Vue d’ensemble
Nous vous présentons ici les principales considérations à prendre en compte lors de l’achat d’une caméra à grande vitesse. Il s’agit des informations clés nécessaires pour prendre une première décision en connaissance de cause. Vérifiez d’abord les spécifications techniques, mais rien ne remplace l’utilisation de la caméra elle-même.
Avant d’acheter, prévoyez une démonstration pour vous assurer que la caméra vous convient : vérifiez que la caméra est facile à utiliser, que ses spécifications correspondent à votre application spécifique et que les résultats que vous obtenez correspondent exactement à ce que vous voulez voir. Tous les grands distributeurs de caméras à grande vitesse vous permettront de « tester » une caméra avant de l’acheter.
Débit
L’aspect le plus important à prendre en compte lors de l’achat d’une caméra haute vitesse est le débit potentiel qu’elle peut atteindre. Vous devez être sûr que la caméra est capable de capturer le nombre de pixels que vous voulez, à la fréquence d’images dont vous avez besoin. Le débit est la relation directe entre la résolution et la vitesse de la caméra et peut facilement être calculé en multipliant la résolution maximale par la fréquence d’images maximale à cette résolution.
Débit = Largeur (pixels) x Hauteur (pixels) x Images par seconde
Le débit est le facteur le plus important lors de l’achat d’une caméra haute vitesse, car les applications exigent une combinaison de résolution et de fréquence d’images. En fait, en examinant la croissance du débit des caméras à haute vitesse, nous sommes en mesure de voir la croissance technologique exponentielle de la loi de Moore plus que dans toute autre spécification de caméra.
Le débit est souvent comparé à la plomberie, un diamètre de tuyau plus important représentant un débit plus élevé. De même qu’une canalisation plus large peut transporter un plus grand volume d’eau d’un réservoir, un débit plus élevé est capable de capturer plus de pixels du capteur.
Fréquence d’images
La technologie existe depuis plusieurs décennies pour capturer une seule photo en très haute résolution.
C’est l’enchaînement séquentiel de ces images haute résolution qui est important dans la capture vidéo à haute vitesse.
La fréquence d’images d’une caméra haute vitesse la différencie véritablement des autres types de caméras et constitue l’un des éléments essentiels utilisés pour calculer le débit. La fréquence d’images utilisée sur un plan est rarement considérée isolément, mais elle détermine généralement le besoin d’une caméra haute vitesse. En général, on choisit une fréquence d’images requise, puis on ajuste la résolution en fonction des options disponibles et de la région d’intérêt.
Les caméras à haute fréquence d’images sont devenues plus courantes dans les produits électroniques grand public tels que les téléphones mobiles et les appareils photo grand public, qui fournissent des fréquences d’images de 120 à 240 images par seconde à des résolutions relativement faibles et avec un obturateur roulant. Les caméras à haute vitesse sont nécessaires pour les événements qui commencent autour de 500 images par seconde et vont jusqu’à 1 000 000 d’images par seconde ; mais même à des fréquences d’images plus faibles, les produits grand public peuvent souvent produire des images inacceptables pour l’application.
Résolution
La résolution d’une caméra représente le nombre de pixels disponibles dans le capteur de la caméra et détermine le détail de l’image et la précision avec laquelle le mouvement peut être mesuré.
La résolution peut être exprimée de différentes manières, notamment par une mesure de largeur x hauteur en mégapixels (millions de pixels) ou par l’utilisation d’une norme de résolution commune. Ainsi, 1080p, 1920 x 1080 et 2,1 MP représentent chacun le même nombre de pixels et sont équivalents à ce qui est disponible sur la plupart des moniteurs et téléviseurs. Commencer avec une image de plus haute résolution vous permet de zoomer numériquement sur une zone d’intérêt et offre un choix beaucoup plus large de rapports d’aspect potentiels.
Plus de pixels = plus de polyvalence
Il est souvent difficile de comparer deux caméras de débit égal mais de résolutions différentes. Cependant, on peut affirmer de manière universelle que la caméra de plus haute résolution offre TOUJOURS une plus grande polyvalence.
Comme indiqué ci-dessus, la résolution est directement liée à la fréquence d’images de la caméra, mais les seules valeurs fixes sont le nombre de pixels transférés et le nombre de pixels sur le capteur d’images. Cela signifie que tant que vous ne dépassez pas la résolution horizontale et verticale du capteur d’image, votre image peut être un rectangle long et étroit, court et large, de forme carrée, ou tout ce qui se trouve entre les deux.
Vitesse d’obturation
Également appelée « temps d’exposition », la vitesse d’obturation mesure la durée pendant laquelle l’obturateur d’un appareil photo est ouvert pour exposer le capteur de l’appareil à la lumière. La vitesse d’obturation est mesurée en fractions ou en multiples d’une seconde et peut être désignée comme une durée absolue, une valeur fractionnaire ou un multiplicateur (1x, 2x, 3x de la période d’image actuelle). Des vitesses d’obturation plus longues sont nécessaires pour les images à faible luminosité, tandis que des vitesses d’obturation plus courtes sont nécessaires pour les sujets se déplaçant rapidement afin d’éviter le flou de mouvement.
