हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल क्या है?

एक मानक कैमरा मॉड्यूल 30 या 60 फ्रेम प्रति सेकंड पर वीडियो कैप्चर करता है। यह अधिकांश निगरानी, ​​कॉन्फ्रेंसिंग या एंडोस्कोपी कार्यों के लिए पर्याप्त है। लेकिन कुछ अनुप्रयोगों को उन घटनाओं को देखने की आवश्यकता होती है जो पलक झपकते ही घटित होती हैं - हवा में उड़ती हुई एक गोली, तेज गति से चलने वाली मशीन का हिस्सा, या तेजी से कंपन करने वाला घटक। यह वह जगह है जहां एक हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल आता है। यह प्रति सेकंड सैकड़ों या यहां तक ​​कि हजारों फ्रेम पर रिकॉर्ड कर सकता है, तेज गति को स्पष्ट, विश्लेषण योग्य फ्रेम में बदल सकता है।

हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल क्या परिभाषित करता है?

एक हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल सामान्य कैमरे का उच्च-रिज़ॉल्यूशन संस्करण नहीं है। इसके लिए इसे अनुकूलित किया गया हैफ्रेम रेटपिक्सेल गिनती के बजाय। प्रमुख विशेषताओं में शामिल हैं:

उच्च सीमा रेखा- कम से कम 100 फ्रेम प्रति सेकंड (एफपीएस), अक्सर कम रिज़ॉल्यूशन पर 500, 1000, या अधिक एफपीएस तक पहुंच जाता है।

वैश्विक शटर- रोलिंग शटर के विपरीत, एक वैश्विक शटर गति विरूपण को समाप्त करते हुए, एक ही पल में पूरी छवि को कैप्चर करता है।

तेज़ रीडआउट- सेंसर को छवि डेटा को बहुत तेज़ी से स्थानांतरित करना होगा, अक्सर कई एमआईपीआई लेन या उच्च-बैंडविड्थ समानांतर इंटरफ़ेस का उपयोग करना होगा।

सीमित संकल्प- उच्च गति प्राप्त करने के लिए, रिज़ॉल्यूशन को कम किया जा सकता है (उदाहरण के लिए, वीजीए या 720p) क्योंकि प्रति सेकंड 1000 बार लाखों पिक्सेल को स्थानांतरित करना अत्यधिक मांग वाला है।

हाई-स्पीड बनाम मानक कैमरा मॉड्यूल

यह अंदर कैसे काम करता है?

एक हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल एक विशेष CMOS कैमरा मॉड्यूल सेंसर से शुरू होता है। एक सामान्य सेंसर के विपरीत जो पंक्तियों को क्रमिक रूप से पढ़ता है (रोलिंग शटर), एक उच्च गति सेंसर सभी पिक्सेल को एक साथ पढ़ता है (ग्लोबल शटर)। जब वस्तुएं तेजी से चलती हैं तो यह तिरछापन और डगमगाने से बचाता है।

सेंसर में बहुत तेज़ पिक्सेल रीडआउट सर्किट भी है। कुछ सेंसर केवल रुचि के एक छोटे से क्षेत्र (आरओआई) को पढ़कर कम रिज़ॉल्यूशन पर 1000 फ्रेम प्रति सेकंड से अधिक आउटपुट दे सकते हैं। इसे "सब-सैंपलिंग" या "विंडो-रीडआउट" कहा जाता है।

फिर डेटा एक उच्च-बैंडविड्थ इंटरफ़ेस पर यात्रा करता है। एम्बेडेड सिस्टम के लिए, 4 लेन वाला एक एमआईपीआई कैमरा मॉड्यूल (प्रत्येक 1.5-2.5 जीबीपीएस पर चलता है) आम है। पीसी-आधारित सिस्टम के लिए, यूएसबी 3.0 या यूएसबी 3.2 वाला एक यूएसबी कैमरा मॉड्यूल 5-10 जीबीपीएस तक संभाल सकता है।

हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल के अनुप्रयोग

औद्योगिक निरीक्षण– तेज़ उत्पादन लाइनों की निगरानी करना, चलते भागों में दोषों का पता लगाना, या मशीनरी में कंपन का विश्लेषण करना। एक मानक एचडी कैमरा मॉड्यूल गति को धुंधला कर देगा; एक हाई-स्पीड मॉड्यूल इसे फ़्रीज़ कर देता है।

खेल और बायोमैकेनिक्स- गोल्फ स्विंग, पिचर की बांह की गति, या धावक की चाल का विश्लेषण करना। धीमी गति वाले रीप्ले से नग्न आंखों के लिए अदृश्य विवरण का पता चलता है।

वैज्ञानिक अनुसंधान- द्रव गतिशीलता, सामग्री फ्रैक्चर, या दहन प्रक्रियाओं का अध्ययन। हाई-स्पीड इमेजिंग उन घटनाओं को कैप्चर करती है जो केवल कुछ मिलीसेकंड तक चलती हैं।

मेडिकल और एंडोस्कोपी- जबकि अधिकांश एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल 30-60 एफपीएस पर काम करते हैं, कुछ विशेष हृदय या वोकल कॉर्ड स्कोप तेज ऊतक गति को पकड़ने के लिए उच्च फ्रेम दर का उपयोग करते हैं। एक उच्च गति वाला एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल वोकल कॉर्ड पक्षाघात या हृदय वाल्व स्पंदन का निदान करने में मदद कर सकता है।

ड्रोन और रोबोटिक्स- उच्च गति सेंसर के साथ एक मॉड्यूल कैमरा रास्पबेरी पाई का उपयोग तेजी से चलने वाले ड्रोन पर बाधा से बचने या स्थिरीकरण प्रतिक्रिया के लिए किया जा सकता है।

एंबेडेड सिस्टम के लिए हाई स्पीड कैमरा मॉड्यूल

निर्माताओं और डेवलपर्स के लिए, प्रयोग करने का सबसे आसान तरीका यूएसबी कैमरा मॉड्यूल है जो उच्च फ्रेम दर का समर्थन करता है। कई यूएसबी कैमरा मॉड्यूल उत्पाद (यूवीसी अनुरूप) 120 एफपीएस पर 1080पी या 240 एफपीएस पर 720पी कर सकते हैं। वे पीसी पर प्लग-एंड-प्ले का काम करते हैं।

एम्बेडेड परियोजनाओं के लिए, एक मॉड्यूल कैमरा रास्पबेरी पाई को उच्च गति एमआईपीआई सेंसर से सुसज्जित किया जा सकता है। रास्पबेरी पाई 4 या 5 में OV9281 या IMX296 जैसे वैश्विक शटर सेंसर का उपयोग करके 200 एफपीएस पर 720p कैप्चर करने के लिए पर्याप्त प्रसंस्करण शक्ति है। फिर आप OpenCV का उपयोग करके वास्तविक समय में फ़्रेम का विश्लेषण कर सकते हैं या धीमी गति वाले प्लेबैक के लिए उन्हें रिकॉर्ड कर सकते हैं।

एक कैमरा यूएसबी मॉड्यूल हाई-स्पीड वेरिएंट में भी उपलब्ध है। इनका उपयोग अक्सर औद्योगिक पीसी विज़न सिस्टम में किया जाता है जहां एक लैपटॉप या डेस्कटॉप कंप्यूटर प्रोसेसिंग करता है।

ट्रेड-ऑफ़ और सीमाएँ

प्रकाश- उच्च गति वाले कैमरों को मानक कैमरों की तुलना में बहुत अधिक रोशनी की आवश्यकता होती है क्योंकि प्रति फ्रेम एक्सपोज़र समय बेहद कम होता है। तेज़ रोशनी के बिना, छवि अंधकारमय या शोर भरी होगी।

भंडारण- केवल एक सेकंड के लिए 1000 एफपीएस पर रिकॉर्डिंग से 1000 फ्रेम बनते हैं। एक 720p वीडियो सैकड़ों मेगाबाइट लेगा। बनाए रखने के लिए आपको तेज़ स्टोरेज (SSD, NVMe) की आवश्यकता है।

प्रसंस्करण शक्ति- प्रति सेकंड हजारों फ्रेम का विश्लेषण करने के लिए एक शक्तिशाली प्रोसेसर या समर्पित हार्डवेयर की आवश्यकता होती है।

लागत- ट्रू हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल (ग्लोबल शटर और हाई बैंडविड्थ के साथ) सामान्य सेंसर की तुलना में अधिक महंगे हैं।

हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल चुनना

फ़्रेम दर की आवश्यकता- धीमी मशीन का विश्लेषण करने के लिए (<10 m/s), 100–200 fps may be enough. For a bullet or explosion, you need 10,000+ fps.

