Standarta kameras modulis uzņem video ar 30 vai 60 kadriem sekundē. Tas ir pietiekami lielākajai daļai uzraudzības, konferenču vai endoskopijas uzdevumu. Taču dažām lietojumprogrammām ir jāredz notikumi, kas notiek acu mirklī – pa gaisu lidojoša lode, lielā ātrumā kustīga mašīnas daļa vai strauji vibrējoša sastāvdaļa. Šeit tiek izmantots ātrgaitas kameras modulis. Tas var ierakstīt ar simtiem vai pat tūkstošiem kadru sekundē, iesaldējot ātru kustību skaidros, analizējamos kadros.
Kas nosaka ātrgaitas kameras moduli?
Ātrgaitas kameras modulis nav vienkārši parastas kameras augstākas izšķirtspējas versija. Tas ir optimizētskadru ātrumsnevis pikseļu skaitu. Galvenās īpašības ietver:
Augsts kadru ātrums– Vismaz 100 kadri sekundē (fps), bieži sasniedzot 500, 1000 vai vairāk kadrus sekundē ar samazinātu izšķirtspēju.
Globālais aizvars– Atšķirībā no ritošā slēdža, globālais aizvars uzņem visu attēlu vienā mirklī, novēršot kustības kropļojumus.
Ātra nolasīšana– Sensoram ļoti ātri jāpārsūta attēla dati, bieži izmantojot vairākas MIPI joslas vai liela joslas platuma paralēlo saskarni.
Ierobežota izšķirtspēja– Lai sasniegtu lielu ātrumu, izšķirtspēja var tikt samazināta (piemēram, VGA vai 720p), jo miljoniem pikseļu pārvietošana 1000 reižu sekundē ir ļoti prasīga.
Ātrgaitas un standarta kameras moduļi
| Funkcija | Standarta kameras modulis | Ātrgaitas kameras modulis |
|---|---|---|
| Tipisks kadru ātrums | 30–60 kadri sekundē | 100–1000+ kadri/s |
| Slēģu veids | Ritošs (parasti) | Globāls (būtisks) |
| Interfeiss | USB 2.0/3.0, MIPI | MIPI (augsto joslu skaits), USB 3.0, kameras saite |
| Izšķirtspēja | 1080p, 4K | VGA, 720p, 1 MP |
| Lietošanas gadījums | Web kameras, endoskopi, novērošana | Kustību analīze, zinātniskā attēlveidošana |
Kā tas darbojas iekšpusē?
Ātrgaitas kameras modulis sākas ar specializētu CMOS kameras moduļa sensoru. Atšķirībā no tipiska sensora, kas secīgi nolasa rindas (ritošais aizvars), ātrgaitas sensors vienlaikus nolasa visus pikseļus (globālais aizvars). Tas novērš šķībumu un svārstības, kad objekti ātri pārvietojas.
Sensoram ir arī daudz ātrāka pikseļu nolasīšanas shēma. Daži sensori var izvadīt vairāk nekā 1000 kadrus sekundē ar zemāku izšķirtspēju, nolasot tikai nelielu interesējošo reģionu (ROI). To sauc par "apakšizlases ņemšanu" vai "loga nolasīšanu".
Pēc tam dati tiek pārvietoti pa liela joslas platuma saskarni. Iegultajām sistēmām parasti ir MIPI kameras modulis ar 4 joslām (katra darbojas ar ātrumu 1,5–2,5 Gbps). Datoru sistēmām USB kameras modulis ar USB 3.0 vai USB 3.2 var apstrādāt līdz 5–10 Gb/s.
Ātrgaitas kameru moduļu pielietojumi
Rūpnieciskā inspekcija– Ātru ražošanas līniju uzraudzība, kustīgo daļu defektu noteikšana vai tehnikas vibrācijas analīze. Standarta HD kameras modulis izplūdīs kustību; ātrgaitas modulis to iesaldē.
Sports un biomehānika– golfa šūpoles, metēja rokas kustības vai skrējēja soļa analīze. Palēnināta atskaņošana atklāj ar neapbruņotu aci neredzamas detaļas.
Zinātniskie pētījumi– Šķidruma dinamikas, materiāla lūzuma vai sadegšanas procesu izpēte. Ātrgaitas attēlveidošana tver notikumus, kas ilgst tikai dažas milisekundes.
Medicīniskā un endoskopija– Lai gan lielākā daļa endoskopa kameru moduļu darbojas ar ātrumu 30–60 kadri sekundē, daži specializēti sirds vai balss saišu tvērumi izmanto lielāku kadru ātrumu, lai tvertu ātru audu kustību. Ātrgaitas endoskopa kameras modulis var palīdzēt diagnosticēt balss vadu paralīzi vai sirds vārstuļu plakstīšanos.
Droni un robottehnika– Moduļa kameru raspberry pi ar ātrgaitas sensoru var izmantot, lai izvairītos no šķēršļiem ātri kustīgos dronos vai sniegtu atgriezenisko saiti par stabilizāciju.
