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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hochgeschwindigkeitskamera basteln


Autor: Gudrun (Gast)
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So,

also Leute, was haltet ihr davon.. eine HGK (frei nach Joachim
Bublath...) zu basteln. Die Elektronik einer solchen Kamera ist doch
durchaus machbar.. klar ein AVR kackt da ab, aber es gibt ja noch
Alternativen.

Kennt jemand Chips, ob CCD oder CMOS ist ja mal egal; in Farbe oder SW
(auch Egal), die echte, sagen wir mal, 200 Bilder vieleicht mehr
machen!?
Dazu sollte der Chip einigermaßen verfügbar sein. Dass es ihn beim
großen C nicht gibt, kann man ja mittlerweile akzeptieren...

Das wäre doch mal ein Projekt... habe was in der Glotze gesehen, von
einem Russen, der eine Kamera gebastelt hat. Die macht 1 mio. bilder
die Sekunde... klar, das ist utopisch sowie gesponnen, aber eine Kamera
mit 200-1k bilder müsste doch irgendwie gehen.....

jemand Interese!?

Autor: Ratber (Gast)
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Also 1000 Bilder sind schon mit jeder halbwegs modernen Videocam
möglich.

Die kommen mit Belichtungszeiten von 1/5000-10000 daher.
Der CCD ist also nicht das Problem.

Dein Problem wird sein die Daten auch schnell genug
"abzutransportieren" und da hilft nur noch ein sehr schnelles
Interface.

Das wird die Aufgabe sein die du zu lösen hast.

Autor: JojoS (Gast)
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es gibt professionelle Kameras von z.B. Basler, Jai, Adimec, Sony, und
und und (siehe z.B. www.stemmer-imaging.de). Kosten nur mehrere kilo
Euro. In CMos Technik gibt es super schnelle, aber zusammen mit einer
CameraLink Framegrabberkarte kostet das eine Kleinigkeit. Kommt eben
drauf an was du damit machen willst, aber ein paar Hundert Bilder/s
sind da möglich, z.T. mit eigenem schnellem Speicher auf der
Framegrabberkarte.

Autor: ERDI - Soft (Gast)
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Na ja, wenn du dir den Sensor leisten kannst...

Bei meiner letzten Firma haben wir so ne Kamera entwickelt. Der Sensor
allein kostet um die 3000 Euro für die b/w-Version und nochmal ein
wenig mehr für die Farbversion.
Und der schafft gerade mal 500 Bilder pro Sekunde bei voller Auflösung
(immerhin 1280 x 1024).
Um sich eine Framegrabberkarte zu sparen, wurde ein DDR-RAM mit
eingebaut. (wenn ich noch recht informiert bin, derzeit bis 8GByte, 16
geplant)

Autor: Rufus T. Firefly (Gast)
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Doch, der CCD ist auch ein Problem. Zwar bieten die Teile kurze
Belichtungszeiten, aber die Schnittstelle der Chips zur
Auswertelektronik ist ein geschwindigkeitsbegrenzendes Nadelöhr.

Ein extremes Beispiel ist der in modernen DSLRs verbaute CCD ICX413AQ
von Sony. Der kann zwar, wenn denn genügend Licht vorhanden ist, in
einer 1/10000 Sekunde belichtet werden, kann aber nicht häufiger als
dreimal pro Sekunde ausgelesen werden, weil einfach das Interface des
Chips nicht schneller ist (das liefert auch so bereits 30 MByte/sec).

Nun ist das kein Video-CCD, sondern ein Bildsensor für digitale
Photoapparate, aber entsprechendes trifft -leider- auch für die CCDs
von Videokameras und ähnlichem zu.

Allerdings gibt es CMOS-Bildsensoren, die deutlich schneller sind, hier
mal zwei Beispiele:
http://www.framos.de/produkte/cmossensoren/sensors...
(200 fps bei VGA-Auflösung)
http://www.framos.de/produkte/cmossensoren/sensors...
(500 fps bei SXGA-Auflösung)

Letzterer erzeugt einen Datenstrom von nur 660 MByte/sec, den man
irgendwie verarbeiten müsste ...
ersterer liegt bei "nur" einem Zehntel davon.

