مقدمة
يحدد معدل الإطارات، الذي يتم قياسه بالإطارات في الثانية (fps)، عدد الصور التي تلتقطها الكاميرا في كل ثانية. هناك معدلان شائعان للإطار هما 30 إطارًا في الثانية و60 إطارًا في الثانية. بينما ينتج كلاهما فيديو سلسًا، إلا أنهما يتمتعان بخصائص مميزة تؤثر على وضوح الحركة والأداء في الإضاءة المنخفضة ومتطلبات النطاق الترددي وتجربة المستخدم الشاملة. يعد فهم الفرق أمرًا ضروريًا عند اختيار وحدة الكاميرا لتطبيقات مثل الأمن أو التفتيش الصناعي أو التنظير الطبي أو الروبوتات.
الأساسيات: 30 إطارًا في الثانية مقابل. 60إطارًا في الثانية
30 إطارًا في الثانية- تلتقط الكاميرا 30 صورة مميزة في كل ثانية. هذا هو المعيار للتلفزيون والأفلام والعديد من كاميرات الويب. إنه سلس بما يكفي لمعظم الإدراك البشري وقد تم استخدامه لعقود من الزمن.
60 إطارًا في الثانية- تلتقط الكاميرا 60 صورة في الثانية. وهذا ضعف معدل البيانات البالغ 30 إطارًا في الثانية. فهو ينتج حركة أكثر سلاسة بشكل ملحوظ، خاصة بالنسبة للأهداف سريعة الحركة أو عند تحريك الكاميرا.
يصبح الفرق أكثر وضوحًا عندما تشاهد نفس المشهد جنبًا إلى جنب. يبدو الفيديو بمعدل 60 إطارًا في الثانية أكثر مرونة، بينما قد يظهر الفيديو بمعدل 30 إطارًا في الثانية اهتزازًا طفيفًا أثناء الحركات السريعة.
وضوح الحركة
الميزة الأساسية لـ 60 إطارًا في الثانية هي وضوح الحركة. عندما يتحرك كائن بسرعة عبر الإطار، فإن معدل الإطارات الأعلى يلتقط المزيد من المواضع المتوسطة، مما يقلل من ضبابية الحركة الملموسة والتلعثم.
30 إطارًا في الثانية– مقبول للحركة البطيئة أو المعتدلة. على سبيل المثال، شخص يمشي، أو حزام ناقل يتحرك بسرعة منخفضة، أو كاميرا أمنية ثابتة.
60 إطارًا في الثانية- ضروري للحركة السريعة. تشمل الأمثلة طائرة سباق بدون طيار، أو ذراعًا آلية تلتقط الأجزاء بسرعة عالية، أو كاميرا رياضية تلتقط إرسال التنس.
بالنسبة لوحدة كاميرا بدقة 4K، يوفر معدل 60 إطارًا في الثانية فيديو بدقة 4K فائق السلاسة، ولكن بتكلفة مضاعفة معدل البيانات مقارنةً بمعدل 30 إطارًا في الثانية.
أداء منخفض الإضاءة
يؤثر معدل الإطارات بشكل مباشر على وقت التعرض. للحفاظ على سطوع معين، يجب أن تبقي الكاميرا الغالق مفتوحًا لفترة أطول عندما يكون معدل الإطارات أقل.
30 إطارًا في الثانية– يمكن تعريض كل إطار لمدة تصل إلى حوالي 33 مللي ثانية (1/30 ثانية). وهذا يسمح لمزيد من الضوء بالوصول إلى المستشعر، مما يحسن الأداء في الإضاءة المنخفضة.
60 إطارًا في الثانية- يمكن تعريض كل إطار لمدة تصل إلى حوالي 16 مللي ثانية فقط (1/60 ثانية). يؤدي ذلك إلى خفض قدرة تجميع الضوء إلى النصف، وبالتالي ستكون الصورة أكثر قتامة أو أكثر ضوضاءً في ظل نفس ظروف الإضاءة.
