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中创百科 | 高速摄像的发展历程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,产生了初代运动分析系统。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年由日本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。NAC初代高速摄像机 1980年Kodak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,主要标志产品为 KodaK Ektapro 1000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 Ektapro EM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 Ektapro HS4540、Kodak Ektapro Hi-Spec、Kodak Ektapro 1000HRC。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 Kodak Ektapro RO、NAC Memrecam Ci、NAC Memrecam CCS、Redlake Motionscope 500、Kodak Ektapro MotionCorder都是典型 的 第 六 代 分 析 系 统。Kodak Ektapro RO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PCMCIA 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。 日本NAC的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。 Redlake Motionscope 500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。 Kodak Ektapro MotionCorder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1025×1024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。
NAC高速摄像系统集机械/光学设计、加工,制造和软件开发于一体的横滨技术中心 注:本文参考《高速摄像及其应用技术》/张三喜 姚敏 孙卫平编著,国防工业出版社。 |