La vitesse d’obturation est particulièrement importante dans les applications qui nécessitent une fréquence d’images très élevée et très peu de flou de mouvement, comme les tests balistiques. Souvent, l’enregistrement à des milliers d’images par seconde ne suffit pas à capturer ce que vous recherchez, car vous avez également besoin que l’image soit nette et sans flou de mouvement. Parfois, vous obtiendrez une meilleure image en capturant une scène à 500 000 images par seconde avec un obturateur 4x qu’en capturant une scène à 1 000 000 d’images par seconde avec un obturateur 1x, car la durée d’obturation de la prise de vue à 500 000 images par seconde est inférieure de moitié à celle de la prise de vue à 1 000 000 d’images par seconde et la caméra atteindra une résolution supérieure à 500 000 images par seconde.
Imageur
L’obturateur roulant est la méthode de capture typique des caméras grand public offrant des options de ralenti. L’obturateur roulant ne capture pas la totalité de la scène en une seule fois, mais commence à capturer en haut de l’écran et effectue un balayage vers le bas. Cela signifie qu’une distorsion importante se produit lorsque vous essayez de capturer des événements à très grande vitesse. Pour éviter cet effet, assurez-vous que votre appareil photo utilise un obturateur global, qui capture l’image entière exactement au même moment.
De nombreuses personnes préféreront une caméra couleur à haute vitesse pour leur application vidéo plutôt qu’un imageur monochrome noir et blanc. Une caméra couleur produira généralement des images plus jolies et plus intéressantes dans une démo ; cependant, l’achat d’une caméra couleur est souvent une erreur pour de nombreuses applications.
Les capteurs de couleurs sont dotés de plusieurs filtres au-dessus de l’imageur, notamment un filtre de Bayer qui divise la lumière entrante en rouge, vert et bleu, un filtre optique passe-bas qui supprime toute fausse coloration et un filtre anti-IR qui empêche la lumière non visible de pénétrer dans le capteur et de teinter l’image. Tous ces filtres bloquent la lumière d’une manière ou d’une autre et s’apparentent au port d’une paire de lunettes de soleil à l’intérieur : vous pouvez toujours voir, mais tout est plus sombre et un peu plus flou. Dans un secteur où la lumière est une ressource précieuse, chaque détail compte.
Une caméra monochrome produit une image plus claire et plus nette, et la plupart du temps, ce que vous regardez est évident, indépendamment de la présence ou de l’absence de couleur. En outre, Le logiciel d’analyse de mouvement compare l’intensité et l’emplacement relatif des pixels en ignorant totalement leur couleur, ce qui n’a donc aucun effet sur les mesures effectuées. Si votre application est basée sur le laser, le proche infrarouge ou la faible luminosité, une caméra monochrome est un meilleur choix.
Sensibilité à la lumière
Voici deux images identiques, celle du haut, un fichier image RAW, et celle du bas avec un gain numérique appliqué. Bien que l’image du bas soit nettement plus claire en apparence, il y a des endroits où une décoloration importante est présente. Souvent, les valeurs ISO de la caméra sont données pour des images qui contiennent un gain artificiel.
Plusieurs attributs affectent la sensibilité à la lumière de l’appareil photo, mais la règle générale veut qu’un capteur de plus grande résolution soit moins sensible à la lumière qu’un capteur de plus petite résolution, car chaque pixel est plus petit et reçoit moins de photons à un moment donné.
La norme industrielle pour la sensibilité à la lumière des appareils photo est la valeur ISO. Les valeurs ISO ont été initialement créées pour les appareils photo argentiques et n’ont pas encore été mises à jour pour les capteurs numériques modernes. En conséquence, les valeurs ISO des appareils photo varient énormément d’un fabricant à l’autre et sont basées sur des éléments subjectifs tels que la qualité d’image perçue, le bruit présent et le gain ajouté. Le gain est une méthode artificielle permettant d’augmenter la sensibilité à la lumière de l’image tout en autorisant un bruit de signal plus important dans l’image. Il peut être ajouté sous forme de gain de signal analogique ou de gain de signal numérique. Dans tout environnement photographique, l’élément le plus crucial est la lumière. Plus l’obturateur est rapide, plus le temps d’exposition est court, plus la lumière est nécessaire. Le fonctionnement d’une caméra à grande vitesse réduit le temps d’exposition, de sorte que la vidéo à grande vitesse est réputée pour nécessiter des niveaux d’éclairage élevés. Les éclairages pour les caméras à haute vitesse fournissent une grande quantité d’éclairage sans scintillement et à haute intensité – les progrès récents de la technologie LED permettent d’utiliser certains éclairages spécifiques. L’éclairage disponible et la sensibilité à la lumière sont directement liés, la règle générale pour la photographie à grande vitesse étant la suivante : on n’a jamais trop de lumière !
