Structure of a high speed camera

High speed photography, basic principles, high speed camera structure and a little history.

In this article I will deal with the most basic principles of high speed photography, and camera structure. In other articles we will discuss in more detail each of the issues.The history of high speed photography as well as normal photography, began with film cameras. At that era  high speed photography  technique used film and  had some limitations. that  have been resolved with the transition to high speed digital photography, but some still exist at various levels.

1. The first limitation was the need to coordinate the time of the incident and the shooting time effectivly. High speed film cameras needed to work with  pulling engine and collection engine. It took  them some time until they arrived to the desired speed.

2. The second limitation was the amount of light that needed  to expose the film. It required a very sensitive film and the picture quality was poor.

3. Limited  speed: it was not possible to reach speeds of hundreds of thousands of frames per second as you can get today. Understanding the limitations of high speed film photography is important for understanding the benefits of high speed digital cameras. In order not to bore the readers with something that already passed away, I am writing few words about the principles of high speed digital photography  today. This article refers to a shot of  large number of frames in a given period and not a single picture or a few pictures.(Motion picture)

Schematic structure of a high speed  camera.

Types of high speed cameras

There are different types of high speed cameras, operating forms varied depending on uses. Here are some typical options.

High speed camera connected to a computer.

High speed camera structure

High speed camera that the processor is on the computer

high speed camera schem

 High speed camera with it’s on processor Camera connected via PCI communications

high speed camera schem2

The advantage is that the camera is able to shoot non-stop directly to the computer all the time that the computer’s memory  have enough space. The downside is the limited data transfer rate, that does not allow transfer of files with large  resolutions and high speed and cable length is limited. One solution is to double the media communication cable  that connects the two PCI cards.
https://norgerx.com/brand-cialis-norge.html

but the cable length limitations still exist.

 high speed camera with head control

control head schem

Designed for shooting under severe vibrations. Splitting the  processor from the camera sensor allows a sensitive component not to be involved during the vibrations. Usually it is allowing  a connection of  number of high speed cameras along. The ability to separate camera head (especially sensor), power supply unit, and memory allows the creation of small cameras that can be installed in many locations with minimal G force response (because of low weight) .

במאמר זה אעסוק בעקרונות הבסיסיים ביותר של הצילום המהיר,במבנה המצלמה המהירה ובמאמרים הנוספים נעסוק ביתר פירוט בכל אחד מהנושאים .

ההיסטוריה של הצילום המהיר כמו הצילום הרגיל,תחילתה בצילום במצלמות פילם. בצילום המהיר בתקופה בה עדיין השתמשו בפילם היו מגבלות שחלקן נפתרו עם המעבר לצילום מהיר דיגיטלי וחלקן עדיין קיימות ברמות שונות.

1.המגבלה הראשונה בצילום מהיר פילם הייתה, הצורך לתאם בין הזמן בו מתרחש האירוע ובין זמן הצילום האפקטיבי. למצלמות המהירות בפילם היו מנוע משיכה ומנוע איסוף ונדרש להם מעט זמן עד שהגיעו למהירות הרצויה.

2. המגבלה השנייה הייתה כמות האור הרבה שנדרשה כדי לחשוף את הסרט. מגבלה זו הצריכה סרטים רגישים במיוחד שאיכות התמונה שלהם הייתה ירודה.

3.מגבלת המהירות: לא ניתן היה להגיע למהירויות של עשרות ומאות אלפי תמונות בשנייה כפי שניתן להגיע היום.

הכרת המגבלות של הצילום המהיר בפילם חשובה להבנת היתרונות של המצלמה המהירה הדיגיטלית על מנת שלא אלאה אותכם הקוראים בתחום שכבר פס מהעולם אעבור על העקרונות של הצילום הדיגיטלי המהיר היום. מאמר זה מתייחס לצילום של כמות פריימים גדולה בפרק זמן נתון ולא לתמונה בודדת או תמונות בודדות .

להלן מבנה סכמטי של מצלמה מהירה.

high-speed-camera-shem-2

סוגי המצלמות המהירות

קיימים סוגים שונים של מצלמות מהירות וצורות הפעלה מגוונות בהתאם לשימושים . להלן מספר אפשרויות אופייניות.

מצלמה מהירה מחוברת למחשב

high-speedcamera-to-computer-2

מצלמה מהירה שהמעבד שלה נמצא במחשב

high-speedcamera-structure-to-PCI1

מצלמה עם חיבור דרך תקשורת PCI  או CoExpress היתרון של מצלמה כזו היא ביכולת לצלם ללא הפסקה ישירות למחשב כל זמן שיש מקום בזיכרון של המחשב. החיסרון מגבלת קצב העברת הנתונים אינה מאפשרת העברה של קבצים ברזולוציות גדולות ובקצבים גבוהים, וכן אורך כבל מוגבל. אחד הפתרונות להכפלת הקצב הוא מצלמה המתחברת בתקשורת של שני כרטיסיPCI או שלושה CoExpress  אולם עדיין יש מגבלה לאורך הכבל.

high-speedcamera-to-PCI-computer

 מצלמה מהירה עם ראש שליטה

מיועדת לצילום בתנאי רעידות קשים. פיצול המעבד מהמצלמות וחיבורו לאחר האירוע מאפשר לרכיב רגיש זה לא להיות מעורה בזמן הרעידה.בדרך כלל מדובר באפשרות חיבור של מספר מצלמות מהירות יחד. היכולת להפריד בין ראש המצלמה (בעיקר סנסור) מיחידת אספקת המתח והזיכרון מאפשרת יצירת מצלמות קטנות הניתנות להתקנה במקומות רבים במינימום תגובה (בגלל משקל נמוך) לכוחות ה G והתאותות הפועלות בזמן אירוע.

high-speed-camera-with-remote-head

מצלמות עם מסך וזיכרון פנימי All in one

 MEGASPEED 

זיכרון

המצלמה המהירה הדיגיטאלית מצלמת במהירות המרבית, שמהירות העברת הנתונים מאפשרת . מצלמת וידאו רגילה מצלמת ישירות על כרטיס זיכרון וככל שכרטיסי הזיכרון הקשיחים יהיו מהירים יותר כך ניתן יהיה לצלםבקצב מהיר יותר. מבלי להיכנס לחישוב של מהירות הדגימה הדיגיטאלית ניתן לומר באופן כללי שהמצלמות הקיימות בשוק היום מצלמות על כרטיס דיגיטאלי לסוגיו השונים ברזולוציה של High Definition בקצב שבין 25-50 תמונות בשניה. על מנת שנוכל לצלם בקצב מהיר יותר אנו נדרשים ליכולת אגירת נתונים מהירה יותר. זאת ניתן לעשות על הזיכרון הוירטואלי Virtual Memory . הזיכרון הוירטואלי או בשמו הנוסף זיכרון נדיף הוא זיכרון הזקוק למתח חשמלי ואינו יכל לאגור את המידע כאשר הוא מנותק מהחשמל.

רזולוציה

המצלמות הדיגיטאליות מגדירות את הרזולוציה על ידי כמות הפיקסלים שלהם. מכפלה של מספר הפיקסלים לאורך במספרם לרוחב היא הרזולוציה של הסנסור. יש כמובן חשיבות גם לגודל הפיקסלים. אמנם הטכנולוגיות מתקדמות ומשתנות אולם ניתן לומר באופן די גורף שבאותה טכנולוגיה של יצור סנסורים , יהיה הסנסור בעל הפיקסלים הגדולים יותר רגיש יותר לאור.

המשך יבא בקרוב.

Skip to content