úvod
Snímková frekvencia, meraná v snímkach za sekundu (fps), určuje, koľko snímok kamera zachytí každú sekundu. Dve bežné obnovovacie frekvencie sú 30 fps a 60 fps. Aj keď oba produkujú plynulé video, majú odlišné charakteristiky, ktoré ovplyvňujú čistotu pohybu, výkon pri slabom osvetlení, požiadavky na šírku pásma a celkovú používateľskú skúsenosť. Pochopenie rozdielu je nevyhnutné pri výbere kamerového modulu pre aplikácie, ako je bezpečnosť, priemyselná inšpekcia, lekárska endoskopia alebo robotika.
Základy: 30 snímok za sekundu vs. . 60sním./s
30 snímok za sekundu– Kamera zachytí 30 rôznych snímok každú sekundu. Toto je štandard pre televíziu, film a mnohé webové kamery. Je dostatočne hladký pre väčšinu ľudského vnímania a používa sa už desaťročia.
60 snímok za sekundu– Fotoaparát zachytí 60 obrázkov za sekundu. To je dvojnásobok rýchlosti prenosu dát 30 snímok za sekundu. Vytvára výrazne plynulejší pohyb, najmä pri rýchlo sa pohybujúcich objektoch alebo pri posúvaní fotoaparátu.
Rozdiel sa najviac prejaví, keď si tú istú scénu pozriete vedľa seba. Video s rýchlosťou 60 snímok za sekundu vyzerá plynulejšie, zatiaľ čo video s rýchlosťou 30 snímok za sekundu môže pri rýchlych pohyboch vykazovať mierne trhanie.
Čistota pohybu
Hlavnou výhodou 60 snímok za sekundu je čistota pohybu. Keď sa objekt rýchlo pohybuje po snímke, vyššia snímková frekvencia zachytí viac medzipoloh, čím sa zníži vnímané rozmazanie pohybu a zasekávanie.
30 snímok za sekundu– Prijateľné pre pomalý alebo mierny pohyb. Napríklad kráčajúca osoba, dopravný pás pohybujúci sa nízkou rýchlosťou alebo stacionárna bezpečnostná kamera.
60 snímok za sekundu– Nevyhnutné pre rýchly pohyb. Príklady zahŕňajú pretekársky dron, robotické rameno vyberajúce súčiastky vysokou rýchlosťou alebo športová kamera snímajúca tenisové podanie.
Pre modul 4k kamery poskytuje 60 snímok za sekundu ultra plynulé 4K video, ale za cenu dvojnásobnej rýchlosti prenosu dát v porovnaní s rýchlosťou 30 snímok za sekundu.
Výkon pri slabom osvetlení
Snímková frekvencia priamo ovplyvňuje expozičný čas. Na udržanie daného jasu musí fotoaparát ponechať uzávierku otvorenú dlhšie, keď je snímková frekvencia nižšia.
30 snímok za sekundu– Každá snímka môže byť exponovaná až na približne 33 milisekúnd (1/30 sekundy). To umožňuje, aby sa k snímaču dostalo viac svetla, čím sa zlepšuje výkon pri slabom osvetlení.
60 snímok za sekundu– Každá snímka môže byť exponovaná len na približne 16 milisekúnd (1/60 sekundy). Tým sa zníži schopnosť zhromažďovania svetla na polovicu, takže obraz bude tmavší alebo zašumený za rovnakých svetelných podmienok.
Preto pre daný snímač a objektív bude modul fotoaparátu s rýchlosťou 30 snímok za sekundu fungovať lepšie v slabom prostredí ako rovnaký fotoaparát s rýchlosťou 60 snímok za sekundu. Mnoho fotoaparátov automaticky znižuje snímkovú frekvenciu pri slabom osvetlení, aby to kompenzovalo.
Šírka pásma a úložisko
Vyššia snímková frekvencia generuje viac údajov, čo má vplyv na šírku prenosového pásma a požiadavky na úložisko.
30 snímok za sekundu– Pre 1080p kamerový usb modul využívajúci kompresiu MJPEG je dátová rýchlosť zhruba polovičná oproti 60fps. Je to jednoduchšie na rozhraniach USB 2.0 a spotrebuje to menej úložného priestoru.
60 snímok za sekundu– Vyžaduje dvojnásobnú šírku pásma. Modul USB Camera Module musí používať USB 3.0 alebo vysokorýchlostné rozhranie MIPI na spracovanie 60 snímok za sekundu pri 1080p alebo 4K. Požiadavky na úložisko sa tiež zdvojnásobia pri rovnakej dĺžke záznamu.
V prípade kamery s modulom raspberry pi je s Raspberry Pi 4 alebo 5 možné snímanie v rozlíšení 1080p pri 60 snímkach za sekundu, ale zaťaženie procesora a rýchlosť zápisu na kartu SD môžu byť prekážkou.
Latencia a odozva v reálnom čase
Pre interaktívne aplikácie – ako je pilotovanie dronov alebo robotická teleoperácia – je kritická nižšia latencia. Snímková frekvencia prispieva k end-to-end latencii.
