고속 카메라

High-speed camera
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고속 카메라는 1/1,000초 미만의 노출 또는 250fps 이상의 프레임 레이트로 동영상을 캡처할 수 있는 장치입니다.[1]빠르게 움직이는 물체를 사진 영상으로 저장 매체에 기록하는 데 사용됩니다.기록 후 미디어에 저장된 영상을 슬로 모션으로 재생할 수 있습니다.초기 고속 카메라는 고속 이벤트를 기록하기 위해 필름을 사용했지만, 일반적으로 1,000fps 이상의 D램을 DRAM에 기록하는 충전 결합 장치(CCD) 또는 CMOS 활성 픽셀 센서를 사용하여 완전히 전자 장치로 대체되었습니다. 이 장치는 과도 [2]현상에 대한 과학적 연구를 위해 천천히 재생됩니다.

개요

고속 카메라는 다음과 같이 분류할 수 있습니다.

  1. 필름에 녹화하는 고속 필름 카메라,
  2. 전자 메모리에 녹화하는 고속 비디오 카메라,
  3. 여러 이미지 평면 또는 동일한 이미지[3] 평면(일반적으로 필름 또는 CCD 카메라 네트워크) 상의 여러 위치에 영상을 기록하는 고속 프레임 카메라,
  4. 필름 또는 전자 메모리에 일련의 라인 크기의 이미지를 기록하는 고속 스트릭 카메라입니다.

일반 영화 필름은 초당 24프레임으로 재생되며, 텔레비전은 25프레임/초 또는 29.97프레임/초(NTSC)를 사용합니다.고속 필름 카메라는 셔터를 사용하는 대신 회전하는 프리즘이나 거울을 통해 필름을 촬영함으로써 최대 25만 fps의 필름을 촬영할 수 있으며, 따라서 필름 스톡을 그러한 속도로 찢는 셔터 뒤에서 필름을 정지하고 시작할 필요가 줄어듭니다.이 기술을 사용하면 1초의 동작을 10분 이상의 재생 시간(슈퍼 슬로우 모션)으로 늘릴 수 있습니다.고속 비디오 카메라는 과학 연구,[4][5] 군사 실험 및 평가,[6] [7]산업용으로 널리 사용되고 있습니다.산업 용도의 예로는 기계를 더 잘 조정하기 위해 제조 라인을 촬영하거나, 자동차 산업에서 충돌 더미 승객과 자동차에 미치는 영향을 조사하기 위해 충돌 테스트를 촬영하는 것이 있습니다.오늘날 디지털 고속 카메라는 차량 충격 [8]테스트에 사용되는 필름 카메라를 대체했습니다.

쉘 카트리지의 중간 탄도 사건에 대한 슐리렌 비디오.네이단 부어, 조준 연구팀입니다

MythBusters와 Time Warp와 같은 텔레비전 시리즈는 종종 그들의 테스트를 슬로 모션으로 보여주기 위해 고속 카메라를 사용한다.2017년 현재 소비자용 카메라는 초당 1,000개 이상의 프레임 속도에 초당 11기가바이트의 속도로 녹화되는 최대 4메가픽셀의 해상도를 가지고 있기 때문에 기록된 고속 영상을 저장하는 데 시간이 걸릴 수 있습니다.기술적으로 이러한 카메라는 매우 고급이지만 이미지를 저장하려면 더 느린 표준 비디오-컴퓨터 [9]인터페이스를 사용해야 합니다.녹화 속도는 매우 빠르지만 이미지 저장 속도는 상당히 느립니다.사람들이 기록을 검토하는 데 필요한 저장 공간 및 시간을 줄이기 위해 관심 또는 관련성이 있는 동작 부분만 선택하여 촬영할 수 있습니다.산업별 분석 사이클 프로세스를 기록할 때 각 사이클의 관련 부분만 촬영됩니다.

