Fastvideo-500М: российская высокоскоростная камера

04 сентября 2009, 13:50

Компания НПО Астек (Москва), разработчик оборудования и программного обеспечения для скоростной видеосъёмки, представила свою последнюю разработку – высокоскоростную камеру Fastvideo-500M, которая может вести съёмку с частотой 500 кадров в секунду при разрешении 1280 х 1024. Для формирования изображения камера использует 10-битную монохромную или цветную КМОП-матрицу LUPA-1300-2 формата 1,43 дюйма, производства компании Cypress Semiconductor Corporation. Матрица имеет прогрессивную развёртку, большой пиксел размером 14х14 мкм, а светочувствительная область матрицы имеет размер 17,92 х 14,34 мм. Электронный затвор обеспечивает одновременную экспозицию всех пикселов матрицы видеокамеры, а минимальное время экспозиции для полноэкранного разрешения равно 2 мкс. Матрица имеет очень высокую чувствительность, что позволяет решить основную проблему высокоскоростной съёмки — недостаток освещения при очень высокой частоте кадров.

Матрица видеокамеры регистрирует высококачественное монохромное или цветное изображение, причём его оцифровка происходит прямо в матрице, в которой находятся 24 быстрых АЦП, последовательным образом обрабатывающие пакеты по 24 пиксела. Также прямо в матрице аппаратно устраняется шум фиксированного распределения (FPN).

Высокоскоростная камера непрерывно регистрирует видео с частотой 500 кадров в секунду при максимальном разрешении, оцифровывает полученные данные и передаёт в компьютер видеопоток до 680 МБайт/с. Для ввода такого потока данных в компьютер используется фреймграббер с разъёмом PCI-Expresеs x4, который подключается к высокоскоростной камере с помощью двух кабелей стандарта Camera Link. При этом видео данные пишутся через фреймграббер в кольцевой буфер оперативной памяти компьютера. Таким образом, максимальная длительность видеозаписи ограничена размером оперативной памяти. Для увеличения длительности высокоскоростной видеозаписи обычно используются 64-битные операционные системы Windows или Linux, в которых можно установить более 4 ГБайт оперативной памяти. В системах длительной скоростной видеосъёмки также применяются RAID массивы для онлайн записи всего видео потока на жёсткий диск компьютера. Так получают длительность высокоскоростной видеозаписи более часа.

Одно из существенных преимуществ новой видеокамеры – исключительно высокая чувствительность в комбинации с мегапиксельным разрешением и большой частотой кадров. Для высокоскоростной съёмки это крайне важные параметры, которые значительно расширяют спектр возможных приложений видеокамеры. Высокоскоростная камера имеет впечатляющие возможности по увеличению частоты кадров при уменьшении размера окна сканирования. Для разрешения 640 х 480 можно получить до 2000 кадров в секунду, а для окна 240 х 180 – более 10000 кадров в секунду. Режим сканирования «через строку» позволяет удвоить частоту кадров при сохранении поля зрения.

Большинство камер такого типа, присутствующих на рынке в настоящее время, сделано на базе скоростной видео матрицы Aptina MT9M413 (ранее Micron), у которой размер пиксела 12х12 мкм, а чувствительность на порядок ниже. Кроме того, у существующих решений нет возможности пропорционального увеличения максимальной частоты сканирования при одновременном уменьшении размера кадра по двум осям.

Высокоскоростная камера Fastvideo-500M может работать в самых разнообразных условиях и режимах: при недостатке освещения можно задействовать режим увеличения экспозиции и неразрушающего считывания, а при избытке света поможет режим многократного сброса. Камера позволяет не только регулировать частоту кадров, но и дополнительно уменьшать время экспозиции, что значительно снижает степень размытия быстро двигающихся объектов. Что очень важно при высокоскоростной съёмке, электронный затвор матрицы обеспечивает одновременную экспозицию всех светочувствительных элементов и с его помощью происходит управление временем экспозиции.

Программное обеспечение Fastvideo Lab, поставляемое вместе с высокоскоростной камерой, позволяет управлять всеми настройками и режимами работы видео матрицы. Также есть возможность проведения скоростной видеозаписи, сохранения и просмотра полученных данных в форматах RAW и AVI. В программном обеспечении реализована возможность использования программных и аппаратных триггеров, необходимых для синхронизации камеры с внешним оборудованием. Fastvideo Lab есть как для Windows, так и для Linux, имеется и SDK для этих операционных систем.

Контроллер высокоскоростной камеры со встроенным 32-разрядным RISC-процессором, обеспечивает все необходимые возможности аппаратной синхронизации с внешним оборудованием. Видеокамера может работать по внешнему аппаратному синхросигналу, а также может сама выдавать синхроимпульсы после считывания строки, после считывания кадра и перед началом экспозиции (для синхронизации с осветителем или для запуска другой камеры). Это позволяет использовать видеокамеру в системах скоростного технического зрения и в сложных программно-аппаратных комплексах.

Приложения для высокоскоростных камер:

Научно-исследовательские задачи в области регистрации быстрых процессов
Испытания, тестовые лаборатории, контроль качества
Настройка и диагностика скоростных производственных линий, поиск неисправностей
Спорт: анализ движений спортсмена, видеозапись спортивных соревнований
Микроскопия, спектроскопия
Биомеханика, биология, медицина
Телевидение, кинопроизводство, 3D-съёмка

При разработке высокоскоростной видеокамеры Fastvideo-500M была использована лучшая на данный момент элементная база, в том числе цифровой мегапиксельный КМОП-сенсор Cypress LUPA-1300-2 и ПЛИС Altera Arria GX. Удобный пользовательский интерфейс, компактные размеры (60 x 60 x 148 мм) и небольшая масса видеокамеры (500 г) делают её привлекательной для использования в системах видео регистрации высокоскоростных процессов. Программное обеспечение Fastvideo Lab входит в комплект поставки видеокамеры и обеспечивает регистрацию и просмотр высокоскоростных видеозаписей.

Высокоскоростная камера Fastvideo-500М поступит в продажу с ноября 2009 года. Эта камера будет представлена на выставке «SIMEXPO – Научное приборостроение – 2009» в конце сентября 2009 года в Москве. Подробные технические характеристики высокоскоростных камер можно посмотреть на официальном сайте.