Кіріспе
Жоғары жылдамдықты камера – секундына 250 кадрдан астам жылдамдықпен қозғалысты бейнелейтін, немесе секундына 250 кадрдан астам кадр жылдамдығына ие құрылғы. Ол жылдам қозғалатын объектілерді фотосуреттер түрінде сақтау ортасына жазу үшін қолданылады. Жазудан кейін, сақтау ортасындағы бейнелерді баяулатып қарауға болады. Алғашқы жоғары жылдамдықты камералар жылдам оқиғаларды жазу үшін фотопленка қолданған, бірақ қазіргі кезде олардың орнына бейне сенсоры (мысалы, зарядталған құрылғы (CCD) немесе MOS белсенді пикселді сенсоры (APS)) бар, секундына 1000 кадрдан астам бейне жаза алатын және уақытша құбылыстарды ғылыми тұрғыдан зерттеу үшін қозғалысты баяулатып зерттейтін толығымен электрондық құрылғылар пайда болды.
A high speed camera is a device capable of capturing moving images with exposures of less than second or frame rates in excess of 250 frames per second. It is used for recording fast moving objects as photographic images onto a storage medium. After recording, the images stored on the medium can be played back in slow motion. Early high speed cameras used photographic film to record the high speed events, but have been superseded by entirely electronic devices using an image sensor (e. g. a charge coupled device (CCD) or a MOS active pixel sensor (APS)), recording, typically, over 1 000 frames per second onto DRAM, to be played back slowly to study the motion for scientific study of transient phenomena.
Теледидарда қолдану
MythBusters шоуы жылдамдық немесе биіктікті өлшеу үшін жоғары жылдамдықты камераларды жиі қолданады. "Уақыт бұрмасы" бағдарламасы қалыпты көзбен көруге тым жылдам болатын нәрселерді баяулату үшін жоғары жылдамдықты камераларды пайдалануға негізделген. Жоғары жылдамдықты камералар көптеген маңызды спорттық іс-шараларды теледидарға түсіргенде, қалыпты баяу қозғалыс жеткіліксіз болған жағдайларда, мысалы, халықаралық крикет матчтарында, жылдамдықты азайту үшін жиі қолданылады.
Ғылымдағы қолданысы
Жоғары жылдамдықты камералар ғылымда әдеттегі фильм жылдамдықтары үшін тым жылдам болатын құбылыстарды сипаттау үшін жиі қолданылады. Биомеханикада мұндай камералар жануарлардың жоғары жылдамдықтағы қозғалыстарын – мысалы, бақалар мен жәндіктердің секіруін, балықтардың сору арқылы тамақтануын, мантис-шаяндардың соққыларын, сондай-ақ көгершіндердің тікұшақтар сияқты қозғалыстарын зерттеу үшін пайдаланылады. Бұл зерттеулерде бір немесе бірнеше камерадан алынған тізбектердің қозғалыс талдауы қолданылып, қозғалыс 2D немесе 3D түрінде сипатталады. Фильмдік технологиядан цифрлық технологияға көшу осы технологияларды қолданудағы қиындықтарды едәуір азайтты, әсіресе болжамсыз мінез-құлықты зерттеу кезінде, үздіксіз жазу және кейіннен іске қосу мүмкіндігі арқасында. Фильмдік жоғары жылдамдықты камералармен зерттеуші алдымен фильмді іске қосып, содан кейін жануарды фильм біткенге дейін белгілі бір мінез-құлықты көрсетуге тырысу керек еді, нәтижесінде жануар тым кеш әрекет еткенде немесе мүлдем әрекет етпегенде көптеген пайдасыз тізбектер түсірілетін. Ал қазіргі заманғы цифрлық жоғары жылдамдықты камералар зерттеуші мінез-құлықты анықтауға тырысқан кезде үздіксіз жазу режимінде жұмыс істей алады, содан кейін іске қосу түймесін басу арқылы жазу тоқтатылады және зерттеушіге іске қосуға дейін және кейін белгілі бір уақыт аралығын сақтауға мүмкіндік беріледі (бұл уақыт аралығы кадр жылдамдығы, кескін мөлшері және үздіксіз жазу кезіндегі жад сыйымдылығымен анықталады). Көптеген бағдарламалық құралдар жазылған кадрлардың ішінен қажетті бөлімін сақтауға мүмкіндік береді, осылайша файл мөлшерінің мәселесін қызығушылық тудырған тізбектен бұрын немесе кейін пайдасыз кадрларды жою арқылы азайтуға болады. Мұндай іске қосу бірнеше камералардағы жазуды синхрондау үшін де қолданылуы мүмкін. Сумен жанасқанда сілтілі металдардың жарылуы жоғары жылдамдықты камерамен зерттелді. Суда жарылатын натрий-калий қорытпасының кадрлық талдауы, молекулалық динамикалық модельдеумен біріктіріліп, бастапқы кеңеюдің бұрынғыдай сутегі газының жануының нәтижесі емес, Кулон жарылысынан туындауы мүмкін екенін көрсетті. Цифрлық жоғары жылдамдықты камера түсірілімдері, осы процесте пайда болатын радио толқындарды анықтайтын электр өрісін өлшеу құралдары мен сенсорлармен біріктірілгенде, найзағай құбылысын түсінуге зор үлес қосты.
