ماژول دوربین{0}}سرعت بالا چیست؟

یک ماژول دوربین استاندارد با سرعت 30 یا 60 فریم در ثانیه فیلم می گیرد. این برای اکثر وظایف نظارت، کنفرانس یا آندوسکوپی کافی است. اما برخی از برنامه‌ها باید رویدادهایی را ببینند که در یک چشم به هم زدن اتفاق می‌افتند - گلوله‌ای که در هوا پرواز می‌کند، قطعه‌ای از ماشین که با سرعت بالا حرکت می‌کند یا قطعه‌ای که به سرعت در حال ارتعاش است. اینجاست که یک ماژول دوربین پرسرعت وارد می‌شود. این ماژول می‌تواند با صدها یا حتی هزاران فریم در ثانیه ضبط کند، و حرکت سریع را در فریم‌های واضح و قابل تحلیل منجمد کند.

چه چیزی یک ماژول دوربین پرسرعت را تعریف می کند؟

یک ماژول دوربین با سرعت بالا صرفاً یک نسخه با وضوح بالاتر از یک دوربین معمولی نیست. برای بهینه سازی شده استنرخ فریمبه جای تعداد پیکسل ویژگی های کلیدی عبارتند از:

نرخ فریم بالا- حداقل 100 فریم در ثانیه (فریم در ثانیه)، که اغلب به 500، 1000 یا بیشتر فریم در ثانیه در وضوح کاهش می‌رسد.

شاتر جهانی- برخلاف شاتر غلتکی، یک شاتر سراسری کل تصویر را در همان لحظه ثبت می کند و اعوجاج حرکتی را از بین می برد.

خواندن سریع– سنسور باید داده های تصویر را خیلی سریع انتقال دهد، اغلب با استفاده از چندین خط MIPI یا یک رابط موازی با پهنای باند بالا.

وضوح محدود- برای دستیابی به سرعت بالا، رزولوشن ممکن است کاهش یابد (به عنوان مثال، VGA یا 720p) زیرا جابجایی میلیون ها پیکسل 1000 بار در ثانیه بسیار سخت است.

ماژول‌های دوربین با سرعت بالا در مقابل استاندارد

چگونه در داخل کار می کند؟

یک ماژول دوربین پرسرعت با یک حسگر تخصصی ماژول دوربین CMOS شروع می شود. برخلاف سنسورهای معمولی که ردیف‌ها را به‌طور متوالی می‌خواند (شاتر غلتکی)، یک سنسور پرسرعت همه پیکسل‌ها را به‌طور همزمان می‌خواند (شاتر جهانی). این کار از انحراف و تکان خوردن اشیا در هنگام حرکت سریع جلوگیری می کند.

این سنسور همچنین دارای مدار بازخوانی پیکسل بسیار سریعتر است. برخی از حسگرها می توانند بیش از 1000 فریم در ثانیه را با وضوح کمتر با خواندن یک منطقه کوچک مورد علاقه (ROI) تولید کنند. این "نمونه برداری فرعی" یا "خواندن پنجره" نامیده می شود.

سپس داده ها روی یک رابط با پهنای باند بالا حرکت می کنند. برای سیستم های جاسازی شده، یک ماژول دوربین MIPI با 4 خط (هر کدام با سرعت 1.5-2.5 گیگابیت در ثانیه کار می کند) رایج است. برای سیستم‌های مبتنی بر رایانه شخصی، یک ماژول دوربین USB با USB 3.0 یا USB 3.2 می‌تواند حداکثر 5 تا 10 گیگابیت در ثانیه را تحمل کند.

کاربردهای ماژول های دوربین پرسرعت

بازرسی صنعتی- نظارت بر خطوط تولید سریع، تشخیص عیوب در قطعات متحرک، یا تجزیه و تحلیل ارتعاش در ماشین آلات. یک ماژول دوربین HD استاندارد حرکت را محو می کند. یک ماژول با سرعت بالا آن را منجمد می کند.

ورزش و بیومکانیک- تجزیه و تحلیل تاب گلف، حرکت بازوی پارچ، یا گام دونده. پخش مجدد حرکت آهسته جزئیاتی را نشان می دهد که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیستند.

تحقیقات علمی- مطالعه دینامیک سیالات، شکستگی مواد یا فرآیندهای احتراق. تصویربرداری با سرعت بالا رویدادهایی را ثبت می کند که تنها چند میلی ثانیه طول می کشد.

پزشکی و آندوسکوپی- در حالی که اکثر ماژول‌های دوربین آندوسکوپ با سرعت 30 تا 60 فریم در ثانیه کار می‌کنند، برخی از دوربین‌های تخصصی قلب یا تارهای صوتی از نرخ فریم بالاتر برای ثبت حرکت سریع بافت استفاده می‌کنند. یک ماژول دوربین آندوسکوپ با سرعت بالا می تواند به تشخیص فلج تارهای صوتی یا بال زدن دریچه قلب کمک کند.

هواپیماهای بدون سرنشین و رباتیک- ماژول دوربین Raspberry Pi با سنسور سرعت بالا را می توان برای جلوگیری از موانع در هواپیماهای بدون سرنشین با حرکت سریع یا برای بازخورد تثبیت استفاده کرد.

ماژول های دوربین پرسرعت برای سیستم های جاسازی شده

برای سازندگان و توسعه دهندگان، ساده ترین راه برای آزمایش با ماژول دوربین USB است که از نرخ فریم بالا پشتیبانی می کند. بسیاری از محصولات ماژول دوربین USB (مطابق با UVC) می توانند 1080p با سرعت 120 فریم در ثانیه یا 720p با سرعت 240 فریم در ثانیه انجام دهند. آنها در رایانه شخصی به صورت plug-and-play کار می کنند.

