въведение
Скоростта на кадрите, измерена в кадри в секунда (fps), определя колко изображения заснема камерата всяка секунда. Две общи честоти на кадрите са 30fps и 60fps. Въпреки че и двете създават гладко видео, те имат различни характеристики, които влияят върху яснотата на движението, производителността при слаба светлина, изискванията за честотна лента и цялостното потребителско изживяване. Разбирането на разликата е от съществено значение при избора на модул на камера за приложения като сигурност, индустриална инспекция, медицинска ендоскопия или роботика.
Основите: 30fps срещу. 60fps
30 кадъра в секунда– Камерата заснема 30 различни изображения всяка секунда. Това е стандартът за телевизия, филми и много уеб камери. Той е достатъчно гладък за повечето човешки възприятия и се използва от десетилетия.
60 кадъра в секунда– Камерата заснема 60 изображения в секунда. Това е два пъти скоростта на данни от 30 кадъра в секунда. Той произвежда забележимо по-гладко движение, особено за бързо движещи се обекти или при панорамиране на камерата.
Разликата става най-очевидна, когато гледате една и съща сцена една до друга. Видео с 60 кадъра в секунда изглежда по-плавно, докато видео с 30 кадъра в секунда може да показва леко трептене по време на бързи движения.
Яснота на движението
Основното предимство на 60fps е яснотата на движението. Когато обект се движи бързо през кадъра, по-високата кадрова честота улавя повече междинни позиции, намалявайки възприеманото замъгляване на движението и заекването.
30 кадъра в секунда– Приемливо за бавно или умерено движение. Например ходещ човек, движеща се с ниска скорост транспортна лента или неподвижна охранителна камера.
60 кадъра в секунда– От съществено значение за бързо движение. Примерите включват състезателен дрон, роботизирана ръка, събираща части с висока скорост, или спортна камера, заснемаща тенис сервис.
За модул на 4k камера 60 кадъра в секунда осигурява ултра-гладко 4K видео, но на цената на удвояване на скоростта на предаване на данни в сравнение с 30 кадъра в секунда.
Производителност при слаба светлина
Скоростта на кадрите пряко влияе върху времето на експозиция. За да поддържа дадена яркост, камерата трябва да държи затвора отворен по-дълго, когато кадровата честота е по-ниска.
30 кадъра в секунда– Всеки кадър може да бъде експониран за около 33 милисекунди (1/30 секунда). Това позволява повече светлина да достигне до сензора, подобрявайки работата при слаба светлина.
60 кадъра в секунда– Всеки кадър може да бъде експониран само за около 16 милисекунди (1/60 секунда). Това намалява наполовина способността за събиране на светлина, така че изображението ще бъде по-тъмно или по-шумно при същите условия на осветеност.
Следователно, за даден сензор и обектив, модул на камера с 30 кадъра в секунда ще работи по-добре в тъмна среда, отколкото същата камера, работеща при 60 кадъра в секунда. Много камери автоматично намаляват скоростта на кадрите при слаба светлина, за да компенсират.
Широчина на честотната лента и съхранение
По-високата честота на кадрите генерира повече данни, което оказва влияние върху честотната лента на предаване и изискванията за съхранение.
30 кадъра в секунда– За 1080p USB модул на камера, използващ MJPEG компресия, скоростта на данни е приблизително наполовина от 60 кадъра в секунда. Това е по-лесно за USB 2.0 интерфейси и консумира по-малко място за съхранение.
60 кадъра в секунда– Изисква двойна честотна лента. USB модулът на камерата трябва да използва USB 3.0 или високоскоростен MIPI интерфейс, за да обработва 60 кадъра в секунда при 1080p или 4K. Изискванията за съхранение също се удвояват за същата продължителност на записа.
За модулна камера raspberry pi, заснемането на 1080p при 60 кадъра в секунда е възможно с Raspberry Pi 4 или 5, но натоварването на процесора и скоростта на запис на SD картата може да се превърнат в тесни места.
Латентност и реакция в реално време
За интерактивни приложения – като пилотиране на дрон или роботизирана дистанционна работа – по-ниската латентност е критична. Скоростта на кадрите допринася за латентността от край до край.
