Hogyan befolyásolja a képkockasebesség az endoszkóp kamera teljesítményét

A képkocka-sebesség képkocka/másodpercben (fps) mérve az endoszkópos kamera által másodpercenként rögzített és megjelenített képek száma. Közvetlenül befolyásolja, hogy a videó mennyire simán jelenik meg, mennyire egyértelműen rögzíthető a gyors mozgás, és hogy a kamera milyen jól teljesít gyenge fényviszonyok között. Függetlenül attól, hogy orvosi endoszkóp kameramodult, mini kameramodult ipari boreszkópokhoz vagy USB kameramodult használ barkácsolási vizsgálathoz, a képsebesség megértése segít kiválasztani a feladatához megfelelő eszközt.

Mit jelent a Frame Rate az endoszkópiában?

Egyszerűen fogalmazva, a nagyobb képkockasebesség egyenletesebb mozgást jelent. A szabványos videó 30 képkocka/mp, ami elég sima a legtöbb emberi megfigyeléshez. Ha azonban a kamera vagy a téma gyorsan mozog – például egy laparoszkópot mozgató sebész, egy cső belsejében lévő vízsugár vagy egy vibráló turbinalapát –, akkor a nagyobb képsebesség, például 60 vagy akár 120 képkocka/mp, sokkal kevesebb elmosódással és remegéssel rögzíti az eseményeket.

Ezzel szemben az alacsonyabb képkockasebesség (pl. 15 képkocka/mp) szaggatottá teheti a videót, de lehetővé teszi a fényképezőgép számára, hogy minden képkockánál tovább tartsa a zárat, ami javítja a teljesítményt gyenge fényviszonyok között.

Képkockasebesség és gyenge fényérzékenység – kompromisszum

A legfontosabb kompromisszum a képkockasebesség és a gyenge megvilágítású teljesítmény között van. Egy kép rögzítéséhez az érzékelőt egy bizonyos ideig fénynek kell kitenni. A nagyobb képkockasebesség rövidebb képkockánkénti expozíciós időt igényel.

• 30 képkocka/mp-nél minden képkocka körülbelül 33 ezredmásodpercig exponálható.

• 60 képkocka/mp-nél minden képkocka csak körülbelül 16 ezredmásodpercig exponálható – ez az idő fele.

A rövidebb expozíciós idő kevesebb fényt gyűjt össze, így a kép sötétebb vagy zajosabb lesz. Ezért, ha egy endoszkóp kameramodult sötét üregben, korlátozott LED-megvilágítás mellett használ, a 60 képkocka/másodperc sebességgel történő futás homályos, szemcsés képet eredményezhet. Ha a képkockasebességet 30 vagy 15 fps-re csökkenti, a kép világosabb lesz, de a mozgás kevésbé tűnik gördülékenynek.

Amikor a magasabb képkockasebesség elengedhetetlen

Orvosi endoszkópia – Azoknál az eljárásoknál, ahol a szövetek gyorsan mozognak (pl. szívdobogás, hangszálak, perisztaltika), a 60 vagy akár a 100 képkocka/mp sebesség csökkenti az elmosódást, és segít a sebészeknek látni a finom részleteket. Ideális egy CMOS kameramodul globális zárral és nagy képsebességgel.

Ipari ellenőrzés – Gyorsan mozgó gépek (forgó turbinák, szállítószalagok) vizsgálatakor a nagyobb képsebesség leállítja a mozgást, lehetővé téve a repedéseket vagy hibákat, amelyek egyébként elmosódnának. A 60 képkocka/mp-es képességgel rendelkező mini kameramodul boreszkópban használható a motorhengerek különböző forgattyús szögekben történő vizsgálatára.

Robotika és automatizálás – A robotkarnak vagy AGV-nek alacsony késleltetésre és magas képkockasebességre van szüksége ahhoz, hogy gyorsan reagáljon a környezetére. Az USB 3.0-n keresztül 60 képkocka/mp sebességgel streamelő USB kameramodul valós idejű visszacsatolást biztosít a látásvezérelt kiválasztáshoz.

Amikor az alacsonyabb képkockasebesség elfogadható vagy preferált

Statikus vagy lassú ellenőrzés – Csőbelső, falüreg vagy álló rész vizsgálata nem igényel nagy képsebességet. A 30 fps vagy akár a 15 fps is elegendő, és az elmentett expozíciós idővel fényesebbé teheti a képet.

Rendkívül gyenge fényviszonyok – Ha közel sötétben dolgozik (pl. gyenge LED-es megvilágítású szennyvízcsatorna), a képkocka sebesség 15 fps-re vagy 10 fps-re való csökkentése megkétszerezheti vagy megháromszorozhatja az expozíciós időt, jelentősen javítva a fényerőt és csökkentve a zajt.