The move from film to digital technology has greatly reduced the difficulty in use of these technologies with unpredictable behaviors, specifically via the use of continuous recording and post triggering. With film high speed cameras, an investigator must start the film then attempt to entice the animal to perform the behavior in the short time before the film runs out, resulting in many useless sequences where the animal behaves too late or not at all. In modern digital high speed cameras, the camera can simply record continuously as the investigator attempts to elicit the behavior, following which a trigger button will stop the recording and allow the investigator to save a given time interval before and after the trigger (determined by frame rate, image size and memory capacity during continuous recording). Most software allows saving a subset of recorded frames, minimizing file size issues by eliminating useless frames before or after the sequence of interest. Such triggering can also be used to synchronize recording across multiple cameras. The explosion of alkali metals on contact with water has been studied using a high speed camera. Frame by frame analysis of a sodium/potassium alloy exploding in water, combined with molecular dynamic simulations, suggested that the initial expansion may be the result of a Coulomb explosion and not combustion of hydrogen gas as previously thought. Digital high speed camera footage has strongly contributed to the understanding of lightning when combined with electric field measuring instrumentation and sensors which can map the propagation of lightning leaders through the detection of radio waves generated by this process.
Өнеркәсіптегі қолданысы
Реактивті техникалық қызмет көрсетуден болжамды техникалық қызмет көрсетуге ауысқанда, бұзылуларды толық түсіну өте маңызды. Негізгі талдау техникаларының бірі – жоғары жылдамдықты камераларды пайдалану, мысалы, өндіріс кезінде көзбен көруге тым жылдам болатын оқиғаларды сипаттау үшін. Ғылымда қолданылатындай, камера алдын ала немесе кейіннен іске қосу мүмкіндігі арқылы механик бұзылудың орын алуын күтіп тұрып, үздіксіз жазуды жүзеге асыра алады. Бұзылу орын алғаннан кейін іске қосу сигналы (ішкі немесе сыртқы) жазуды тоқтатады және зерттеушіге іске қосуға дейінгі белгілі бір уақыт аралығын сақтауға мүмкіндік береді (бұл үздіксіз жазу кезінде кадр жылдамдығы, кескін мөлшері және жад сыйымдылығымен анықталады). Кейбір бағдарламалық жасақтамалар файл мөлшерін азайту және қарау уақытын қысқарту үшін, пайдасыз кадрларды қызығушылық тудыратын тізбектен бұрын немесе кейін жою арқылы, жазылған кадрлардың тек бір бөлігін ғана көрсету арқылы мәселелерді нақты уақытта көруге мүмкіндік береді. Жоғары жылдамдықты бейнекамералар рентген сәулелік радиография сияқты басқа да өнеркәсіптік технологияларды толықтыру үшін қолданылады. Рентген сәулелерін көрінетін жарыққа түрлендіретін тиісті люминофор экранымен қолданғанда, жоғары жылдамдықты камералар механикалық құрылғылар мен биологиялық үлгілердегі оқиғалардың жоғары жылдамдықты рентген бейнелерін түсіруге қолданылуы мүмкін. Бейнелеу жылдамдығы негізінен люминофор экранының ыдырау жылдамдығымен және интенсивтілік күшеюімен шектеледі, бұл камераның экспозициясына тікелей байланысты. Импульстік рентген сәулелері кадр жылдамдығын шектейді және камера кадрларын түсірумен дұрыс синхронды болуы керек.
Соғыста қолдану
1950 жылы Абердин полигонындағы АҚШ армиясының физигі Мортон Султанов секундының миллионнан бір бөлігінде кадр түсіретін, ал кішкентай жарылыстың соққы толқынын тіркеуге жететін супер жоғары жылдамдықты камераны ойлап тапты. Жоғары жылдамдықты цифрлық камералар әуеден тасталған миналардың жағалауға жақын аймақтарда қалай ашылатынын, соның ішінде түрлі қару жүйелерін жасауды зерттеу үшін қолданылды. 2005 жылы 1500 кадр/с жылдамдықпен бейне жазатын 4 мегапиксельдік ажыратымдылығы бар жоғары жылдамдықты цифрлық камералар, сынақ полигондарындағы баллистикалық ұстауларды тіркеуге арналған бақылау тұғырларында қолданылатын 35 мм және 70 мм жоғары жылдамдықты кинокамераларды ығыстырды.