Tavaline kaameramoodul jäädvustab videot 30 või 60 kaadrit sekundis. Sellest piisab enamiku seire-, konverentsi- või endoskoopiaülesannete jaoks. Kuid mõned rakendused peavad nägema sündmusi, mis juhtuvad ühe silmapilguga – läbi õhu lendavat kuuli, suurel kiirusel liikuvat masinaosa või kiiresti vibreerivat komponenti. Siin tuleb appi kiire kaameramoodul. See suudab salvestada sadu või isegi tuhandeid kaadreid sekundis, külmutades kiire liikumise selgeteks analüüsitavateks kaadriteks.
Mis määrab kiire kaamera mooduli?
Kiire kaameramoodul ei ole lihtsalt tavalise kaamera kõrgema eraldusvõimega versioon. See on optimeeritudkaadrisageduspikslite arvu asemel. Peamised omadused hõlmavad järgmist:
Kõrge kaadrisagedus– Vähemalt 100 kaadrit sekundis (fps), saavutades sageli 500, 1000 või enam kaadrit sekundis vähendatud eraldusvõimega.
Globaalne katik– Erinevalt rulluvast katikust jäädvustab globaalne katik kogu pildi sama hetkega, kõrvaldades liikumise moonutused.
Kiire lugemine– Andur peab pildiandmeid edastama väga kiiresti, kasutades sageli mitut MIPI rada või suure ribalaiusega paralleelliidest.
Piiratud eraldusvõime– Suure kiiruse saavutamiseks võib eraldusvõimet vähendada (nt VGA või 720p), kuna miljonite pikslite liigutamine 1000 korda sekundis on äärmiselt nõudlik.
Kiire vs standardkaamera moodulid
| Funktsioon | Standardne kaamera moodul | Kiire kaamera moodul |
|---|---|---|
| Tüüpiline kaadrisagedus | 30–60 kaadrit sekundis | 100–1000+ kaadrit sekundis |
| Katiku tüüp | Veerev (tavaline) | Globaalne (oluline) |
| Liides | USB 2.0/3.0, MIPI | MIPI (high-lane count), USB 3.0, kaamera link |
| Resolutsioon | 1080p, 4K | VGA, 720p, 1 MP |
| Kasutusjuhtum | Veebikaamerad, endoskoobid, valve | Liikumisanalüüs, teaduslik pildistamine |
Kuidas see sees töötab?
Kiire kaameramoodul algab spetsiaalse CMOS-kaamera mooduli sensoriga. Erinevalt tavalisest andurist, mis loeb ridu järjest (rullkatik), loeb kiire andur kõiki piksleid korraga (globaalne katik). See väldib kaldumist ja võnkumist, kui objektid liiguvad kiiresti.
Anduril on ka palju kiirem pikslite lugemise ahel. Mõned andurid suudavad väljastada üle 1000 kaadri sekundis madalama eraldusvõimega, lugedes ainult väikest huvipakkuvat piirkonda (ROI). Seda nimetatakse alamproovivõtuks või akna lugemiseks.
Seejärel liiguvad andmed üle suure ribalaiusega liidese. Manustatud süsteemide puhul on tavaline MIPI-kaamera moodul, millel on 4 rada (igaüks töötab kiirusega 1,5–2,5 Gbps). Arvutipõhiste süsteemide puhul saab USB 3.0 või USB 3.2-ga USB-kaameramoodul hakkama kiirusega kuni 5–10 Gbps.
Kiirete kaameramoodulite rakendused
Tööstuslik ülevaatus– Kiirete tootmisliinide jälgimine, liikuvate osade defektide tuvastamine või masinate vibratsiooni analüüsimine. Tavaline HD-kaamera moodul hägustab liikumist; kiire moodul külmutab selle.
Sport ja biomehaanika– golfilöögi, viskaja käe liikumise või jooksja sammu analüüsimine. Aegluubis taasesitus paljastab palja silmaga nähtamatud detailid.
Teaduslikud uuringud– Vedeliku dünaamika, materjali purunemise või põlemisprotsesside uurimine. Kiire pildistamine jäädvustab sündmused, mis kestavad vaid mõne millisekundi.
Meditsiiniline ja endoskoopia– Kuigi enamik endoskoobi kaameramooduleid töötab kiirusega 30–60 kaadrit sekundis, kasutavad mõned spetsiaalsed südame- või häälepaelte skoobid kudede kiire liikumise jäädvustamiseks suuremat kaadrisagedust. Kiire endoskoobi kaameramoodul võib aidata diagnoosida häälepaelte halvatust või südameklapi laperdust.
Droonid ja robootika– Kiire sensoriga moodulkaamera raspberry pi saab kasutada takistuste vältimiseks kiiresti liikuvatel droonidel või stabiliseerimise tagasiside saamiseks.
