Was ist eine Hochformatkamera? Warum ist sie wichtig und wie wählt man sie?

Das kontinuierliche Wachstum der eingebetteten Bildverarbeitung hat den Bedarf an Kameras mit hoher Bildrate erhöht. Während gängige Kamerabildraten von 30 bis 60 FPS für die meisten Anwendungen der eingebetteten Bildverarbeitung ausreichend sind, kann nicht ausgeschlossen werden, dass einzelne Anwendungen Bildraten über 400 FPS erfordern.

Um schnell bewegte Objekte klar zu erfassen, müssen wir Hoch-Bildraten-Kameras verwenden. In diesem Artikel werden wir uns mit den Funktionen und Grundlagen von Kameras mit hoher Bildrate beschäftigen.

Was genau ist eine Kamera mit hoher Bildrate?

Kameras mit hoher Bildrate verwenden fortschrittlichere Sensoren und sind in der Lage, Bilder oder Videos von schnell bewegten Objekten innerhalb kurzer Zeit mit Hunderten oder sogar Tausenden von Bildern pro Sekunde aufzunehmen im Vergleich zu normalen Kameras. Gleichzeitig müssen wir einen Kompromiss zwischen Bildauflösung und Bildrate finden. Eine höhere Auflösung bietet detailliertere Bilder, kann jedoch die Bildrate verringern; umgekehrt ermöglicht eine hohe Bildrate flüssigere Bewegungen, aber es könnte einige Bildetails verloren gehen.

Was ist also eine hohe Bildwiederholrate für eine Kamera? Dafür gibt es keine standardisierte Definition. Verschiedene Anwendungen haben unterschiedliche Definitionen von hoher Bildwiederholrate. In der eingebetteten Vision kann selbst bei 4K und höheren Auflösungen eine Frequenz von 30 FPS als hohe Bildwiederholrate definiert werden. Ähnlich kann in Full HD eine Frequenz von 60 bis 120 FPS als hohe Bildwiederholrate definiert werden.

Wie funktioniert eine Kamera mit hoher Bildwiederholrate?

Im Kern der Funktionsweise einer Kamera mit hoher Bildwiederholrate liegt ihre Fähigkeit, Bilder viel schneller aufzunehmen als eine normale Kamera mit etwa 30 FPS. Diese Fähigkeit ist wichtig in Szenen, in denen schnell bewegte Objekte erfasst werden müssen. Der allgemeine Ablauf ist wie folgt:

• Bildaufnahme: Kameras mit hoher Bildwiederholrate verwenden fortgeschrittene Bildsensoren mit extrem schnellen Auslesegeschwindigkeiten, um in kurzer Zeit große Mengen an Bilddaten zu erfassen.
• Bildverarbeitung: Die erfassten Bilddaten werden durch sophistizierte Bildverarbeitungsalgorithmen schnell und mit geringer Latenz verarbeitet.
• Mikroprozessor: Leistungsstarke Mikroprozessoren unterstützen diese Kameras, um bei hohen Frameraten zu arbeiten, während sie große Mengen an Bilddaten verarbeiten.
• Reduzierte Auflösung: Um hohe Frameraten zu erreichen, verringern diese Kameras oft die Bildauflösung, während sie die Framerate erhöhen, wodurch das Verhältnis zwischen Bildqualität und Framerate ausgewogen wird.

Warum sind Hoch-Framerate-Kameras so wichtig?

Erfahrene Menschen wissen, dass die Aufnahme von hochgeschwindigkeitsbewegten Objekten mit einer Kamera mit niedriger Framerate dazu führen kann, dass das Bild verschwommen oder verzerrt erscheint. Daher ist es äußerst wichtig, bei eingebetteten Vision-Applikationen, in denen die Bildgenauigkeit entscheidend ist, Kameras mit hoher Framerate zu verwenden, um schnell bewegte Objekte einzufangen. Dies reduziert die Diskrepanz zwischen dem Bild und der Realität. Zum Beispiel können bei prüfungsorientierten Anwendungen Hoch-Framerate-Kameras sofort Verschiebungen, Mängel und andere Probleme eines Objekts erkennen und dann schnell reagieren, um sie zu beheben und eine konsistente Produktqualität aufrechtzuerhalten.

Je höher die Bildwiederholrate ist, desto mehr Bilder werden pro Sekunde aufgenommen, wodurch das Blurring reduziert wird. Die richtige Belichtungszeit ist einer der Faktoren, um eine hohe Bildwiederholrate zu erreichen; je länger die Belichtungszeit, desto verschwommener kann das Bild sein.

Was muss ich beachten, wenn ich eine Kamera mit hoher Bildwiederholrate auswähle?

Wenn wir eine Kamera mit hoher Bildwiederholrate auswählen, müssen wir verschiedene Aspekte berücksichtigen, wie Auflösung, Bildwiederholrate, Empfindlichkeit und Dynamikbereich sowie Verbindungsmöglichkeiten.

Auflösung: beeinflusst die Bildqualität. Eine hohe Auflösung kann auf Kosten der Bildwiederholrate gehen. Sie müssen Auflösung und Bildwiederholrate nach Ihren Bedürfnissen ausbalancieren, um gleichzeitig Detailgenauigkeit und Aufnahme Geschwindigkeit sicherzustellen.

Bildrate: bestimmt die Anzahl der pro Sekunde aufgenommenen Bilder. Sie müssen die richtige Bildwiederholrate basierend auf der Bewegungsgeschwindigkeit des Objekts und dem benötigten Detailgrad auswählen.

Empfindlichkeit und Dynamikbereich: Empfindlichkeit und Dynamikumfang sind Maße für die Fähigkeit der Kamera, Bilder unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen aufzunehmen. Hochempfindliche Kameras können klarere Bilder bei schlechten Lichtverhältnissen aufnehmen. Kameras mit großem Dynamikumfang können kontrastreiche Szenen besser verarbeiten.

Verbindungsfähigkeit: Kameras mit hoher Bildrate erzeugen normalerweise große Datenmengen. Effiziente Verbindungen gewährleisten eine schnelle und stabile Datentransfer. Gängige Datentransferprotokolle umfassen GigE Vision, USB3 Vision und MIPI.

Welche Bereiche erfordern den Einsatz von Kameras mit hoher Bildrate?

Sportanalyse: Im Sportbereich können Kameras mit hoher Bildrate jede Bewegung eines Athleten für eine detaillierte Analyse aufzeichnen. Dies hilft nicht nur den Athleten bei der Ausbildung, sondern unterstützt auch die Schiedsrichter dabei, fundierte Entscheidungen über das Verhalten der Athleten zu treffen.

Industrieautomatisierung: In der industriellen Automatisierung werden Kameras mit hoher Bildrate für eine präzise Objektpositionierung, -messung und -fehlererkennung eingesetzt. Durch die Erfassung schnell bewegter Objekte auf der Fertigungslinie lokalisieren sie und entsorgen nicht konforme Produkte, um Produktqualität und Produktivität zu gewährleisten.

Maschinenvision: Für Maschinenvision, die eine Echtzeit-Rückmeldung erfordert, ist die Bildgenauigkeit wichtig. Kameras mit hoher Bildrate können schnelle und genaue Bildinformationen liefern, um Robotern ein besseres und präziseres Arbeiten zu ermöglichen.

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