Ātrgaitas kameru moduļi iegultajām sistēmām
Veidotājiem un izstrādātājiem vienkāršākais veids, kā eksperimentēt, ir USB kameras modulis, kas atbalsta augstu kadru ātrumu. Daudzi USB kameru moduļu produkti (saderīgi ar UVC) var veikt 1080p ar 120 kadriem sekundē vai 720p ar 240 kadriem sekundē. Tie darbojas plug-and-play datorā.
Iegultiem projektiem moduļa kameru raspberry pi var aprīkot ar ātrgaitas MIPI sensoru. Raspberry Pi 4 vai 5 ir pietiekama apstrādes jauda, lai uzņemtu 720p ar ātrumu 200 kadri sekundē, izmantojot globālo slēdža sensoru, piemēram, OV9281 vai IMX296. Pēc tam varat analizēt kadrus reāllaikā, izmantojot OpenCV, vai ierakstīt tos lēnas kustības atskaņošanai.
Kameras usb modulis ir pieejams arī ātrgaitas variantos. Tos bieži izmanto rūpnieciskās datoru redzes sistēmās, kur apstrādi veic klēpjdators vai galddators.
Kompromisi un ierobežojumi
Apgaismojums– Ātrgaitas kamerām ir nepieciešams daudz vairāk gaismas nekā standarta kamerām, jo ekspozīcijas laiks vienam kadram ir ārkārtīgi īss. Bez spēcīga apgaismojuma attēls būs tumšs vai trokšņains.
Uzglabāšana– Ierakstot ar ātrumu 1000 kadri sekundē tikai vienu sekundi, tiek iegūti 1000 kadri. 720p video aizņemtu simtiem megabaitu. Lai sekotu līdzi, nepieciešama ātra krātuve (SSD, NVMe).
Apstrādes jauda– Lai analizētu tūkstošiem kadru sekundē, ir nepieciešams jaudīgs procesors vai īpaša aparatūra.
Izmaksas– Īsti ātrgaitas kameru moduļi (ar globālo aizvaru un lielu joslas platumu) ir dārgāki nekā parastie sensori.
Ātrgaitas kameras moduļa izvēle
Nepieciešams kadru ātrums– Lēnas mašīnas analīzei (<10 m/s), 100–200 fps may be enough. For a bullet or explosion, you need 10,000+ fps.
Izšķirtspēja– Bieži vien pietiek ar VGA (640×480) vai 1 MP, jo objekts var būt mazs. Augstāka izšķirtspēja samazina maksimālo kadru ātrumu.
Interfeiss– Personālajam datoram USB 3.0 ir ērts. Iegultajām sistēmām MIPI piedāvā mazāku latentumu un mazāku jaudu.
Slēģu veids– Globālais aizvars ir obligāts kustīgiem objektiem. Ritošais slēģs radīs šķībi.
CMOS kameras modulis– Meklējiet sensorus, piemēram, Sony IMX250 (2 MP, 163 kadri/s), IMX252 (3 MP, 120 kadri/s) vai OmniVision OV9281 (1 MP, 120 kadri/s pilnā izšķirtspējā, ātrāk ar ROI).
Piemērs: Ātrgaitas pārbaudes sistēmas izveide
Pieņemsim, ka jums jāpārbauda atsperes, kas pārvietojas pa konveijeru ar ātrumu 5 metri sekundē. Standarta HD kameras modulis (30 kadri sekundē) parādītu kustības izplūšanu. Jūs izvēlaties USB kameras moduli, kas var veikt 720p ar ātrumu 300 kadri sekundē ar globālo aizvaru.
Savienojiet to ar rūpniecisko datoru. Uzrakstiet skriptu, kas nepārtraukti tver kadrus. Kad atspere izlaiž sprūda, saglabājiet pēdējos 100 kadrus diskā. Pēc tam analizējiet katru rāmi, lai izmērītu atsperes garumu. Lielais kadru nomaiņas ātrums nodrošina, ka vismaz viens ass attēls lieliski iemūžinās pavasari.
Secinājums
Ātrgaitas kameras moduli nosaka tā spēja uzņemt simtiem vai tūkstošiem kadru sekundē, izmantojot globālo slēdža sensoru un ātru interfeisu. Tas ir būtiski rūpnieciskai pārbaudei, zinātniskai izpētei un jebkurai lietojumprogrammai, kas saistīta ar ātru kustību. Kamēr standarta endoskopa kameras modulis vai USB kameras modulis darbojas ikdienas video, ātrdarbīgie varianti paver kustību analīzes pasauli. Hobijiem moduļa kamera raspberry pi ar globālo slēdža CMOS kameras moduli ir pieejams piekļuves punkts. Profesionālai lietošanai īpašie ātrdarbīgie USB kameras moduļu produkti piedāvā plug-and-play ērtības. Neatkarīgi no jūsu vajadzībām, izprotot kadru ātrumu, aizvara veidu un interfeisu, jūs atradīsit pareizo kameru.
Ja jūsu iegultajam projektam ir nepieciešams pielāgots ātrgaitas kameras modulis, sazinieties ar Sincere. Mēs izstrādājam un ražojam CMOS kameras moduļu risinājumus, kas pielāgoti jūsu ātruma un izšķirtspējas prasībām.