संकल्प- अक्सर वीजीए (640×480) या 1 एमपी पर्याप्त होता है क्योंकि विषय छोटा हो सकता है। उच्च रिज़ॉल्यूशन अधिकतम फ्रेम दर को कम करता है।

इंटरफ़ेस- पीसी के लिए यूएसबी 3.0 सुविधाजनक है। एम्बेडेड सिस्टम के लिए, एमआईपीआई कम विलंबता और कम शक्ति प्रदान करता है।

शटर प्रकार- चलती वस्तुओं के लिए ग्लोबल शटर अनिवार्य है। रोलिंग शटर तिरछा उत्पन्न करेगा।

सीएमओएस कैमरा मॉड्यूल– Sony IMX250 (2 MP, 163 fps), IMX252 (3 MP, 120 fps), या OmniVision OV9281 (1 MP, 120 fps पूर्ण Res पर, ROI के साथ तेज़) जैसे सेंसर देखें।

उदाहरण: एक उच्च गति निरीक्षण प्रणाली का निर्माण

मान लीजिए आपको एक कन्वेयर के साथ 5 मीटर प्रति सेकंड की गति से चलने वाले स्प्रिंग्स का निरीक्षण करने की आवश्यकता है। एक मानक एचडी कैमरा मॉड्यूल (30 एफपीएस) मोशन ब्लर दिखाएगा। आप एक यूएसबी कैमरा मॉड्यूल चुनें जो ग्लोबल शटर के साथ 300 एफपीएस पर 720p कर सकता है।

इसे एक औद्योगिक पीसी से कनेक्ट करें। एक ऐसी स्क्रिप्ट लिखें जो फ़्रेम को लगातार कैप्चर करती हो। जब कोई स्प्रिंग ट्रिगर पार करता है, तो अंतिम 100 फ़्रेमों को डिस्क पर सहेजें। फिर स्प्रिंग की लंबाई मापने के लिए प्रत्येक फ्रेम का विश्लेषण करें। उच्च फ्रेम दर यह सुनिश्चित करती है कि कम से कम एक स्पष्ट छवि स्प्रिंग को पूरी तरह से कैप्चर करेगी।

निष्कर्ष

एक हाई-स्पीड कैमरा मॉड्यूल को वैश्विक शटर सेंसर और तेज़ इंटरफ़ेस का उपयोग करके प्रति सेकंड सैकड़ों या हजारों फ़्रेम कैप्चर करने की क्षमता से परिभाषित किया जाता है। यह औद्योगिक निरीक्षण, वैज्ञानिक अनुसंधान और तीव्र गति वाले किसी भी अनुप्रयोग के लिए आवश्यक है। जबकि एक मानक एंडोस्कोप कैमरा मॉड्यूल या यूएसबी कैमरा मॉड्यूल रोजमर्रा के वीडियो के लिए काम करता है, उच्च गति वाले वेरिएंट गति विश्लेषण की दुनिया खोलते हैं। शौकीनों के लिए, वैश्विक शटर सीएमओएस कैमरा मॉड्यूल के साथ एक मॉड्यूल कैमरा रास्पबेरी पाई एक किफायती प्रवेश बिंदु है। व्यावसायिक उपयोग के लिए, समर्पित हाई-स्पीड यूएसबी कैमरा मॉड्यूल उत्पाद प्लग-एंड-प्ले सुविधा प्रदान करते हैं। आपकी जो भी ज़रूरत हो, फ़्रेम दर, शटर प्रकार और इंटरफ़ेस को समझना आपको सही कैमरे के लिए मार्गदर्शन करेगा।

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