Akkumulátoros eszközök – A nagyobb képkockasebesség több energiát fogyaszt, mivel az érzékelőnek és a processzornak több adatot kell kezelnie másodpercenként. Egy akkumulátorról működő kézi USB-kameramodul esetén a 30 képkocka/mp jó kompromisszum.

Hogyan befolyásolja a képkockasebesség az USB endoszkópos kamerákat

A szabványos UVC kameramodul (USB Video Class) általában több képsebességet támogat. Például egy 1080p-s endoszkóp kameramodul 30 képkocka/mp-es sebességet kínál teljes felbontásnál és 60 fps-t 720p-nél. A gazdaszámítógép az UVC protokollon keresztül választja ki a kívánt képsebességet és felbontást.

UVC kameramodul használatakor ne feledje, hogy az USB 2.0 sávszélesség (körülbelül 40 MB/s) az 1080p-t körülbelül 30 fps-re korlátozza MJPEG-tömörítés esetén. Az 1080p 60 képkocka/mp sebességű eléréséhez USB 3.0 vagy alacsonyabb tömörítési formátum szükséges. Az OEM kameramodul USB 3.0-s híddal tervezhető, hogy támogassa a nagyobb képsebességet.

Gyakorlati irányelvek a képkockasebesség kiválasztásához

Hogyan állítsuk be a képfrekvenciát endoszkópos kamerán

• UVC kameramodul esetén (a legtöbb USB endoszkóp) az operációs rendszer vagy az alkalmazás választja ki a képsebességet. Az OpenCV-ben beállíthatja a cv2.CAP_PROP_FPS . A VLC-ben a rögzítőeszköz opciói közül választhatja ki a kívánt képkockasebességet.

• Egy dedikált DSP-vel rendelkező OEM kameramodul esetén a firmware lehetővé teheti a képkockasebesség megváltoztatását az OSD menün vagy a soros parancsokon keresztül.

• A MIPI CSI-2-t használó mini kameramodulok esetén (pl. Raspberry Pi-n) a állíthatja be a képkockasebességet : libcamera parancssorban libcamera-vid --framerate 60.

Példa: Endoszkóp kameramodul kiválasztása

Tegyük fel, hogy meg kell vizsgálnia a kis repedéseket egy lassan forgó turbinalapáton belül. A környezet közepesen megvilágított. Egy szabványos 30 képkocka/mp sebességű endoszkóp kameramodul jól működne – a mozgás lassú, a 30 képkocka/mp-es sebesség pedig egyenletes videózást biztosít.

De ha egy kis elektronikus alkatrészeket szállító nagy sebességű szállítószalagot kell megvizsgálnia 2 m/s sebességgel, a 30 képkocka/mp sebesség elmosódást okozhat. Egy 60 képkocka/mp sebességű USB kameramodul globális zárral minden komponensről éles képeket készít.

Ha egyedi terméket készít, egy OEM kameramodul több képkockasebesség támogatására is tervezhető – például 60 fps a gyors ellenőrzési módhoz és 15 képkocka/mp a gyenge megvilágítású energiatakarékos módhoz.

Következtetés

A képsebesség az endoszkóp kamera teljesítményének kritikus paramétere. A nagyobb képkockasebesség (60 képkocka/másodperc és több) simább mozgást és gyors cselekvést biztosít kevesebb elmosódással, de több fényt, nagyobb sávszélességet és nagyobb feldolgozási teljesítményt igényel. Az alacsonyabb képkockasebesség (15-30 fps) javítja a gyenge fényérzékenységet, csökkenti az adatátviteli sebességet és meghosszabbítja az akkumulátor élettartamát.

Endoszkóp kameramodul kiválasztásakor – legyen szó mini kameramodulról szűk helyekre, USB kameramodulról hordozható használatra, UVC kameramodulról plug-and-playhez, OEM kameramodulról egyedi eszközhöz vagy CMOS kameramodulról a beágyazott látáshoz – vegye figyelembe a téma sebességét, a rendelkezésre álló fényt és a kívánt képminőséget. Gyakran a 30 képkocka/mp szilárd kiindulási pont; váltson 60 fps-re, ha a mozgás számít, és csökkentse 15 fps-re, ha a sötétség a fő kihívás.

Ha egyedi endoszkóp kameramodulra van szüksége meghatározott képkockasebességgel, gyenge megvilágítású optimalizálással vagy egy adott interfésszel, forduljon a Sincere-hez. OEM kameramodulokat tervezünk és gyártunk az Ön orvosi, ipari vagy fogyasztói alkalmazására szabva.