30 кадъра в секунда– Теоретичната минимална латентност е около 33 ms (време за заснемане на цял кадър), плюс закъснения при обработка и предаване.
60 кадъра в секунда– Теоретичната минимална латентност е около 16 ms – половината от 30 кадъра в секунда. Това дава по-отзивчиво усещане.
Действителната латентност обаче също се влияе от интерфейса на камерата (USB добавя повече латентност от MIPI) и честотата на опресняване на дисплея.
Съвместимост и мощност на обработка
Не всички устройства могат да обработват видео с 60 кадъра в секунда.
30 кадъра в секунда– Поддържа се от почти всички компютри, смартфони и вградени платки. Стандартен usb модул на камера с UVC работи при 30 кадъра в секунда през USB 2.0.
60 кадъра в секунда– Изисква повече CPU/GPU мощност за декодиране и обработка. Един евтин едноплатков компютър може да се затрудни да покаже 1080p при 60 кадъра в секунда. За модул на 4k камера при 60 кадъра в секунда се нуждаете от процесор от висок клас и бърз интерфейс (USB 3.0 или MIPI).
Модулната камера raspberry pi, например, може да обработва 1080p@60fps, използвайки интерфейса MIPI CSI, но може да изпусне кадри, ако използвате и тежки алгоритми за визуализация.
Кое да изберете?
| Приложение | Препоръчителна честота на кадрите | Причина |
|---|---|---|
| Охранително наблюдение (вътрешно) | 30 кадъра в секунда | Достатъчно за повечето движения; по-добро представяне при слаба светлина |
| Индустриална инспекция (бърз конвейер) | 60 кадъра в секунда | Улавя резки изображения на движещи се части |
| Медицинска ендоскопия (сърце, гласни струни) | 60 кадъра в секунда | Намалява замъгляването на движението за бързо движение на тъканите |
| Състезания с дрон / FPV | 60fps или повече | Ниска латентност и гладко видео за пилотиране |
| Уеб конференции | 30 кадъра в секунда | адекватен; спестява честотна лента |
| 4K видео продукция | 60 кадъра в секунда | Необходим за редактиране на забавен каданс и плавно видео с висока разделителна способност |
| Визия на Raspberry Pi | 30 кадъра в секунда | По-малко натоварване на процесора; по-лесен за обработка |
Практически примери
USB камера модул за настолна уеб камера– 30fps е повече от достатъчно. Няма да забележите разликата, а вашият процесор остава хладен.
4k камера модул за автономен робот– Ако роботът се движи бързо, 60 кадъра в секунда помагат при откриване на препятствия. Но имате нужда от мощен процесор и USB 3.0.
Модулна камера raspberry pi за растителен монитор– 30fps е напълно добре; 60 кадъра в секунда биха загубили мощност за обработка.
Можете ли да превключвате между 30fps и 60fps?
Много модули на камера ви позволяват да променяте скоростта на кадрите чрез софтуер. Например UVC-съвместим USB модул на камера може да бъде настроен на 60 кадъра в секунда при 720p или 30 кадъра в секунда при 1080p. Някои камери автоматично намаляват честотата на кадрите при слаба светлина. Проверете драйвера или библиотеката на вашата камера (напр. libcamera на Raspberry Pi, OpenCV на компютър).
Заключение
Разликата между камерите с 30 и 60 кадъра в секунда се свежда до яснота на движението, производителност при слаба светлина, честотна лента, латентност и изисквания за обработка. 60fps предлага по-плавно движение и по-ниска латентност, но с цената на намалена чувствителност при слаба светлина, по-високи нужди от съхранение и по-голяма мощност на обработка. 30fps остава надежден и ефективен избор за повечето приложения. Когато избирате модул на камера – независимо дали USB модул на камера, 4k модул на камера или модулна камера raspberry pi – вземете под внимание скоростта на вашия обект, условията на осветление и възможностите на системата. Често 30 кадъра в секунда са достатъчни; когато трябва да заснемете бързо действие, 60 кадъра в секунда си заслужават компромисите.
Ако имате нужда от персонализиран модул на камерата с предпочитаната от вас скорост на кадрите, свържете се с Sincere. Ние проектираме и произвеждаме модули за камери, съобразени с вашето приложение.
