中创百科 | 高速摄像的发展历程

    高速摄像技术的发展可由摄像速度（帧频）及其综合特性来描述。

    19世纪60年代初期，随着磁记录技术的发展，产生了第一代运动分析系统。但它的商业化是在70年代，由于当时技术水平的局限，系统满画幅只能达到120幅/s的摄像速度。

    第二代运动分析系统于1979年由日本NAC公司推出，其摄像速度为200幅/s。这在技术上是一个很大的进步，因为HSV—200型高速摄像系统可记录彩色图像，并且能记录很长的时间。

NAC初代高速摄像机

    1980年Kodak公司推出了第三代运动分析系统———SP2000系统。这种革命性的设备，以2000幅/s或12000幅/s（分区）的速度把黑白图像 记 录 在 宽12.7mm 的 高 密 度 磁 带 上。虽 然 其 摄 像速度很多年都保持**高，但磁带上的图像处理起来却比较麻烦。  

    1986年运动分析系统获得了重大的技术进步，主要标志产品为 KodaK Ektapro 1000运动分析系统，其摄 像 速 度 为1000幅/s 和6000幅/s。虽 然 其 速 度 比 SP2000低，但 有 较 多 的 优 势：低 成本，高性能的磁带传输系统，双摄像机操作，GPIB控制接口，磁带宽12.7ｍｍ，当记录16通道的图像信息时，传输速度为7.62m/s。允许两台摄像机的图像在同一屏幕上分开显示，并可设定不同的摄像频率。二者的图像隔行插入，可使500幅/s摄像机提供1000幅/s的速度。磁记录技术在第三代运动分析系统中得到了应用，但在基于磁带的运动分析系统中，这种技术存在着固有的记录限制。这种运动分析系统不仅记录时间有限，而且在磁带回放过程中，无法准确定位记录的位置。因为这些记录设备是机电式的，从启动到实际记录图像，以及停机时都有一个时间延迟，在应用中局限性很大。

    第四代高速摄像系统是一种全新的图像记录系统，它以固体存储器作为存储介质。1990年，Kodak生产的 Ektapro EM高速摄像系统，把数 字 图 像 存 储 在 动 态 随 机 存 储 器（DRAM）中，这 与以往通过记录长时间图像数据 来捕获事件的传统方式不同。DRAM 技术表明在大部分的应用中，不 需 要 太 长 的 记 录 时 间。DRAM 技术采用独特图像获取方法进行图像处理，提高了图像质量，并可连续不断地对图像实时记录。经过２０年的发展，DRAM已提高了其存储密度，降低了每幅图像存储的成本。第五代高速摄像系统在分辨率、帧频、彩色／黑白图像质量方面都得 到 提 高。

    第 五 代 高 速 摄 像 系 统 有 三 种 代 表 产 品：Kodak Ektapro HS4540、Kodak Ektapro Hi-Spec、Kodak Ektapro 1000HRC。HS4540记录的速度为（4500～40500）幅/s。Hi-Spec是一种抗冲击 的 运 动 分 析 系 统，在 恶 劣 环 境 下 记 录 速 度 为 1000幅/s。摄像头可承受高达40g的冲击。HRC 在分辨率为（512×384）像元时，可以1000幅/s的速度记录彩色和黑白图像，这个系统的分辨率是以往高速摄像的４倍。

    第六代高速摄像系统功能齐全，并为用户提供了更好的机动性和稳定性。其中 Kodak Ektapro RO、NAC Memrecam Ci、NAC Memrecam CCS、Redlake Motionscope 500、Kodak Ektapro MotionCorder都是典型 的 第 六 代 分 析 系 统。Kodak Ektapro RO图像传感器是一个性能卓越、功能齐全的摄像系统，专门为在特殊的应用环境下代替胶片摄影机而设计，其体积小，重量轻；接受移动PCMCIA 硬盘或闪存，来从 DRAM存储器中获得图像；记录的图像一直保留，直至下载到计算机中。以前的高速摄像系统一直都和图像处理器相连，而 RO（只记录）摄像机不需要处理器，或者无需和它连接。但 任 何 计 算 机 都 需 要 适 当 的 软 件，把 数 据 转 换 为tiff图像格式，再进行数据处理。

    日本NAC的Memrecam高速摄像系统提供了相似的卓越性能，该系 统 可以用500幅/s的速度，在（580×434）像元的分辨率下记录彩色图像。通过降低分辨率，其速度可达2000幅/s。Memrecam Ci自身有一个控制面板，操作简单方便，NASC/PAL 图像可在标准的监视器上显示。

NAC Memrecam HX系列高速摄像机

    Redlake Motionscope 500是一个功能齐全的黑白高速摄像，它自带一个监视器，可以250幅/s和500幅/s的速度（降低分辨率）记录，从它的后面板上可进行简单的控制。系统有一个可移动的摄像头，特别适合产品制造过程的检测。摄像头的体积可放入有限的小空间中，而且其电缆线可以断开独自进行工作。

    Kodak Ektapro MotionCorder为便携式的摄像系统，其摄像头体积很小，灵敏度高，ISO或EI约为1600。该系统为黑白摄像机，分辨率为（640×240）像元，可提供高质量的图像，系统的摄像频率为（240～600）幅／秒。系统有不同的图像格式可供选择，相应的记录时间从几秒到40ｓ。

    第六代高速摄像机的主要优点在于其体积、价格、便携、抗冲击及易操作等优势。RO型设计是为了获取图像，并 且 也 可 进行重放，但回放速度有限。图像也考虑到了在计算机上进行回放，因为大部分公司已经有了计算机，而且大部分使用专用分析软件，其他费用主要是摄像机。这些卓越的图像捕获系统，有望代表未来运动分析系统 的 发 展 方 向，将 被 研 制 和 销 售，就像个人电脑一样，顾客将不同厂家的硬件和软件组装配置其设备，供用户专用。

    目前高 速 摄 像 系 统 主 要 优 点 在 于 图 像 的 传 感 器 主 流 为CMOS传感器，分辨 率 高（高 于1025×1024像 元），相 机 可 独 立工作，事后通过网线或通用接口把图像下载至计算机；并可组成网络摄像系统；系统操作方便，功能齐全，没有光晕现象，拍摄图像清晰，抗干扰能力强，功耗低。

NAC高速摄像系统集机械/光学设计、加工，制造和软件开发于一体的横滨技术中心

注：本文参考《高速摄像及其应用技术》/张三喜 姚敏 孙卫平编著，国防工业出版社。