고속 카메라의 문제는 필름에 필요한 노출입니다. 40,000fps의 속도로 촬영하려면 매우 밝은 빛이 필요합니다. 때로는 조명의 열로 인해 검사 대상이 파괴되기도 합니다.단색(흑백) 필름은 필요한 광도를 줄이기 위해 사용되는 경우가 있습니다.2500만 fps 이상의 속도를 낼 수 있는 전용 전자 전하 결합 소자(CCD) 이미징 시스템을 사용하여 고속 이미징이 가능합니다.그러나 이 카메라들은 오래된 필름 카메라들처럼 여전히 회전 거울을 사용한다.솔리드 스테이트 카메라는 최대 1000만 fps의 속도를 낼 수 있습니다.[10][11] 현재 고속 카메라의 모든 개발은 필름 카메라보다 많은 운영 및 비용 이점을 제공하는 디지털 비디오 카메라에 초점이 맞춰져 있습니다.

2010년 연구자들은 각 프레임을 2조분의 1초(피코초)[12][13] 동안 노출하는 카메라를 제작하여 5조 fps의 유효 프레임률을 실현했습니다.현대의 고속 카메라는 입사광(광자)을 전자열로 변환하고, 전자열은 광양극으로 편향되어 다시 광자로 변환되어 필름이나 CCD에 기록될 수 있습니다.

텔레비전에서의 사용

  • 쇼 MythBusters는 속도나 높이를 측정하기 위해 초고속 카메라를 사용한다.
  • Time Warp는 보통 육안으로 볼 수 없는 너무 빠른 것들을 느리게 하기 위해 고속 카메라를 사용하는 것에 초점을 맞췄다.
  • 고속 카메라는 국제 크리켓 [14]경기와 같이 정상적인 슬로모션이 충분히 느리지 않을 때 슬로모션 즉석 재생을 위해 많은 주요 스포츠 이벤트의 텔레비전 제작에 자주 사용됩니다.

과학에서의 사용

고속 카메라는 전통적인 필름 속도에 비해 너무 빨리 일어나는 사건들을 특징짓기 위해 과학에서 자주 사용된다.생체 역학 같은 개구리와 insects,[15]흡입 먹이로 물고기에 뛰어들어로 고속 동물의 움직임, 갯가제의 파업, 그리고 비둘기의helicopter-like 움직임의 공기 역학적인 연구를 잡기 위해 그러한 카메라를 고용하고 있거나의 움직임을 잘 나타내 주는 하나 이상의 카메라에서 결과 시퀀스를 단일 시퀀스의 움직임 분석을 사용하여[16].2D또는3-D.

필름에서 디지털 기술로 전환함에 따라 특히 지속적인 기록과 사후 트리거링 사용을 통해 예측할 수 없는 동작으로 이러한 기술을 사용하는 데 어려움이 크게 감소했습니다.필름 고속 카메라의 경우, 조사자는 필름을 시작하고 나서 필름이 다 떨어지기 전에 짧은 시간 내에 동물이 행동을 하도록 유인해야 하며, 이로 인해 동물이 너무 늦게 행동하거나 전혀 행동하지 않는 많은 쓸모없는 장면들이 발생한다.로는 수사관은 다음 트리거 버튼과 수사관고 방아쇠를(conti 동안 프레임 속도, 이미지 크기와 메모리 용량에 의해 결정되기 전 후에 주어진 시간 간격을 구할 수 있게 녹화가 중지될 행동을 이끌어 내려고 한다. 현대 디지털 초고속 cameras,[17]에서 카메라를 단순히 계속해서 기록할 수 있다.nuous recording).대부분의 소프트웨어에서는 기록된 프레임의 서브셋을 저장할 수 있으며, 일련의 관심사 전후에 불필요한 프레임을 제거하여 파일 크기 문제를 최소화할 수 있습니다.이러한 트리거링은 여러 카메라에 걸쳐 기록을 동기화하는 데도 사용할 수 있습니다.

물과 접촉하는 알칼리 금속의 폭발은 고속 카메라를 사용하여 연구되어 왔다.물 속에서 폭발하는 나트륨/칼륨 합금의 프레임별 분석과 분자 동적 시뮬레이션은 초기 팽창이 이전에 [18]생각했던 수소 가스의 연소가 아닌 쿨롱 폭발의 결과일 수 있음을 시사했다.

