических наук чувствительность к свету является серьезной проблемой, поскольку интенсивное освещение имеет тенденцию выделять много тепла, что не всегда хорошо при съемке животных или насекомых. Поскольку новые КМОП-сенсоры даже более чувствительны, чем их ПЗС-аналоги, они устраняют проблемы размытия изображения (также известные как белые пятна, разрывы или смазывание), когда освещенная горячая точка приводит к увеличению вертикальной полосы по всему изображению.
Количественная оценка светочувствительности сенсора — неточная наука при использовании более привычных единиц измерения ASA/ISO, используемых для оценки 35-мм пленки, хотя все больше и больше компаний применяют метод ISO Ssat 12232. Убедитесь, что чувствительность любой камеры соответствует признанный ISO или аналогичный стандарт ни на одном из производителей! Если объект чувствителен к свету или теплу или производственные условия являются проблематичными (например, некоторые производственные линии используют датчики света в качестве защитных ограждений, и дополнительное освещение может случайно сработать), лучше избегать использования чего-либо менее 1200 ISO/ASA для съемки.
для монохромной камеры или в три раза меньше, чем для цветной, поскольку важно отметить, что цветные датчики обычно наполовину или одну треть менее чувствительны, чем их черно-белые аналоги.
Из-за этих различных и потенциально запутанных факторов лучший совет по поиску подходящей системы камер для нужной работы — пригласить поставщиков камер и настоять на живой демонстрации. Систему легко продемонстрировать в конференц-зале в идеальных и контролируемых условиях, но ваша покупка должна основываться на реальной демонстрации в реальных условиях именно в той среде, в которой вам нужна система для работы.
С учетом конечного использования
Следующим аспектом является конечное использование. При поиске и устранении неполадок на линии по производству прокладок может потребоваться мгновенный замедленный просмотр записанного высокоскоростного видео. Если необходимо сохранить часть последовательности изображений для последующего просмотра и/или анализа, необходимо решить некоторые фундаментальные вопросы, например, как вывести изображения из ОЗУ камеры в реальный мир.
Главное — посмотреть на свой компьютер и определить, какие протоколы связи он поддерживает. Или вы можете использовать стандартные видеовыходы HD-SDI или RS-170 камеры. Большинство ПК, включая ноутбуки, будут иметь средства для подключения к внешним устройствам через один или два порта Gigabit Ethernet. Это должен быть первый выбор, если у вас нет более сложных требований, таких как работа с камерой, расположенной на расстоянии нескольких миль, что часто бывает в военных испытаниях, связанных со взрывчатыми веществами и/или снарядами.
Рис. 5. Photron PCI-1024, высокоскоростной мегапиксельный сканер на базе ПК.
Лучше держаться подальше от протоколов, требующих специального оборудования, если этого не требуют ваши требования. Также важно иметь возможность загружать изображения непосредственно в распознаваемый и удобный для использования формат (AVI, JPEG, TIFF и т. д.) на выбранный вами ПК. Некоторым системам требуется длительное преобразование файлов после миссии, в то время как другие могут быстро загрузиться на модифицированный контроллер, но затем загрузка в реальный мир может занять целую вечность.
Корпус системы
Какой тип физической упаковки требуется для вашего приложения? Существует широкий спектр доступных систем, от недорогих пластиковых блоков с низким разрешением для почти одноразового использования на производственной линии, до огромных систем, специально созданных для рекордно длительного времени, чтобы скрыть запуск ракеты или возвращение в атмосферу Земли. В некоторых PCI-системах используются недорогие ПЗС-датчики или сверхчувствительные мегапиксельные КМОП-сенсоры, предназначенные для использования в персональных компьютерах или ноутбуках. Для более сложных систем требуется корпус, спроектированный для надежной работы на борту аварийно-спасательных транспортных средств или вблизи ударов ракет. У всех этих систем есть сильные и слабые стороны, а также различия, которые могут повлиять на ваше решение при рассмотрении конкретных требований к визуализации.
Для систем, требующих использования или управления через компьютер, необходимо ознакомиться с программным обеспечением, поставляемым с камерой.
Программное обеспечение должно быть простым в использовании и интуитивно понятным, не требуя наличия степени магистра компьютерных наук. Некоторые производители, в том числе Photron, будут поставлять свои системы с комплектом разработчика программного обеспечения, LabVIEW и оболочками MATLAB, чтобы продвинутые пользователи могли разрабатывать свой собственный интерфейс или интегрировать управление камерой в существующий интерфейс.
Запросить демо-версию
Как и в случае с любой относительно новой технологией, имеется много противоречивой информации. Главный вопрос: что лучше всего подходит для ваших нужд? Ответ заключается в том, чтобы найти удобную подгонку под свои требования и следовать этому единственному важному правилу: требовать от производителя системы демонстрации камеры в режиме реального времени в реальных условиях, в которых работает высокоскоростная система обработки изображений. будет использован. Живая демонстрация на месте покажет лучшие и худшие из систем высокоскоростных камер, которые вы просматриваете.
