вступ
Частота кадрів, виміряна в кадрах за секунду (fps), визначає, скільки зображень камера знімає кожну секунду. Дві поширені частоти кадрів: 30 кадрів/с і 60 кадрів/с. Хоча обидва створюють плавне відео, вони мають різні характеристики, які впливають на чіткість руху, продуктивність за слабкого освітлення, вимоги до пропускної здатності та загальну взаємодію з користувачем. Розуміння різниці є важливим при виборі модуля камери для таких застосувань, як охорона, промисловий контроль, медична ендоскопія або робототехніка.
Основи: 30 кадрів/с проти. 60кадр/с
30 кадрів/с– Камера робить 30 різних зображень щосекунди. Це стандарт для телебачення, кіно та багатьох веб-камер. Він досить гладкий для сприйняття більшості людей і використовується десятиліттями.
60 кадрів в секунду– Камера робить 60 зображень за секунду. Це вдвічі перевищує швидкість передачі даних 30 кадрів/с. Він створює помітно плавніший рух, особливо для об’єктів, що швидко рухаються, або під час панорамування камери.
Різниця стає найбільш очевидною, коли ви дивитеся на ту саму сцену пліч-о-пліч. Відео зі швидкістю 60 кадрів/с виглядає більш плавним, тоді як відео зі швидкістю 30 кадрів/с може спостерігати невеликі ривки під час швидких рухів.
Чіткість руху
Основною перевагою 60 кадрів/с є чіткість руху. Коли об’єкт швидко рухається по кадру, більш висока частота кадрів захоплює більше проміжних позицій, зменшуючи сприйняття розмиття та заїкання.
30 кадрів/с– Прийнятно для повільного або помірного руху. Наприклад, людина, що йде, конвеєр, що рухається на невеликій швидкості, або нерухома камера спостереження.
60 кадрів/с– Необхідний для швидкого руху. Приклади включають гоночний безпілотник, роботизовану руку, яка збирає частини на високій швидкості, або спортивну камеру, що знімає тенісні подачі.
Для модуля камери 4k швидкість 60 кадрів/с забезпечує надплавне відео 4K, але ціною подвійної швидкості передачі даних порівняно з 30 кадрами/с.
Продуктивність за слабкого освітлення
Частота кадрів безпосередньо впливає на час експозиції. Щоб зберегти задану яскравість, камера повинна довше тримати затвор відкритим, коли частота кадрів нижча.
30 кадрів/с– Кожен кадр може бути експонований приблизно до 33 мілісекунд (1/30 секунди). Завдяки цьому до датчика потрапляє більше світла, що покращує роботу в умовах слабкого освітлення.
60 кадрів/с– Кожен кадр можна експонувати лише приблизно 16 мілісекунд (1/60 секунди). Це вдвічі зменшує здатність збору світла, тому зображення буде темнішим або шумнішим за тих самих умов освітлення.
Таким чином, для даного датчика та об’єктива модуль камери зі швидкістю 30 кадрів/с працюватиме краще в темряві, ніж та сама камера, що працює зі швидкістю 60 кадрів/с. Багато камер автоматично зменшують частоту кадрів за слабкого освітлення, щоб компенсувати це.
Пропускна здатність і зберігання
Вища частота кадрів генерує більше даних, що впливає на пропускну здатність передачі та вимоги до пам’яті.
30 кадрів/с– Для USB-модуля камери 1080p, що використовує стиснення MJPEG, швидкість передачі даних становить приблизно половину від 60 кадрів/с. Це простіше на інтерфейсах USB 2.0 і займає менше місця.
60 кадрів/с– Потрібна подвійна пропускна здатність. Модуль камери USB має використовувати USB 3.0 або високошвидкісний інтерфейс MIPI, щоб працювати зі швидкістю 60 кадрів/с у 1080p або 4K. Вимоги до пам’яті також подвоюються за тієї самої тривалості запису.
Для модульної камери Raspberry Pi зйомка 1080p зі швидкістю 60 кадрів/с можлива за допомогою Raspberry Pi 4 або 5, але навантаження на ЦП і швидкість запису на SD-карту можуть стати вузькими місцями.
Затримка та відповідь у реальному часі
Для інтерактивних додатків, таких як пілотування безпілотників або роботизоване дистанційне керування, менша затримка має вирішальне значення. Частота кадрів сприяє наскрізній затримці.