لذلك، بالنسبة لمستشعر وعدسة معينة، ستعمل وحدة الكاميرا بمعدل 30 إطارًا في الثانية بشكل أفضل في البيئات المعتمة مقارنة بنفس الكاميرا التي تعمل بمعدل 60 إطارًا في الثانية. تعمل العديد من الكاميرات تلقائيًا على تقليل معدل الإطارات في الإضاءة المنخفضة للتعويض.
عرض النطاق الترددي والتخزين
يؤدي معدل الإطارات الأعلى إلى إنشاء المزيد من البيانات، مما يؤثر على النطاق الترددي للإرسال ومتطلبات التخزين.
30 إطارًا في الثانية- بالنسبة لوحدة USB للكاميرا بدقة 1080 بكسل التي تستخدم ضغط MJPEG، يبلغ معدل البيانات تقريبًا نصف معدل 60 إطارًا في الثانية. يعد هذا أسهل على واجهات USB 2.0 ويستهلك مساحة تخزين أقل.
60 إطارًا في الثانية– يتطلب مضاعفة عرض النطاق الترددي. يجب أن تستخدم وحدة كاميرا USB USB 3.0 أو واجهة MIPI عالية السرعة للتعامل مع 60 إطارًا في الثانية بدقة 1080 بكسل أو 4K. تتضاعف متطلبات التخزين أيضًا لنفس مدة التسجيل.
بالنسبة لكاميرا وحدة Raspberry Pi، من الممكن التقاط 1080 بكسل بمعدل 60 إطارًا في الثانية باستخدام Raspberry Pi 4 أو 5، ولكن قد يصبح تحميل وحدة المعالجة المركزية وسرعة الكتابة على بطاقة SD بمثابة اختناقات.
الكمون والاستجابة في الوقت الحقيقي
بالنسبة للتطبيقات التفاعلية - مثل قيادة الطائرات بدون طيار أو التشغيل الآلي عن بعد - يعد زمن الوصول الأقل أمرًا بالغ الأهمية. يساهم معدل الإطارات في زمن الوصول من طرف إلى طرف.
30 إطارًا في الثانية- يبلغ الحد الأدنى للكمون النظري حوالي 33 مللي ثانية (الوقت اللازم لالتقاط إطار كامل)، بالإضافة إلى تأخيرات المعالجة والإرسال.
60 إطارًا في الثانية– الحد الأدنى النظري لزمن الوصول هو حوالي 16 مللي ثانية – نصف 30 إطارًا في الثانية. وهذا يعطي شعورا أكثر استجابة.
ومع ذلك، يتأثر زمن الوصول الفعلي أيضًا بواجهة الكاميرا (يضيف USB زمن وصول أكثر من MIPI) ومعدل تحديث الشاشة.
التوافق وقوة المعالجة
لا تستطيع جميع الأجهزة التعامل مع فيديو بمعدل 60 إطارًا في الثانية.
30 إطارًا في الثانية- مدعوم من جميع أجهزة الكمبيوتر والهواتف الذكية واللوحات المدمجة تقريبًا. تعمل وحدة USB القياسية للكاميرا مع UVC بمعدل 30 إطارًا في الثانية عبر USB 2.0.
60 إطارًا في الثانية- يتطلب المزيد من طاقة وحدة المعالجة المركزية/وحدة معالجة الرسومات لفك التشفير والمعالجة. قد يواجه الكمبيوتر ذو اللوحة الواحدة منخفض التكلفة صعوبة في عرض دقة 1080 بكسل بمعدل 60 إطارًا في الثانية. للحصول على وحدة كاميرا بدقة 4K بمعدل 60 إطارًا في الثانية، تحتاج إلى معالج متطور وواجهة سريعة (USB 3.0 أو MIPI).
على سبيل المثال، يمكن لوحدة الكاميرا Raspberry pi التعامل مع 1080p@60fps باستخدام واجهة MIPI CSI، ولكنها قد تسقط الإطارات إذا قمت أيضًا بتشغيل خوارزميات الرؤية الثقيلة.
