zavedení
Snímková frekvence, měřená ve snímcích za sekundu (fps), určuje, kolik snímků kamera zachytí každou sekundu. Dvě běžné snímkové frekvence jsou 30 snímků za sekundu a 60 snímků za sekundu. Zatímco oba produkují plynulé video, mají odlišné vlastnosti, které ovlivňují čistotu pohybu, výkon při slabém osvětlení, požadavky na šířku pásma a celkovou uživatelskou zkušenost. Pochopení rozdílu je zásadní při výběru kamerového modulu pro aplikace, jako je bezpečnost, průmyslová inspekce, lékařská endoskopie nebo robotika.
Základy: 30 sn./s vs.. 60sn./s
30 snímků za sekundu– Kamera zachytí každou sekundu 30 různých snímků. Toto je standard pro televizi, film a mnoho webových kamer. Je dostatečně hladký pro většinu lidského vnímání a používá se po desetiletí.
60 snímků za sekundu– Fotoaparát zachytí 60 snímků za sekundu. To je dvojnásobek datové rychlosti 30 snímků za sekundu. Vytváří znatelně plynulejší pohyb, zejména u rychle se pohybujících objektů nebo při panorámování fotoaparátu.
Rozdíl se nejvíce projeví, když se na stejnou scénu díváte vedle sebe. Video s rychlostí 60 snímků za sekundu vypadá plynuleji, zatímco video s rychlostí 30 snímků za sekundu může při rychlých pohybech vykazovat mírné trhání.
Čistota pohybu
Primární výhodou 60fps je čistota pohybu. Když se objekt rychle pohybuje po snímku, vyšší snímková frekvence zachytí více mezipoloh, čímž se omezí vnímané rozmazání pohybu a zadrhávání.
30 snímků za sekundu– Přijatelné pro pomalý nebo střední pohyb. Například chodící osoba, dopravní pás pohybující se nízkou rychlostí nebo stacionární bezpečnostní kamera.
60 snímků za sekundu– Nezbytné pro rychlý pohyb. Příkladem může být závodní dron, robotické rameno sbírající součástky vysokou rychlostí nebo sportovní kamera snímající tenisové podání.
U modulu 4k kamery poskytuje 60 snímků za sekundu ultra plynulé 4K video, ale za cenu dvojnásobné rychlosti přenosu dat ve srovnání s rychlostí 30 snímků za sekundu.
Výkon při slabém osvětlení
Snímací frekvence přímo ovlivňuje dobu expozice. Aby se zachoval daný jas, musí fotoaparát nechat závěrku otevřenou déle, když je snímková frekvence nižší.
30 snímků za sekundu– Každý snímek lze exponovat po dobu až 33 milisekund (1/30 sekundy). To umožňuje, aby se k senzoru dostalo více světla, což zlepšuje výkon při slabém osvětlení.
60 snímků za sekundu– Každý snímek lze exponovat pouze po dobu přibližně 16 milisekund (1/60 sekundy). Tím se sníží schopnost shromažďování světla na polovinu, takže za stejných světelných podmínek bude obraz tmavší nebo hlučnější.
Proto pro daný snímač a objektiv bude modul fotoaparátu s rychlostí 30 snímků za sekundu fungovat lépe v tmavém prostředí než stejný fotoaparát s frekvencí 60 snímků za sekundu. Mnoho fotoaparátů automaticky snižuje snímkovou frekvenci při slabém osvětlení, aby to kompenzovalo.
Šířka pásma a úložiště
Vyšší snímková frekvence generuje více dat, což má dopad na šířku přenosového pásma a požadavky na úložiště.
30 snímků za sekundu– U 1080p usb modulu fotoaparátu využívajícího kompresi MJPEG je datová rychlost zhruba poloviční oproti 60fps. To je snazší na rozhraní USB 2.0 a spotřebovává méně úložného prostoru.
60 snímků za sekundu– Vyžaduje dvojnásobnou šířku pásma. Modul USB Camera Module musí používat USB 3.0 nebo vysokorychlostní rozhraní MIPI, aby zvládl 60 snímků za sekundu při 1080p nebo 4K. Požadavky na úložiště se také zdvojnásobí při stejné délce záznamu.
Pro modulovou kameru raspberry pi je u Raspberry Pi 4 nebo 5 možné zachytit 1080p při 60 snímcích za sekundu, ale zatížení procesoru a rychlost zápisu na SD kartu mohou být překážkou.
Latence a odezva v reálném čase
Pro interaktivní aplikace – jako je pilotování dronů nebo robotická teleoperace – je kritická nižší latence. Snímková frekvence přispívá k end-to-end latenci.