30 snímok za sekundu– Teoretická minimálna latencia je približne 33 ms (čas na zachytenie celej snímky) plus oneskorenia spracovania a prenosu.
60 snímok za sekundu– Teoretická minimálna latencia je približne 16 ms – polovica oproti 30 snímkam za sekundu. To poskytuje citlivejší pocit.
Skutočnú latenciu však ovplyvňuje aj rozhranie fotoaparátu (USB pridáva väčšiu latenciu ako MIPI) a obnovovacia frekvencia displeja.
Kompatibilita a výkon spracovania
Nie všetky zariadenia dokážu spracovať 60 snímok za sekundu.
30 snímok za sekundu– Podporované takmer všetkými počítačmi, smartfónmi a vstavanými doskami. Štandardný fotoaparát usb modul s UVC pracuje rýchlosťou 30 snímok za sekundu cez USB 2.0.
60 snímok za sekundu– Vyžaduje viac výkonu CPU/GPU na dekódovanie a spracovanie. Lacný jednodoskový počítač môže mať problémy so zobrazením 1080p pri 60 snímkach za sekundu. Pre modul 4k kamery pri 60 snímkach za sekundu potrebujete špičkový procesor a rýchle rozhranie (USB 3.0 alebo MIPI).
Napríklad modulová kamera raspberry pi dokáže spracovať 1080p@60fps pomocou rozhrania MIPI CSI, ale môže stratiť snímky, ak používate aj algoritmy ťažkého videnia.
Ktorý by ste si mali vybrať?
| Aplikácia | Odporúčaná snímková frekvencia | Dôvod |
|---|---|---|
| Bezpečnostný dohľad (vnútorný) | 30 snímok za sekundu | Dostatočné pre väčšinu pohybu; lepší výkon pri slabom osvetlení |
| Priemyselná kontrola (rýchly dopravník) | 60 snímok za sekundu | Zachytáva ostré snímky pohybujúcich sa častí |
| Lekárska endoskopia (srdce, hlasivky) | 60 snímok za sekundu | Znižuje rozmazanie pohybu pre rýchly pohyb tkaniva |
| Preteky dronov / FPV | 60 snímok za sekundu alebo viac | Nízka latencia a plynulé video pre pilotovanie |
| Webové konferencie | 30 snímok za sekundu | Adekvátne; šetrí šírku pásma |
| Výroba 4K videa | 60 snímok za sekundu | Potrebné pre spomalené úpravy a plynulé video vo vysokom rozlíšení |
| Projekt vízie Raspberry Pi | 30 snímok za sekundu | Menšie zaťaženie procesora; ľahšie spracovateľné |
Praktické príklady
USB kamerový modul pre stolnú webovú kameru– 30 snímok za sekundu je viac než dosť. Rozdiel si nevšimnete a váš procesor zostane chladný.
4k kamerový modul pre autonómneho robota– Ak sa robot pohybuje rýchlo, 60 snímok za sekundu pomáha pri detekcii prekážok. Potrebujete však výkonný procesor a USB 3.0.
Modulová kamera raspberry pi pre rastlinný monitor- 30 snímok za sekundu je úplne v poriadku; 60 snímok za sekundu by mrhalo výkonom spracovania.
Môžete prepínať medzi 30 fps a 60 fps?
Mnohé moduly kamier umožňujú meniť snímkovú frekvenciu pomocou softvéru. Napríklad modul USB kamery kompatibilný s UVC možno nastaviť na 60 snímok za sekundu pri 720p alebo 30 snímok za sekundu pri 1080p. Niektoré fotoaparáty pri slabom osvetlení automaticky znížia snímkovú frekvenciu. Skontrolujte ovládač alebo knižnicu fotoaparátu (napr. libcamera na Raspberry Pi, OpenCV na PC).
Záver
Rozdiel medzi kamerami s rýchlosťou 30 sn./s a 60 sn./s spočíva v čistote pohybu, výkone pri slabom osvetlení, šírke pásma, latencii a požiadavkách na spracovanie. 60snímka za sekundu ponúka plynulejší pohyb a nižšiu latenciu, ale za cenu zníženej citlivosti pri slabom osvetlení, vyšších nárokov na úložisko a väčšieho výpočtového výkonu. 30snímky za sekundu zostávajú spoľahlivou a efektívnou voľbou pre väčšinu aplikácií. Pri výbere modulu kamery – či už ide o modul usb kamery, modul 4k kamery alebo kameru s modulom raspberry pi – zvážte rýchlosť objektu, svetelné podmienky a možnosti systému. Často stačí 30 snímok za sekundu; keď potrebujete zachytiť rýchlu akciu, 60 snímok za sekundu stojí za kompromisy.
Ak potrebujete vlastný modul fotoaparátu s preferovanou snímkovou frekvenciou, kontaktujte spoločnosť Sincere. Navrhneme a vyrobíme kamerové moduly na mieru pre vašu aplikáciu.