أي واحد يجب أن تختار؟
| طلب | معدل الإطار الموصى به | سبب |
|---|---|---|
| المراقبة الأمنية (داخلية) | 30 إطارًا في الثانية | كافية لمعظم الحركة. أداء أفضل في الإضاءة المنخفضة |
| التفتيش الصناعي (الناقل السريع) | 60 إطارًا في الثانية | يلتقط صورًا حادة للأجزاء المتحركة |
| التنظير الطبي (القلب، الحبال الصوتية) | 60 إطارًا في الثانية | يقلل من ضبابية الحركة لحركة الأنسجة السريعة |
| سباق الطائرات بدون طيار / FPV | 60 إطارًا في الثانية أو أعلى | الكمون المنخفض والفيديو السلس للتجريب |
| عقد المؤتمرات على شبكة الإنترنت | 30 إطارًا في الثانية | مناسب؛ يحفظ عرض النطاق الترددي |
| إنتاج فيديو 4K | 60 إطارًا في الثانية | مطلوب للتحرير البطيء والفيديو عالي الدقة |
| مشروع رؤية راسبيري باي | 30 إطارًا في الثانية | حمل أقل لوحدة المعالجة المركزية؛ أسهل في المعالجة |
أمثلة عملية
وحدة كاميرا USB لكاميرا ويب سطح المكتب– 30 إطارًا في الثانية أكثر من كافية. لن تلاحظ الفرق، وتبقى وحدة المعالجة المركزية الخاصة بك باردة.
وحدة كاميرا 4K للروبوت المستقل- إذا تحرك الروبوت بسرعة، فإن معدل 60 إطارًا في الثانية يساعد في اكتشاف العوائق. لكنك تحتاج إلى معالج قوي وUSB 3.0.
وحدة كاميرا Raspberry Pi لمراقبة النبات- 30 إطارًا في الثانية جيد تمامًا؛ 60 إطارًا في الثانية من شأنه أن يهدر قوة المعالجة.
هل يمكنك التبديل بين 30 إطارًا في الثانية و60 إطارًا في الثانية؟
تسمح لك العديد من وحدات الكاميرا بتغيير معدل الإطارات عبر البرنامج. على سبيل المثال، يمكن ضبط وحدة كاميرا USB المتوافقة مع UVC على 60 إطارًا في الثانية بدقة 720 بكسل أو 30 إطارًا في الثانية بدقة 1080 بكسل. تعمل بعض الكاميرات على تقليل معدل الإطارات تلقائيًا في الإضاءة المنخفضة. تحقق من برنامج تشغيل الكاميرا أو مكتبتها (على سبيل المثال، libcamera على Raspberry Pi، وOpenCV على الكمبيوتر الشخصي).
خاتمة
يعود الفرق بين الكاميرات ذات 30 إطارًا في الثانية و60 إطارًا في الثانية إلى وضوح الحركة، والأداء في الإضاءة المنخفضة، وعرض النطاق الترددي، وزمن الوصول، ومتطلبات المعالجة. 60يوفر إطارًا في الثانية حركة أكثر سلاسة ووقت استجابة أقل، ولكن على حساب انخفاض حساسية الإضاءة المنخفضة، واحتياجات التخزين الأعلى، وقوة معالجة أكبر. 30يظل إطار في الثانية خيارًا موثوقًا وفعالًا لمعظم التطبيقات. عند اختيار وحدة الكاميرا - سواء كانت وحدة كاميرا USB، أو وحدة كاميرا 4K، أو وحدة كاميرا Raspberry pi - ضع في اعتبارك سرعة هدفك وظروف الإضاءة وقدرات النظام. في كثير من الأحيان، يكون معدل 30 إطارًا في الثانية كافيًا؛ عندما تحتاج إلى التقاط حركة سريعة، فإن معدل 60 إطارًا في الثانية يستحق المفاضلة.
إذا كنت بحاجة إلى وحدة كاميرا مخصصة بمعدل الإطارات المفضل لديك، فاتصل بـ Sinre. نقوم بتصميم وتصنيع وحدات الكاميرا المخصصة لتطبيقك.