Ob man als "Normalsterblicher" an diese Sensoren herankommt?

Davon abgesehen ist das ein durchaus interessantes Projekt.

Autor: Ratber (Gast)
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>Doch, der CCD ist auch ein Problem. Zwar bieten die Teile kurze
>Belichtungszeiten, aber die Schnittstelle der Chips zur
>Auswertelektronik ist ein geschwindigkeitsbegrenzendes Nadelöhr.

Ja,genau das hab ich ja gesagt.


Zitat von mir:

>Dein Problem wird sein die Daten auch schnell genug
>"abzutransportieren" und da hilft nur noch ein sehr schnelles
>Interface.

Gelle ? '-)

Eine Adäquate Methode ist den Chip in Segmente aufzuteilen und jedem
ein eigenes Interface anzuhängen.
Durch die Parallelisierung und verkleinerung der einzelnen Segmente
steigt dann auch die Geschwindigkeit.

Der Datenabtransport ist dann die nächste Hürde.
Da wird man mit der Auflösung schon etwas entgegenkommen müssen denn
für eine "Onlinekompression ist wenig zeit also muß erstmal alles Roh
gespeichert werden.

Man kann sich ja mal ausrechnen was 1000 Bilder/s mit 800x600 für einen
Datenstrom ergibt.

Da muß man schon mindestens mit einem Raid und SCSI 320 anfangen.

Autor: Ratber (Gast)
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Öh,ja.

Das mit dem Datenvolumen hab ich bei dir überlesen.
Damit hat sich der letzte Teil meines Posts schon erledigt.

Naja,jedenfalls wirds nicht billig.


Eine Alternative wären gebrauchte Speedcams bis ca. 500 Bilder/s.

die kann man manchmal recht günstig bekkommen da die Institute
regelmäßig aufrüsten.

Autor: Rufus T. Firefly (Gast)
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@Ratber: Da haben wir wohl etwas aneinander vorbei gedacht/geschrieben.


Ich meinte unmittelbar das Interface der nackten CCD-Sensoren - bereits
das Auslesen des Sensors ist zu langsam.
Man kann also nicht einfach 'ne vorhandene Videokamera umbauen, darauf
wollte ich hinaus.

Wasauchimmer, der Sensor alleine ist ja offensichtlich auch nicht das
alleinige Problem.

Autor: Ratber (Gast)
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Ja,das habe ich schon verstanden.

Natürlich geht es nur wenn man direkten Zugriff auf die Zellen hat.

Also einen "Nackten" CCD

Inwieweit die noch so verbaut werden weiß ich allerdings auch nicht.
Die letzte Videocam die ich geschlachtet habe ist schon ne weile her.

Gut,wenn es Heute nicht mehr geht dann muß man auf Teure CCD'S
zurückgreifen.

Autor: Andrea (Gast)
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Hallo,

also der Thread ist wohl schon etwas älter, aber das Thema juckt mich 
auch sehr.

Das man mit handelsüblichen Kameras, wie Ratber sagt, 1000 Bilder 
bekommt...naja, mein Scanner kann laut Karton aub 38000dpi 
(interpoliert)...


Ich denke, dass man bei solch einem Projekt die Auflösung gewaltig 
runterdrehen muss.
OK, ich gebe zu 640x480 isch winzig, auf meinem CRT vielleicht 11x9cm...
Aber für so ein Projekt - schätze ich jetzt einfach mal, ohne 
nachzurachnen - 320x240x4 (also 16 graust.) wäre wohl schon sehr gut.
256 grau wären anzustreben, aber dann, würde man mit der Auflösung glaub 
auch schon echt was sehen...

Ich hatte mal das Glück, mich zwei Tage lang mit einer Kamera zu 
begnügen, die 10000 Bilder die Sekunde macht, aber bloss etwa 0.5s lang. 
Man musste sich schon genau überlegen, wie man da triggert. Aber die 
Aufnahmen waren legendär!