30 snímků za sekundu– Teoretická minimální latence je asi 33 ms (doba pro zachycení celého snímku) plus zpoždění při zpracování a přenosu.
60 snímků za sekundu– Teoretická minimální latence je asi 16 ms – polovina oproti 30 fps. To poskytuje citlivější pocit.
Skutečnou latenci však ovlivňuje i rozhraní fotoaparátu (USB přidává větší latenci než MIPI) a obnovovací frekvence displeje.
Kompatibilita a výpočetní výkon
Ne všechna zařízení zvládnou 60fps video.
30 snímků za sekundu– Podporováno téměř všemi počítači, chytrými telefony a vestavěnými deskami. Standardní usb modul fotoaparátu s UVC pracuje rychlostí 30 snímků za sekundu přes USB 2.0.
60 snímků za sekundu– Vyžaduje více výkonu CPU/GPU pro dekódování a zpracování. Nízkonákladový jednodeskový počítač může mít potíže se zobrazením 1080p při 60 snímcích za sekundu. Pro modul 4k kamery při 60 snímcích za sekundu potřebujete špičkový procesor a rychlé rozhraní (USB 3.0 nebo MIPI).
Například modulová kamera raspberry pi zvládá 1080p@60fps pomocí rozhraní MIPI CSI, ale může zahazovat snímky, pokud také používáte algoritmy těžkého vidění.
Kterou byste si měli vybrat?
| Aplikace | Doporučená snímková frekvence | Důvod |
|---|---|---|
| Bezpečnostní dohled (uvnitř) | 30 snímků za sekundu | Dostatečný pro většinu pohybu; lepší výkon při slabém osvětlení |
| Průmyslová kontrola (rychlý dopravník) | 60 snímků za sekundu | Zachycuje ostré snímky pohybujících se částí |
| Lékařská endoskopie (srdce, hlasivky) | 60 snímků za sekundu | Snižuje rozmazání pohybu pro rychlý pohyb tkání |
| Závody dronů / FPV | 60 snímků za sekundu nebo vyšší | Nízká latence a plynulé video pro pilotování |
| Webové konference | 30 snímků za sekundu | Adekvátní; šetří šířku pásma |
| Produkce 4K videa | 60 snímků za sekundu | Potřebné pro zpomalené střihy a plynulé video ve vysokém rozlišení |
| Projekt vize Raspberry Pi | 30 snímků za sekundu | Menší zatížení CPU; jednodušší na zpracování |
Praktické příklady
USB kamerový modul pro stolní webovou kameru– 30 snímků za sekundu je více než dost. Rozdíl si nevšimnete a váš procesor zůstane chladný.
4k kamerový modul pro autonomního robota– Pokud se robot pohybuje rychle, 60 snímků za sekundu pomáhá s detekcí překážek. Potřebujete ale výkonný procesor a USB 3.0.
Modulová kamera raspberry pi pro rostlinný monitor– 30 snímků za sekundu je naprosto v pořádku; 60 snímků za sekundu by plýtvalo výkonem zpracování.
Můžete přepínat mezi 30fps a 60fps?
Mnoho kamerových modulů umožňuje měnit snímkovou frekvenci pomocí softwaru. Například modul USB kamery kompatibilní s UVC lze nastavit na 60 snímků za sekundu při 720p nebo 30 snímků za sekundu při 1080p. Některé fotoaparáty automaticky snižují snímkovou frekvenci při slabém osvětlení. Zkontrolujte ovladač nebo knihovnu vaší kamery (např. libcamera na Raspberry Pi, OpenCV na PC).
Závěr
Rozdíl mezi kamerami 30fps a 60fps spočívá v čistotě pohybu, výkonu při slabém osvětlení, šířce pásma, latenci a požadavcích na zpracování. 60snímky za sekundu nabízejí plynulejší pohyb a nižší latenci, ale za cenu snížené citlivosti při slabém osvětlení, vyšších nároků na úložiště a vyššího výpočetního výkonu. 30fps zůstává spolehlivou a efektivní volbou pro většinu aplikací. Při výběru modulu kamery – ať už jde o modul usb kamery, modul 4k kamery nebo modul kamery raspberry pi – zvažte rychlost objektu, světelné podmínky a možnosti systému. Často stačí 30 snímků za sekundu; když potřebujete zachytit rychlou akci, 60 snímků za sekundu stojí za kompromisy.
Pokud potřebujete vlastní modul fotoaparátu s preferovanou snímkovou frekvencí, kontaktujte společnost Sincere. Navrhneme a vyrobíme kamerové moduly na míru vaší aplikaci.
