21. 6. 2022V moderním vědeckém zobrazování a průmyslové kontrole již čas není druhořadým atributem – je to základní rozměr toho, jak probíhají experimenty, jak se zařízení koordinují a jak se interpretují data.
Časové razítko určuje, kdy je každý snímek zachycen, a ovlivňuje tak vše od reprodukovatelnosti experimentu přes synchronizaci více zařízení až po platnost následných analýz.
To, zda kamera dokáže poskytovat vysoce přesné, deterministické časové razítka s nízkým jitterem, je nyní klíčovým ukazatelem jejích profesionálních schopností.
01 | Co je to časové razítko?
Časové razítko je digitální značka, která zaznamenáváskutečný čas snímáníkaždého obrazového snímku. V závislosti na systému se jeho přesnost může pohybovat od sekund až po milisekundy, mikrosekundy nebo dokonce nanosekundy.
Běžné formáty časových razítek
| Typ | Příklad formátu | Popis |
| Časové razítko UNIX (číselné) | 1733558400 (sekund) / 1733558400123 (ms) | Čas uplynulý od 1. 1. 1970 UTC |
| ISO 8601 (čitelný formát) | 2025-12-07T12:30:45Z / +08:00 | Standardní datum, čas a časové pásmo |
| Vložené překrytí časového razítka | 2025/12/07 12:30:45 | Časové razítko viditelné pro člověka na samotném obrázku |
Příklad souborů časového razítka z kamery Tucsen
02 | Časová razítka softwaru vs. časová razítka hardwaru
Softwarová časová razítka se generují poté, co počítač přijme obrazová data, zatímco hardwarová časová razítka se generují uvnitř fotoaparátu v okamžiku přesné expozice.
Rozdíl mezi těmito dvěma může významně ovlivnit časovou přesnost, spolehlivost synchronizace a integritu dynamických měření.
1. Časová razítka softwaru
Časová razítka softwaru jsou generována ovladačem nebo aplikací na straně počítače, jakmile je obrázek již doručen na hostitelský počítač. Odrážejí čas příchodu dat, nikoli čas expozice.
Výhody – Univerzální a snadno implementovatelné
• Nezávislý na hardwarové konstrukci kamery
• Funguje se všemi hlavními rozhraními (USB, GigE, CameraLink atd.)
• Snadné generování ze systémového času v softwaru
• Vhodné pro rychlý vývoj, ladění a protokolování
• Nízké náklady na integraci a vysoká kompatibilita
Omezení – Nevhodné pro přesné měření času
Časová razítka softwaru jsou ovlivněna celým řetězcem přenosu dat:
Kamera → Rozhraní (USB/GigE/CXP) → Ovladač hostitele → Plánování OS → Aplikace
Jakékoli zpoždění, ukládání do vyrovnávací paměti nebo událost plánování CPU může způsobit nedeterministickou chybu na úrovni ms.
S rostoucí snímkovou frekvencí nad ~50 fps se tyto odchylky rychle zvyšují a mohou vážně ohrozit spolehlivost časového razítka.
Typické případy použití (<30 fps (pomalé snímání)
| Scénář aplikace | Role časového razítka softwaru |
Doporučené fotoaparáty
|
| Biologická mikroskopie (běžná fluorescenční / tkáňová zobrazovací metoda) | Správa dat, třídění snímků, zarovnání v analytickém softwaru |
|
| Průmyslová mikroskopie (inspekce materiálů / metalografie) | Podporuje sledování dávek, sledovatelnost obrazu a základní protokolování kontroly kvality |
2. Časová razítka hardwaru
Hardwarové časové značky jsou generovány uvnitř FPGA kamery nebo časovacích obvodů v přesném okamžiku začátku nebo konce expozice. Představují skutečný fyzický čas snímání, neovlivněný přenosem ani latencí operačního systému.
Výhody — Vysoká přesnost a deterministické načasování
Nabídka hardwarových časových razítek:
• Přesnost na mikrosekundy (µs) až submikrosekundy
• Nulová závislost na načasování přenosu dat
• Stabilní, opakovatelné výstupy bez chvění
• 1:1 shoda se skutečným načasováním expozice senzoru
Díky tomu jsou nezbytné pro vysokorychlostní zobrazování, synchronizované experimenty a časově kritická měření.
Omezení – Závisí na hardwaru a designu
Časová razítka hardwaru vyžadují:
• Logika přesného časování v FPGA/ASIC
• Vysoce stabilní oscilátory (TCXO/OCXO)
• Přesné načasování expozice a kompenzace zpoždění
• Synchronizované kódování datového proudu
• Konzistence s formáty pro analýzu SDK/ovladačů
Protože se implementace u jednotlivých výrobců liší, může integrace napříč systémy vyžadovat dodatečnou kalibraci nebo kontrolu dokumentace.
Náklady na vývoj a složitost jsou vyšší než časová razítka softwaru.
Typické vysokorychlostní aplikace (>50 fps)
| Aplikace | Jak pomáhají hardwarová časová razítka | Doporučené fotoaparáty |
| Biologické vědy(vysokorychlostní zobrazování vápníku nebo napětí) | Zaznamenává skutečné časy expozice; synchronizuje lasery přes Trigger Out |
|
| Fyzikální vědy(vysokorychlostní snímání pohybu) | Poskytuje absolutní časování na úrovni µs pro přesnou rekonstrukci trajektorie | |
| Inspekce polovodičů (kontrola destiček a panelů) | Synchronizace kamery na základě časového razítka; umožňuje mapování času a polohy na základě kodéru | |
| Integrace přístrojů(kamera + laser + motorizovaný stolek) | Slouží jako absolutní časová reference v celém systému; umožňuje koordinaci na úrovni µs |
