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高速摄像的发展历程

时间:2021-02-02     作者:中创联达【原创】   阅读

       高速摄像技术的发展可由摄像速度(帧频)及其综合特性来描述。


       19世纪60年代初期,随着磁记录技术的发展,产生了**代运动分析系统。但它的商业化是在70年代,由于当时技术水平的局限,系统满画幅只能达到120幅/s的摄像速度。


       第二代运动分析系统于1979年由NAC公司推出,其摄像速度为200幅/s。这在技术上是一个很大的进步,因为HSV-200型高速摄像系统可记录彩色图像,并且能记录很长的时间。


       1980年Koda公司推出了第三代运动分析系统———SP2000系统。这种革命性的设备,以2000幅/s或12000幅/s(分区)的速度把黑白图像记录在宽12.7mm的高密度磁带上。虽然其摄像速度很多年都保持**高,但磁带上的图像处理起来却比较麻烦。


       1986年运动分析系统获得了重大的技术进步,主要标志产品KodakEktapro1000运动分析系统,其摄像速度为1000幅/s和6000幅/s。虽然其速度比SP2000低,但有较多的优势:低成本,高性能的磁带传输系统,双摄像机操作,GPIB控制接口,磁带宽12.7mm,当记录16通道的图像信息时,传输速度为7.62m/s。允许两台摄像机的图像在同一屏幕上分开显示,并可设定不同的摄像频率。二者的图像隔行插入,可使500幅/s摄像机提供1000幅/s的速度。磁记录技术在第三代运动分析系统中得到了应用,但在基于磁带的运动分析系统中,这种技术存在着固有的记录限制。这种运动分析系统不仅记录时间有限,而且在磁带回放过程中,无法准确定位记录的位置。


       因为这些记录设备是机电式的,从启动到实际记录图像,以及停机时都有一个时间延迟,在应用中局限性很大。


       第四代高速摄像系统是一种全新的图像记录系统,它以固体存储器作为存储介质。1990年,Kodak生产的EktaproEM高速摄像系统,把数字图像存储在动态随机存储器(DRAM)中,这与以往通过记录长时间图像数据来捕获事件的传统方式不同。DRAM技术表明在大部分的应用中,不需要太长的记录时间。DRAM技术采用独特图像获取方法进行图像处理,提高了图像质量,并可连续不断地对图像实时记录。经过20年的发展,DRAM已提高了其存储密度,降低了每幅图像存储的成本。第五代高速摄像系统在分辨率、帧频、彩色/黑白图像质量方面都得到提高。


       第五代高速摄像系统有三种代表产品Kodak EktaproHS4540、KodakEktaproHi Spec、KodakEktapro1000HRC。HS4540记录的速度为(4500~40500)幅/s。Hi Spec是一种抗冲击的运动分析系统,在恶劣环境下记录速度为1000幅/s。摄像头可承受高达40g的冲击。HRC在分辨率为(512×384)像元时,可以1000幅/s的速度记录彩色和黑白图像,这个系统的分辨率是以往高速摄像的4倍。


       第六代高速摄像系统功能齐全,并为用户提供了更好的机动性和稳定性。其中KodakEktaproRo、NAC MemeramCi、NAC MemrecamCCS、RedlakeMotionscope500、KodakEktaproMo TionCorder都是典型的第六代分析系统。KodakEktaproMo图像传感器是一个性能卓越、功能齐全的摄像系统,专门为在特殊的应用环境下代替胶片摄影机而设计,其体积小,重量轻;接受移动PCMCI A硬盘或闪存,来从DRAM存储器中获得图像;记录的图像一直保留,直至下载到计算机中。以前的高速摄像系统一直都和图像处理器相连,而RO(只记录)摄像机不需要处理器,或者无需和它连接。但任何计算机都需要适当的软件,把数据转换为tiff图像格式,再进行数据处理。


       Memrecam高速摄像系统提供了相似的卓越性能,该系统可以用500幅/s的速度,在(580×434)像元的分辨率下记录彩色图像。通过降低分辨率,其速度可达2000幅/s。Memrecam Ci自身有一个控制面板,操作简单方便,NASC/PAL图像可在标准的监视器上显示。


       RedlakeMotionscope500是一个功能齐全的黑白高速摄像,它自带一个监视器,可以250幅/s和500幅/s的速度(降低分辨率)记录,从它的后面板上可进行简单的控制。系统有一个可移动的摄像头,特别适合产品制造过程的检测。摄像头的体积可放入有限的小空间中,而且其电缆线可以断开独自进行工作。


       KodakEktaproMo TionCorder为便携式的摄像系统,其摄像头体积很小,灵敏度高,ISO或EI约为1600。该系统为黑白摄像机,分辨率为(640×240)像元,可提供高质量的图像,系统的摄像频率为(240~600)幅/秒。系统有不同的图像格式可供选择,相应的记录时间从几秒到40s。


       第六代高速摄像系统的主要优点在于其体积、价格、便携、抗冲击及易操作等优势。RO型设计是为了获取图像,并且也可进行重放,但回放速度有限。图像也考虑到了在计算机上进行回放,因为大部分公司已经有了计算机,而且大部分使用专用分析软件,其他费用主要是摄像机。这些卓越的图像捕获系统,有望代表未来运动分析系统的发展方向,将被研制和销售,就像个人电脑一样,顾客将不同厂家的硬件和软件组装配置其设备,供用户专用。


       目前高速摄像系统主要优点在于图像的传感器主流为CMOS传感器,分辨率高(高于(1024×1024)像元),相机可独立工作,事后通过网线或通用接口把图像下载至计算机;并可组成网络摄像系统;系统操作方便,功能齐全,没有光晕现象,拍摄图像清晰,抗干扰能力强,功耗低。


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