21.06.2022In der modernen wissenschaftlichen Bildgebung und industriellen Inspektion ist die Zeit kein sekundäres Attribut mehr – sie ist eine grundlegende Dimension dafür, wie Experimente durchgeführt werden, wie Geräte koordiniert werden und wie Daten interpretiert werden.
Ein Zeitstempel legt fest, wann jedes Einzelbild aufgenommen wird und beeinflusst damit alles von der Reproduzierbarkeit von Experimenten über die Synchronisierung mehrerer Geräte bis hin zur Gültigkeit nachfolgender Analysen.
Ob eine Kamera hochpräzise, ruckelfreie und deterministische Zeitstempel liefern kann, ist heute ein wichtiger Indikator für ihre professionellen Fähigkeiten.
01 | Was ist ein Zeitstempel?
Ein Zeitstempel ist ein digitaler Marker, der dietatsächliche Aufnahmezeitvon jedem einzelnen Bild. Je nach System kann die Genauigkeit von Sekunden bis hinunter zu Millisekunden, Mikrosekunden oder sogar Nanosekunden reichen.
Gängige Zeitstempelformate
| Typ | Beispielformat | Beschreibung |
| UNIX-Zeitstempel (numerisch) | 1733558400 (Sekunden) / 1733558400123 (ms) | Zeitablauf seit dem 1. Januar 1970 UTC |
| ISO 8601 (lesbares Format) | 2025-12-07T12:30:45Z / +08:00 | Standarddatum, -zeit und -zeitzone |
| Eingebettetes Zeitstempel-Overlay | 07.12.2025 12:30:45 | Für den Menschen sichtbarer Zeitstempel auf dem Bild selbst |
Tucsen Kamera Beispieldateien mit Zeitstempel
02 | Software-Zeitstempel vs. Hardware-Zeitstempel
Software-Zeitstempel werden generiert, nachdem der PC die Bilddaten empfangen hat, während Hardware-Zeitstempel innerhalb der Kamera zum Zeitpunkt der Belichtung generiert werden.
Der Unterschied zwischen den beiden kann die Zeitgenauigkeit, die Zuverlässigkeit der Synchronisation und die Integrität dynamischer Messungen erheblich beeinträchtigen.
1. Software-Zeitstempel
Software-Zeitstempel werden vom PC-seitigen Treiber oder der Anwendung erzeugt, sobald das Bild auf dem Host eingegangen ist. Sie geben die Ankunftszeit der Daten wieder, nicht die Belichtungszeit.
Vorteile – Universell einsetzbar und einfach zu implementieren
• Unabhängig vom Kamera-Hardware-Design
• Funktioniert mit allen gängigen Schnittstellen (USB, GigE, CameraLink usw.).
• Einfach aus der Systemzeit in der Software zu generieren
• Gut geeignet für schnelle Entwicklung, Fehlersuche und Protokollierung
• Niedrige Integrationskosten und hohe Kompatibilität
Einschränkungen – Nicht geeignet für präzise Zeitmessung
Software-Zeitstempel werden von der gesamten Datenübertragungskette beeinflusst:
Kamera → Schnittstelle (USB/GigE/CXP) → Hosttreiber → Betriebssystemplanung → Anwendung
Jede Verzögerung, Pufferung oder jedes Ereignis bei der CPU-Planung kann zu nichtdeterministischen Fehlern im Millisekundenbereich führen.
Bei einer Bildrate von über ~50 fps nehmen diese Schwankungen rapide zu und können die Zuverlässigkeit der Zeitstempel erheblich beeinträchtigen.
Typische Anwendungsfälle ((<30 fps Niedriggeschwindigkeitsaufnahmen)
| Anwendungsszenario | Rolle des Software-Zeitstempels |
Empfohlene Kameras
|
| Biologische Mikroskopie (Routinefluoreszenz-/Gewebebildgebung) | Datenmanagement, Frame-Sortierung, Ausrichtung in Analysesoftware |
|
| Industriemikroskopie (Materialprüfung / Metallographie) | Unterstützt Chargenverfolgung, Bildrückverfolgbarkeit und grundlegende Qualitätskontrollprotokollierung |
2. Hardware-Zeitstempel
Hardware-Zeitstempel werden innerhalb des FPGA oder der Timing-Schaltung der Kamera exakt zum Zeitpunkt des Belichtungsbeginns oder -endes generiert. Sie repräsentieren die tatsächliche physikalische Aufnahmezeit, unbeeinflusst von Übertragungs- oder Betriebssystemverzögerungen.
Vorteile – Hohe Präzision und deterministische Zeitsteuerung
Hardware-Zeitstempel bieten:
• Präzision im Mikrosekunden- (µs) bis Sub-Mikrosekundenbereich
• Keine Abhängigkeit vom Datenübertragungszeitpunkt
• Stabile, wiederholbare, jitterfreie Ausgänge
• 1:1-Entsprechung der tatsächlichen Belichtungszeit des Sensors
Dadurch sind sie unverzichtbar für Hochgeschwindigkeitsbildgebung, synchronisierte Experimente und zeitkritische Messungen.
Einschränkungen – abhängig von Hardware und Design
Hardware-Zeitstempel erfordern:
• Präzise Zeitlogik in FPGA/ASIC
• Hochstabile Oszillatoren (TCXO/OCXO)
• Präzise Belichtungssteuerung und Laufzeitkompensation
• Synchronisierte Datenstromkodierung
• Konsistenz mit den Parsing-Formaten des SDK/Treibers
Da die Implementierungen je nach Hersteller variieren, kann die systemübergreifende Integration eine zusätzliche Kalibrierung oder Dokumentationsprüfung erfordern.
Die Entwicklungskosten und -komplexität sind höher als die Software-Zeitstempel.
Typische Hochgeschwindigkeitsanwendungen (>50 fps)
| Anwendungen | Wie Hardware-Zeitstempel helfen | Empfohlene Kameras |
| Lebenswissenschaften(Hochgeschwindigkeits-Kalzium- oder Spannungsbildgebung) | Zeichnet die tatsächlichen Belichtungszeiten auf; synchronisiert Laser über Trigger Out |
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| Physikalische Wissenschaften(Hochgeschwindigkeits-Bewegungserfassung) | Liefert absolute Zeitmessungen im Mikrosekundenbereich für eine präzise Rekonstruktion der Flugbahn. | |
| Halbleiterinspektion (Wafer- und Panelinspektion) | Zeitstempelbasierte Kamerasynchronisation; ermöglicht encoderbasierte Zeit-Positions-Zuordnung | |
| Instrumentenintegration(Kamera + Laser + motorisierter Tisch) | Dient als systemweite absolute Zeitreferenz; ermöglicht Koordination im Mikrosekundenbereich |