디지털 고속 카메라 영상은 [19]이 과정에서 발생하는 전파의 검출을 통해 번개 리더의 전파를 지도할 수 있는 전계 계측기와 센서와 결합했을 때 번개에 대한 이해에 크게 기여해왔다.

산업에서의 사용

사후 대응적 유지보수를 예측적 유지보수로 전환할 때는 내역이 제대로 이해되는 것이 중요합니다.기본적인 분석 기법 중 하나는 고속 카메라를 사용하여, 예를 들어 생산 중에 너무 빨리 발생하는 현상을 특징짓는 것입니다.과학에서 사용하는 것과 유사하게, 트리거 전 또는 트리거 후 기능을 사용하여 카메라는 정비사가 고장이 발생할 때까지 대기할 때 간단히 연속적으로 기록할 수 있습니다. 그 후 트리거 신호(내부 또는 외부)가 기록을 중지하고 조사자가 트리거 전에 주어진 시간 간격을 저장할 수 있습니다(프레임 레이트에 의해 결정됨).연속 기록 중 메모리 용량)을 선택합니다.일부 소프트웨어에서는 기록된 프레임의 서브셋만 표시하여 문제를 실시간으로 볼 수 있습니다.또한 관심 시퀀스의 전후에 불필요한 프레임을 제거함으로써 파일사이즈와 감시시간 문제를 최소화할 수 있습니다.

고속 비디오 카메라는 X선 촬영과 같은 다른 산업 기술을 증강하는 데 사용됩니다.X선을 가시광선으로 변환하는 적절한 인광 스크린과 함께 사용하면 고속 카메라를 사용하여 기계 장치 및 생물학적 검체 내부의 사건에 대한 고속 X선 비디오를 캡처할 수 있습니다.영상촬영 속도는 주로 카메라 노출과 직접적인 관련이 있는 인광 스크린 붕괴 속도와 강도 상승에 의해 제한됩니다.펄스 X선 소스는 프레임 속도를 제한하므로 카메라 프레임 [20]캡처와 올바르게 동기화해야 합니다.

전쟁에 사용

1950년 애버딘 실험장의 미군 기술자 모튼 술탄노프는 100만분의 1초 단위로 촬영하는 초고속 카메라를 발명해 [21]작은 폭발의 충격파를 기록할 만큼 빠른 속도를 보였다.고속 디지털 카메라는 공중에서 투하된 기뢰가 다양한 무기 시스템의 개발을 포함하여 근해 [22]지역에 어떻게 배치될 것인지를 연구하기 위해 사용되어 왔다.2005년 400만 화소 해상도의 고속 디지털 카메라는 탄도 [23]요격을 포착하는 테스트 레인지의 마운트 추적에 사용되는 35mm와 70mm의 고속 필름 카메라를 대체했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Society of Motion Picture Engineers:고속사진, 서문, 1949년 3월
  2. ^ "High Frame Rate Electronic Imaging" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2016-03-04. Retrieved 2010-03-07.
  3. ^ "High-Speed Camera Tutorials".
  4. ^ 과학적 연구
  5. ^ 과학적Anderson, Christopher V. (2010). "Ballistic tongue projection in chameleons maintains high performance at low temperature" (PDF). Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (12): 5495–5499. Bibcode:2010PNAS..107.5495A. doi:10.1073/pnas.0910778107. PMC 2851764. PMID 20212130. Retrieved 2 February 2010. 연구
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  8. ^ 16mm 필름 카메라를 HD 디지털 카메라로 교체
  9. ^ 리뷰: 고속 카메라, 2011년 1월 4일
  10. ^ "Hyper Vision HPV-X2".
  11. ^ Brandaris 128: 디지털 2,500만 프레임/초 카메라, 128개의 고감도 프레임
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  23. ^ Bridges, Andrew (1 August 2005). "INDUSTRY VIEW: Military test ranges make the switch from film to digital imaging". Military & Aerospace Electronics magazine. Retrieved 1 August 2005.
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