Ich persönlic seh das Problem nichtmal darin, die Daten unterzubekommen 
: (320x240x8bppx1000fps =73 MegaByte/s) das sollte machbar sein.
Ich denke, das Problem liegt an der Optik! Ich habe zwar weder von Optik 
noch von Spiegelreflex-Fotographie ahnung und werds auch nie haben, aber 
bei solchen Belichtungszeiten braucht man doch ein Objektiv mit 60 oder 
mehr...was die Kamera damals auch hatte, eher 70 oder 80.

Selbst wenn man ein Objektic häte, bliebe immer noch die wichtigste 
Frage: der Sensor!

Wo geht der Sensor her? Atmel? hat 20Megapixel, aber alles Langsame 
gurken!

Und da wo dieser Sensor hergeht, gibts dann auch bestimmt Sensoren, die 
thermische IR aufnehmen können - dann haben wir unser absolutes 
Bastelprojekt.


Gruß
Andrea

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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> aber bei solchen Belichtungszeiten braucht man doch ein
> Objektiv mit 60 oder mehr...was die Kamera damals auch
> hatte, eher 70 oder 80.

Wie meinen? Sind die Zahlen Satzinhalt oder nur Dekoration?



Die Optik ist nicht das Problem.
Wenn ausreichend Licht vorhanden ist, daß eine (Digital-)Kamera ihren 
CCD-Sensor mit 1/1000 Sekunde belichtet, dann genügt deren Optik auch 
für eine Kamera, die (bis zu) 1000 Bilder pro Sekunde machen soll.
Dazu genügt eine etwas hellere Lampe und eine stinknormale 
Standardoptik.
(Vergleich: Normaler 200ASA-Film bei Sonnenschein zur Mittagszeit 
erfordert bereits deutliches Abblenden, damit die Mechanik einer 
üblichen Kamera mit ihrer kürzesten Belichtungszeit den Film nicht 
überbelichtet)

Massiv lichtstarke Optiken sind erst bei deutlich höheren Bildraten 
erforderlich, wenn die Erzeugung der erforderlichen Lichtmenge zu viel 
Wärme für das abgelichtete Objekt erzeugen würde.

Das Problem ist der Sensor - man kann eben NICHT einen Sensor aus einer 
Videokamera ausbauen und (deutlich) schneller auslesen als vorgesehen, 
und erst recht nicht den einer Digitalkamera.

Was Ratber damals schrieb, "zugriff auf die nackten CCD-Zellen haben", 
das würde bedeuten, daß man am CCD-Sensor selbst herumschnitzt, neue 
Bondingdrähte anbringt ... was keine auch nur irgendwie realistische 
Bastel- oder auch Entwicklungslösung ist.

Ich jedenfalls halte Konzepte nicht für realistisch, bei dem IC-Gehäuse 
geknackt werden müssen ...

Autor: Andrea (Gast)
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So hallo Rufus,

ich hab grad eben schonmal geantwortet, aber irgendwie ist's wohl 
weg....

Wie gesagt, von Optik und Spiegelreflex etc. - keine Ahnung!

Ich denke mal, mit so einer Kamera kann man eh nicht filmen, wie mir 
einer Handesüblichen.

Um die Datenmega mache ich mir gerade keine sorgen, die bringt man  mit 
ihren 75MBps schon unter (grober Überschlag)
Die Aufnahmezeit wäre ja mit 1-1,5s wohl auch schon ordentlich bemessen.

Aber wie auch Du sagst, der Sensor ist das Sorgenkind! Aber es muss doch 
solche CCD/CMOS Sensoren bereits geben. Ich mein', 1000fps ist ja eine 
in der Forschung bestimmt keine all zu abwegige Menge

Gruß

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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würde es was bringen, ein Spiegelrad und zum Beispiel 16 billige 
Videokameras zu benutzen, damit veringert sich die Datenrate des 
einzelnen Bildes auf 1/16, wenn die Kamera nur schnell genug ist.

Autor: Andrea (Gast)
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ohne jetzt tiefer drüber nachzudenken würde ich sagen: Nein, es bringt 
nix, die Belichtungszeit reicht nicht und vom mechanischen Aufwand 
wollen wir ja mal gar nicht reden,v.a. bein 1000fps einen Spiegel 
drehen...