En raison de tous les facteurs en jeu, la seule véritable façon de comparer la sensibilité à la lumière de différents appareils photo est de les placer côte à côte, en regardant le même événement, avec le même objectif et le même réglage du diaphragme.
Durée de l’événement
Les nombreux types de caméras haute vitesse disponibles peuvent être répartis en deux catégories générales : les caméras qui peuvent décharger la vidéo à la même vitesse ou plus rapidement qu’elle est capturée, et les caméras qui capturent un événement entier et doivent décharger cet événement plus tard. La catégorie de caméra que vous choisissez dépend de la durée d’enregistrement dont vous avez besoin. Les événements à longue durée d’enregistrement et les événements transitoires nécessitent des méthodes de capture différentes.
Un événement transitoire se produit en quelques secondes et est généralement capturé à plusieurs milliers d’images par seconde à une fréquence d’images élevée, ce qui donne lieu à plusieurs Go de données RAW. Dans ce cas, pour augmenter la durée de l’événement, il faut une caméra dotée d’une capacité de stockage temporaire (RAM) aussi élevée que possible. Les événements transitoires nécessitent des caméras dotées de capacités de débit extrêmement élevées.
Tampon circulaire
La mémoire d’enregistrement d’une caméra rapide est constamment mise en cycle, enregistrant sur elle- même jusqu’à ce qu’elle soit déclenchée. Cela signifie que même si une caméra ne peut enregistrer que quelques secondes au total, elle peut enregistrer pendant des heures en attendant que l’événement se produise.
Les événements à enregistrement long durent généralement plusieurs minutes ou heures à 100-300 images par seconde et à une résolution modérée. Pendant ces événements, la caméra n’est pas en mesure de stocker toute la vidéo nécessaire et doit la décharger en temps réel sur un ordinateur. Cette vitesse de déchargement est déterminée par la capacité de débit du support de transport plutôt que par le potentiel de capture de la caméra. Dans ce cas, c’est l’espace de stockage sur l’ordinateur d’enregistrement qui affecte la durée potentielle de l’événement et non la mémoire de la caméra.
Stockage vidéo
La prise de vue de vidéos à haute vitesse à des fréquences d’images élevées crée une grande quantité de données. Vous avez besoin d’une quantité adéquate de mémoire interne et d’un espace de stockage supplémentaire pour transférer les images de la caméra vers des supports de stockage non volatils permanents et/ou portables. Outre l’espace de stockage, un autre facteur à prendre en compte est le prix et la vitesse du support de transfert. Étant donné que certaines caméras à grande vitesse sont capables d’enregistrer des rafales allant jusqu’à 288 Go de vidéo en quelques secondes seulement, les vitesses de transfert de la RAM temporaire de la caméra vers le stockage permanent sont presque aussi importantes que le support lui-même. En général, toutes les caméras haute vitesse peuvent être connectées à un ordinateur via Ethernet et décharger la vidéo de cette manière, mais le taux de transfert peut être limité. Pour cette raison, les options de déchargement portables plus rapides sont généralement préférées. Il existe plusieurs options de transfert portable sur le marché, mais aucune n’est actuellement idéale. Les options les plus rapides sont assez coûteuses et sacrifient la profondeur de bits de l’image pour décharger la vidéo rapidement, tandis que les options les plus lentes sont plus économiques mais… eh bien… plus lentes.
Synchronisation
Les caméras à grande vitesse capturent des milliers de photos individuelles à chaque seconde. Ces images sont prises à des intervalles de temps parfaitement réguliers, mais ces intervalles sont déterminés par la caméra. Si deux caméras sont utilisées simultanément, par exemple dans le cadre d’une expérience en 3D, elles captureront inévitablement leurs images à des moments légèrement différents. C’est pourquoi la plupart des caméras peuvent verrouiller le moment de la capture d’image sur une référence externe, appelée source de synchronisation. Certaines caméras sont plus flexibles que d’autres, offrant différents modes d’utilisation, la possibilité de suivre des vitesses variables de synchronisation externe, et même la possibilité d’être une source de synchronisation pour d’autres caméras.
Soutien et service
Les caméras à grande vitesse sont des appareils scientifiques complexes et coûteux qui nécessitent des mises à jour, un dépannage et une assistance périodiques. Avant d’acheter, jetez un coup d’œil aux ressources et à l’assistance que l’entreprise fournit. Téléchargez et exécutez leur logiciel, posez une question sur les médias sociaux ou contactez un ingénieur de l’entreprise pour lui poser une question spécifique au secteur. Visitez le site Web de l’entreprise et voyez quels sont les supports pédagogiques disponibles ; le contenu peut être constitué de tutoriels vidéo, de conseils et/ou de techniques, de documents techniques ou d’informations spécifiques sur une fonction de l’appareil photo. L’objectif est d’interagir avec l’entreprise en dehors de votre contact commercial direct. Cela vous donnera une bonne idée de la facilité avec laquelle vous pourrez travailler avec l’entreprise. avec après la vente, au cas où vous auriez besoin de pièces de rechange, d’un service supplémentaire pour votre appareil photo ou d’une mise à jour.
