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高速摄像Binning技术介绍

 在通常的CMOS读取方式中,由于像素读取规模的差异,不同的分辨率对应不同的帧率。在通道带宽固定的前提下,想要提高帧率就要考虑是否需要缩小视野(外圈裁切)。若不希望视野缩小,需要减少采样的分辨率。

常用的减少分辨率的两种方式是下采样,即Skipping(跳采样)和Binning(合并读出)。通过选取视野中的像素点,抽取指定像素点来降低分辨率。在Skipping模式中,并不会对所有行列的像素点进行采样,这样才能获取非原始分辨率的图像(降低的分辨率图像),而行列数据是成对读取的。

 

图为Skipping模式举例

Binning是一种图像读出模式,将相邻的像元中感应的电荷被加在一起,以一个像素的模式读出。Binning分为水平方向Binning和垂直方向Binning,水平方向Binning是将相邻的行的电荷加在一起读出;垂直方向Binning是将相邻的列的电荷加在一起读出,Binning这一技术的优点是能将几个像素联合起来作为一个像素使用,在Phantom高速摄像机的应用中,Binning Mode采用的是2x的Binning,即长宽缩短为原本一般,输出分辨率降低为原本的1/4。

 

Binning Mode 优势:能够在视野面积和比例不变的前提下提高帧数,同时也可以提高暗处对光感应的灵敏度。

Binning Mode 劣势:降低输出图像解析力,只能输出单色图像。

在过去,Binning Mode主要应用在高像素机型上,主要为了弥补高像素使用较高帧数时,会损失太多视野面积,降低信噪比。这项技术在UHS V1840、UHS V2640上首先应用,之后推出的T1340也搭载了这项技术。下图所示,T1340在Binning Mode下,满画幅输出为1024×976像素,能够达到12,130FPS,相比裁切视野达到的9,900FPS反而有所提升。

 

 

不仅如此,通过合并像素还可以有效提高传感器灵敏度,降低读出噪声。在Binning Mode下,单色传感器的T1340的E.I.指标达到了80,000,显著提升了暗光的清晰度。可以说,Binning与高像素实现高速的契合程度很高。

在2020年,新发布的Phantom VEO系列高速摄像机VEO1310和VEO1010上,也搭载了Binning Mode,进一步提升了中端产品的拍摄速度。

 

 

 

可以看出,VEO1310和VEO1010与以往的VEO系列产品不同,采用的CMOS比例为4:3,并且达到了122万象素(1280×960)。在Binning模式下,VEO1310和VEO1010分辨率由1280×960降低到了640×480(VGA),分别达到了40,300FPS和31,270FPS,大幅超过了裁切达到的帧数。也得益于合并像素后,输出的单个像素达到了36微米,单色E.I.指标达到了250,000。这是之前VEO系列产品所达不到的新纪录。

VEO1310&VEO1010产品数据

Phantom VEO系列是集小巧坚固与强大功能为一体的高速摄像机,具有在多种应用场景下使用的能力。在材料分析、流体分析、生物力学、燃烧分析、弹道分析、车载实验等接触与非接触工作流程中都可以发挥作用。摄像机的机身由铣削铝制成,整体结构强度高,足以保护相机最敏感的内部部件;电子设备密封性良好,可降低灰尘聚集在传感器上的可能性。

VEO1310和VEO1010作为VEO系列包括100万像素的新产品,主要应用于高速运动分析的VEO1310,能够在全像素采样时达到上万FPS的高速。而VEO1010,在Binning模式加持下,也可以利用满画幅输出高达3.1万FPS高帧率的高传输速率,甚至可以和UHS系列媲美。

 

 

 

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