Was macht eine Kamera „High Speed“

Schlüsselkomponenten eines Hochgeschwindigkeitskamerasystems

Hochgeschwindigkeits-Bildsensor:
Das Herzstück jeder Hochgeschwindigkeitskamera ist ein Bildsensor, der schnelle Bildsequenzen mit hoher Präzision erfassen kann. Diese Sensoren sind speziell für einen hohen Pixeldatendurchsatz ausgelegt. Ein deutlicher Leistungssprung erfolgte mit der Umstellung von der CCD- auf die CMOS-Technologie, die eine schnellere und effizientere Bilderfassung ermöglichte.

Große DRAM-Speicherbank:
Moderne Hochgeschwindigkeitskameras erzeugen aufgrund ihrer hohen räumlichen Auflösung und Bildfrequenz enorme Datenmengen. Dies erfordert eine robuste Speicherlösung – vor allem DDR-RAM –, um Sequenzen schnell und zuverlässig zu speichern. Während flüchtiger Speicher die aktuellen Designs dominiert, kommen zunehmend nichtflüchtige Speicheroptionen auf den Markt, die mehr Sicherheit bei langen Aufnahmen oder Stromunterbrechungen bieten. Die Speicherkapazität bleibt ein entscheidender Faktor für die Kameraleistung.

Steuer- und Schnittstellenelektronik:
Die Synchronisierung zwischen Sensor und Speicher erfolgt über eine fortschrittliche Elektronik, die sicherstellt, dass bei der Hochgeschwindigkeitserfassung keine Bilder verloren gehen. Diese Elektronik verwaltet auch externe Signale wie Trigger, IRIG-B und PTP1588 und fungiert als Kommandozentrale während der Aufzeichnung. Darüber hinaus dient sie als Schnittstelle zwischen Kamera und PC für Einrichtung, Steuerung und Überwachung.

Benutzerfreundliche Software:
Frühe Hochgeschwindigkeitskamera-Software konzentrierte sich auf die grundlegende Bildübertragung. Mit der Verbesserung der PC-Leistung entwickelte sich die Software zu leistungsstarken Paketen, die Bildanalyse, Bildbeschriftung und Automatisierung unterstützen. Moderne Software verwaltet nicht nur die Bildaufnahme, sondern ermöglicht auch erweiterte Funktionen wie intelligentes Triggern und Nachbearbeiten mithilfe eingebetteter Algorithmen.

Jede dieser Komponenten spielt eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Fähigkeit der Kamera, Hochgeschwindigkeitsereignisse präzise zu erfassen und zu verarbeiten.

Der Wunsch, Unsichtbares sichtbar zu machen, ist so alt wie die Fotografie. Schon bald nach ihrer Erfindung entstanden die ersten „Hochgeschwindigkeitsbilder“ mit einfachen Kameras. Einen guten Überblick über die Entwicklung der Hochgeschwindigkeitsfotografie bis hin zur heutigen Technologie findet man auf Wikipedia. Dort werden die Entwicklung und die Erfindungen anschaulich veranschaulicht, von der Hochgeschwindigkeitsfilmkamera über die frühen Hochgeschwindigkeitsdigitalkameras bis hin zu den heutigen technischen Wunderwerken.

https://en.wikipedia.org/wiki/High-speed_photography

Als lustige Randbemerkung: Die „Bilder pro Sekunde“ Die in den heutigen Hochgeschwindigkeits-Digitalkameras verwendete Technologie stammt aus der Zeit der Hochgeschwindigkeits-Filmkameras, als die 16-mm-Filmspulen physisch in einzelne Rahmen. 

Eine der Kernkomponenten einer Hochgeschwindigkeitskamera ist der Bildsensor. Dieser Sensor mit seiner spezifischen Auflösung verfügt über einen festen Datendurchsatz, der typischerweise in Gigapixeln pro Sekunde (Gpixel/s) gemessen wird. Dieser Durchsatz ist in der Regel konstant und wird durch die Sensorarchitektur definiert. Er bestimmt die maximal erreichbare Bildrate bei voller Auflösung.

Je höher der Durchsatz in Gpixel/s, desto schneller kann der Sensor insgesamt arbeiten.

Durch die Reduzierung der vertikalen und/oder horizontalen Auflösung kann die Bildrate erhöht werden – es werden weniger Pixel pro Bild ausgelesen, während die Gesamtdatenrate unverändert bleibt. Diese Methode, bekannt als Fensterungermöglicht es Benutzern, die Bildrate durch Verringerung der Auflösung zu erhöhen. Dies ist besonders nützlich bei Anwendungen, die je nach Testszenario entweder eine höhere zeitliche Auflösung (schnellere Bildraten) oder eine höhere räumliche Auflösung (mehr Details) erfordern.

Bei modernen Hochgeschwindigkeitskameras ist diese Flexibilität entscheidend, um mit einem einzigen Gerät unterschiedliche Aufnahmeanforderungen erfüllen zu können.

Eine hilfreiche Faustregel: Der Gpixel/s-Wert eines Sensors ist seine Konstante. Er definiert die maximale Bildrate bei voller Auflösung. Eine Verringerung der Auflösung erhöht die Bildrate proportional und maximiert so die Leistung je nach Anwendung.