Kiired kaameramoodulid manussüsteemidele
Tootjate ja arendajate jaoks on kõige lihtsam katsetada USB-kaamera mooduliga, mis toetab suurt kaadrisagedust. Paljud USB-kaameramooduli tooted (UVC-ühilduvad) suudavad teha 1080p kiirusega 120 kaadrit sekundis või 720p kiirusega 240 kaadrit sekundis. Need töötavad arvutis plug-and-play-režiimis.
Manustatud projektide jaoks saab moodulkaamera raspberry pi varustada kiire MIPI-anduriga. Raspberry Pi 4 või 5 töötlemisvõimsus on piisav, et jäädvustada 720p eraldusvõimega 200 kaadrit sekundis, kasutades globaalset katikuandurit, nagu OV9281 või IMX296. Seejärel saate kaadreid reaalajas analüüsida OpenCV abil või salvestada need aegluubis taasesitamiseks.
Kaamera USB-moodul on saadaval ka kiirete variantidena. Neid kasutatakse sageli tööstuslikes PC-nägemissüsteemides, kus töötlust teostab sülearvuti või lauaarvuti.
Kompromissid ja piirangud
Valgustus– Kiired kaamerad vajavad palju rohkem valgust kui tavalised kaamerad, kuna säriaeg kaadri kohta on äärmiselt lühike. Ilma tugeva valgustuseta on pilt tume või mürarikas.
Säilitamine– Kui salvestate 1000 kaadrit sekundis vaid ühe sekundi jooksul, saate 1000 kaadrit. 720p videole kuluks sadu megabaite. Vajate kiiret salvestusruumi (SSD, NVMe), et sammu pidada.
Töötlemisvõimsus– Tuhandete kaadrite sekundis analüüsimiseks on vaja võimsat protsessorit või spetsiaalset riistvara.
Maksumus– Tõelised kiired kaameramoodulid (ülemaailmse katiku ja suure ribalaiusega) on kallimad kui tavalised andurid.
Kiirkaamera mooduli valimine
Vajalik kaadrisagedus– aeglase masina analüüsimiseks (<10 m/s), 100–200 fps may be enough. For a bullet or explosion, you need 10,000+ fps.
Resolutsioon– Sageli piisab VGA-st (640×480) või 1 MP, kuna objekt võib olla väike. Kõrgem eraldusvõime vähendab maksimaalset kaadrisagedust.
Liides– Arvuti jaoks on USB 3.0 mugav. Manussüsteemide jaoks pakub MIPI väiksemat latentsust ja väiksemat võimsust.
Katiku tüüp– Globaalne katik on liikuvate objektide puhul kohustuslik. Rullkate tekitab viltu.
CMOS-kaamera moodul– Otsige selliseid andureid nagu Sony IMX250 (2 MP, 163 kaadrit sekundis), IMX252 (3 MP, 120 kaadrit sekundis) või OmniVision OV9281 (1 MP, 120 kaadrit sekundis täiseraldusvõimega, ROI-ga kiirem).
Näide: kiirkontrollisüsteemi ehitamine
Oletame, et peate kontrollima vedrusid, mis liiguvad mööda konveierit kiirusega 5 meetrit sekundis. Tavaline HD-kaamera moodul (30 kaadrit sekundis) näitaks liikumise hägusust. Valite USB-kaamera mooduli, mis suudab globaalse katikuga teha 720p kiirusel 300 kaadrit sekundis.
Ühendage see tööstusliku arvutiga. Kirjutage skript, mis jäädvustab kaadreid pidevalt. Kui vedru päästikust möödub, salvestage viimased 100 kaadrit kettale. Seejärel analüüsige iga raami vedru pikkuse mõõtmiseks. Kõrge kaadrisagedus tagab, et vähemalt üks terav pilt jäädvustab vedru suurepäraselt.
Järeldus
Kiire kaamera moodul on määratletud selle võimega jäädvustada sadu või tuhandeid kaadreid sekundis, kasutades globaalset katikuandurit ja kiiret liidest. See on oluline tööstuslikuks kontrolliks, teaduslikuks uurimistööks ja mis tahes rakenduseks, mis hõlmab kiiret liikumist. Kui tavaline endoskoobikaamera moodul või USB-kaamera moodul töötab igapäevase video jaoks, avavad kiired variandid liikumisanalüüsi maailma. Harrastajate jaoks on taskukohaseks sisenemispunktiks moodulkaamera raspberry pi koos globaalse katiku CMOS-kaamera mooduliga. Professionaalseks kasutamiseks pakuvad spetsiaalsed kiire USB-kaameramooduli tooted plug-and-play mugavust. Olenemata teie vajadusest, kaadrisageduse, katiku tüübi ja liidese mõistmine juhatab teid õige kaamerani.
Kui vajate oma manustatud projekti jaoks kohandatud kiiret kaameramoodulit, võtke ühendust Sincere'iga. Projekteerime ja toodame CMOS-kaameramooduli lahendusi, mis on kohandatud teie kiiruse ja eraldusvõime nõuetele.