30 кадрів/с– Теоретична мінімальна затримка становить приблизно 33 мс (час для зйомки повного кадру), плюс затримки обробки та передачі.
60 кадрів в секунду– Теоретична мінімальна затримка становить приблизно 16 мс – вдвічі менше, ніж при 30 кадрах/с. Це забезпечує більш чуйне відчуття.
Однак на фактичну затримку також впливає інтерфейс камери (USB додає більше затримки, ніж MIPI) і частота оновлення дисплея.
Сумісність і процесорна потужність
Не всі пристрої можуть обробляти відео зі швидкістю 60 кадрів/с.
30 кадрів/с– Підтримується майже всіма комп’ютерами, смартфонами та вбудованими платами. Стандартний usb-модуль камери з UVC працює зі швидкістю 30 кадрів в секунду через USB 2.0.
60 кадрів/с– Вимагає більше потужності CPU/GPU для декодування та обробки. Недорогий одноплатний комп’ютер може мати проблеми з відображенням 1080p зі швидкістю 60 кадрів/с. Для модуля камери 4k зі швидкістю 60 кадрів/с вам потрібен процесор високого класу та швидкий інтерфейс (USB 3.0 або MIPI).
Модульна камера raspberry pi, наприклад, може обробляти 1080p@60fps за допомогою інтерфейсу MIPI CSI, але може пропускати кадри, якщо ви також використовуєте важкі алгоритми зору.
Який вибрати?
| застосування | Рекомендована частота кадрів | Причина |
|---|---|---|
| Охоронне спостереження (в приміщенні) | 30 кадрів/с | Достатній для більшості рухів; краща продуктивність за слабкого освітлення |
| Промисловий контроль (швидкий конвеєр) | 60 кадрів в секунду | Робить чіткі зображення рухомих частин |
| Медична ендоскопія (серце, голосові зв'язки) | 60 кадрів в секунду | Зменшує розмитість руху для швидкого руху тканини |
| Гонки на дронах / FPV | 60 кадрів в секунду або вище | Низька затримка та плавне відео для пілотування |
| Веб-конференції | 30 кадрів/с | Адекватний; зберігає пропускну здатність |
| Створення відео 4K | 60 кадрів/с | Необхідний для уповільненого редагування та плавного відео високої роздільної здатності |
| Проект бачення Raspberry Pi | 30 кадрів/с | Менше навантаження на ЦП; легше обробляти |
Практичні приклади
Модуль камери USB для настільної веб-камери– 30 кадрів в секунду більш ніж достатньо. Ви не помітите різниці, а ваш процесор залишається холодним.
Модуль камери 4k для автономного робота– Якщо робот рухається швидко, швидкість 60 кадрів/с допомагає виявити перешкоди. Але вам потрібен потужний процесор і USB 3.0.
Модуль камери raspberry pi для рослинного монітора– 30 кадрів в секунду цілком нормально; 60 кадрів в секунду витрачали б обчислювальну потужність.
Чи можете ви перемикатися між 30 і 60 кадрами в секунду?
Багато модулів камери дозволяють змінювати частоту кадрів за допомогою програмного забезпечення. Наприклад, UVC-сумісний USB-модуль камери можна встановити на 60 кадрів/с при 720p або 30 кадрів/с при 1080p. Деякі камери автоматично зменшують частоту кадрів за слабкого освітлення. Перевірте драйвер або бібліотеку камери (наприклад, libcamera на Raspberry Pi, OpenCV на ПК).
Висновок
Різниця між камерами зі швидкістю 30 і 60 кадрів/с зводиться до чіткості руху, продуктивності за слабкого освітлення, пропускної здатності, затримки та вимог до обробки. 60кадр/с забезпечує плавніший рух і нижчу затримку, але за рахунок зниженої чутливості за слабкого освітлення, вищих потреб у пам’яті та більшої потужності обробки. 30кад/с залишається надійним і ефективним вибором для більшості програм. Вибираючи модуль камери – USB-модуль камери, модуль камери 4k або модульну камеру raspberry pi – враховуйте швидкість об’єкта зйомки, умови освітлення та можливості системи. Часто достатньо 30 кадрів в секунду; коли вам потрібно зняти швидку дію, 60 кадрів/с варті компромісів.
Якщо вам потрібен спеціальний модуль камери з бажаною частотою кадрів, зверніться до Sincere. Ми розробляємо та виготовляємо модулі камер відповідно до ваших умов.