برای پروژه های تعبیه شده، ماژول دوربین Raspberry Pi را می توان به سنسور MIPI با سرعت بالا مجهز کرد. Raspberry Pi 4 یا 5 دارای قدرت پردازش کافی برای گرفتن 720p با سرعت 200 فریم بر ثانیه با استفاده از سنسور شاتر جهانی مانند OV9281 یا IMX296 است. سپس می‌توانید فریم‌ها را در زمان واقعی با استفاده از OpenCV تجزیه و تحلیل کنید یا آنها را برای پخش آهسته ضبط کنید.

یک ماژول USB دوربین نیز در انواع پرسرعت موجود است. اینها اغلب در سیستم‌های بینایی کامپیوتر صنعتی استفاده می‌شوند که در آن لپ‌تاپ یا رایانه رومیزی پردازش را انجام می‌دهند.

معاملات و محدودیت ها

نورپردازی– دوربین‌های پرسرعت به نور بسیار بیشتری نسبت به دوربین‌های استاندارد نیاز دارند، زیرا زمان نوردهی در هر فریم بسیار کوتاه است. بدون نور شدید، تصویر تاریک یا نویز خواهد بود.

ذخیره سازی– ضبط با سرعت 1000 فریم در ثانیه تنها برای یک ثانیه 1000 فریم تولید می کند. یک ویدیوی 720p صدها مگابایت طول می کشد. برای ادامه به فضای ذخیره سازی سریع (SSD، NVMe) نیاز دارید.

قدرت پردازش– تجزیه و تحلیل هزاران فریم در ثانیه نیاز به یک پردازنده قدرتمند یا سخت افزار اختصاصی دارد.

هزینه- ماژول‌های دوربین پرسرعت واقعی (با شاتر جهانی و پهنای باند بالا) گران‌تر از سنسورهای معمولی هستند.

انتخاب ماژول دوربین با سرعت بالا

نرخ فریم مورد نیاز است- برای آنالیز ماشین کند (<10 m/s), 100–200 fps may be enough. For a bullet or explosion, you need 10,000+ fps.

قطعنامه- اغلب VGA (640×480) یا 1 مگاپیکسل کافی است زیرا ممکن است سوژه کوچک باشد. وضوح بالاتر حداکثر نرخ فریم را کاهش می دهد.

رابط– برای کامپیوتر، USB 3.0 راحت است. برای سیستم های تعبیه شده، MIPI تأخیر کمتر و توان کمتری را ارائه می دهد.

نوع شاتر– شاتر سراسری برای اجسام متحرک اجباری است. کرکره نورد باعث ایجاد کجی می شود.

ماژول دوربین CMOS– به دنبال سنسورهایی مانند Sony IMX250 (2 مگاپیکسل، 163 فریم در ثانیه)، IMX252 (3 مگاپیکسل، 120 فریم در ثانیه)، یا OmniVision OV9281 (1 مگاپیکسل، 120 فریم در ثانیه در وضوح کامل، سریعتر با ROI) باشید.

مثال: ساختن یک سیستم بازرسی با سرعت بالا

فرض کنید باید فنرهایی که در طول یک نوار نقاله با سرعت 5 متر در ثانیه حرکت می کنند را بررسی کنید. یک ماژول استاندارد دوربین HD (30 فریم در ثانیه) تاری حرکت را نشان می دهد. ماژول دوربین USB را انتخاب می کنید که می تواند 720p با سرعت 300 فریم در ثانیه با شاتر جهانی انجام دهد.

آن را به یک کامپیوتر صنعتی وصل کنید. اسکریپتی بنویسید که به طور مداوم از فریم ها عکس می گیرد. وقتی فنر از یک ماشه عبور می کند، 100 فریم آخر را روی دیسک ذخیره کنید. سپس هر فریم را برای اندازه گیری طول فنر تجزیه و تحلیل کنید. نرخ فریم بالا تضمین می کند که حداقل یک تصویر شارپ بهار را کاملاً ثبت کند.

نتیجه گیری

یک ماژول دوربین پرسرعت با توانایی آن در گرفتن صدها یا هزاران فریم در ثانیه با استفاده از یک سنسور شاتر جهانی و یک رابط سریع تعریف می‌شود. این برای بازرسی صنعتی، تحقیقات علمی، و هر کاربرد که شامل حرکت سریع است ضروری است. در حالی که یک ماژول دوربین آندوسکوپ استاندارد یا ماژول دوربین USB برای ویدیوهای روزمره کار می کند، انواع پرسرعت دنیایی از تحلیل حرکت را باز می کنند. برای علاقمندان، ماژول دوربین Raspberry Pi با ماژول دوربین CMOS شاتر جهانی یک نقطه ورود مقرون به صرفه است. برای استفاده حرفه ای، محصولات اختصاصی ماژول دوربین USB پرسرعت، سهولت اتصال و پخش را ارائه می دهند. هر نیازی که دارید، درک نرخ فریم، نوع شاتر و رابط کاربری شما را به سمت دوربین مناسب راهنمایی می کند.

اگر برای پروژه تعبیه شده خود به یک ماژول دوربین پرسرعت سفارشی نیاز دارید، با Sincere تماس بگیرید. ما راه حل های ماژول دوربین CMOS را متناسب با نیازهای سرعت و وضوح شما طراحی و تولید می کنیم.