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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aber Spiegelrad + Stroboskop könnte gehen. Damit werden die Bilder 
nebeneinander auf demselben Bild belichtet. Mit weißen LEDs für schnelle 
Nahaufnahmen?
oder eine Nipkow-Scheibe vor mehreren Kameras als Lochblende, kann ja 
mehrere Löcher haben, dann reduziert sich die Drehzahl
http://de.wikipedia.org/wiki/Nipkow-Scheibe

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ich weiß nicht in wie weit das geht, aber könnte man nicht bei einer 
Analogen Kamera das Band schneller laufen lassen. Da hätte man erstmal 
keine Probleme mit der Dtenrate und digitalisieren kann man das dann 
später noch wenn man das Band dann wieder langsammer abspielt.

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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Nein, "das Band schneller laufen lassen" bringt rein gar nichts.

"Das Band" ist bei der Abtastgeschwindigkeit des CCD-Sensors einer 
Videokamera (ja, auch analoge verwenden sowas) nun wirklich überhaupt 
nicht beteiligt.

Wenn man eine sehr alte Videokamera mit Bildwandlerröhre hat, dann 
könnte man darüber nachdenken, die Ansteuerungselektronik durch eine 
eigene zu ersetzen, die mit höherer Abtastfrequenz arbeitet.

Das aber ist ein ziemlicher Aufriss, der auch schnell an die Grenzen so 
einer Bildwandlerröhre stoßen dürfte; unendlich schnell sind die Teile 
auch nicht und unendlich Lichtempfindlich auch nicht.

Das ist aber alles gar kein Problem, denn es gibt ja digitale 
Bildwandelsensoren (ob CCD, CMOS oder was auch immer) mit hohen 
Abtastfrequenzen.

Man muss halt bereit sein, den zugehörigen Preis zu zahlen.
Im Juni letzten Jahres postete ich Verweise auf zwei schnelle Sensoren 
(mit 200 und 500 fps), die von Framos vertrieben werden.

Eine gezielte Anfrage dort dürfte den Preis klären und vielleicht auch 
sinnvolle Erkenntnisse über Hochgeschwindigkeitsanwendungen liefern.

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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wenn man 10 Kameramodule mit 50fps über einen gemeinsamen Quarztakt 
zeitversetzt synchronisieren könnte, gäbe das auch schon 500 Bilder pro 
Sekunde. Störend ist natürlich der Parallaxefehler
Was könnte man mit so einer Kamera sinnvoll anfangen?
den Abflug einer Stubenfliege?
Für periodische Vorgänge ist ein Stroboskop viel einfacher

Autor: Aufreger deluxe (Gast)
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Ist der Abflug einer Stubenfliege periodisch?

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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sag ich ja, es bringt nur was bei einmaligen Ereignissen.
um das Rotieren eines Propellers zu sehen reicht ein Stroboskop.

hat jemand eine Idee, wofür das im Hobbybereich brauchbar wäre?
der Computer ist bekanntlich auch die Lösung für Probleme die wir ohne 
ihn nicht hatten

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Wirklich brauchen tut man sowas nicht, aber man könnte schöne Dinge 
damit machen, vor allem wenn die Kamera hochauflösende Farbbilder 
liefert.
Selbst die einfachsten Alltagsdinge sehen mit einer 
Hochgeschwindigkeitskamera gefilmt oftmals ganz anderst aus. Mit einem 
Geräuschgetriggerten Stroboskop kann man schon ganz nette Einzelbilder 
machen, aber mit einer richtigen Hochgeschwindigkeits Kamera geht das 
viel besser, vor allem braucht man weniger Versuche für ein gutes Bild..

Der Eigenbau ist übrigends nicht komplett unmöglich:
http://www.electricstuff.co.uk/ektapro.html

Autor: Rufus Τ. Firefly (rufus) (Moderator) Benutzerseite
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... naja, das ist der Selbstbau einer neuen Ansteuerungselektronik für 
eine bereits vorhandene Hochgeschwindigkeitskamera.

> The face of the sensor after seperating from the intensifier.
> Apparently it's an NMOS sensor, not a CCD.
>
> This chip is by far the most unique and valuable part
> of the system and would probably have originally cost
> many thousands of dollars..!

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