2022/06/21Šiuolaikiniame moksliniame vaizdavime ir pramoninėje inspekcijoje laikas nebėra antraeilis atributas – tai esminis aspektas, lemiantis, kaip vyksta eksperimentai, kaip koordinuojami įrenginiai ir kaip interpretuojami duomenys.
Laiko žyma nustato, kada užfiksuojamas kiekvienas kadras, ir tai lemia viską – nuo eksperimento pakartojamumo iki kelių įrenginių sinchronizavimo ir tolesnės analizės pagrįstumo.
Tai, ar kamera gali užtikrinti didelio tikslumo, mažo virpėjimo ir deterministinius laiko žymus, dabar yra pagrindinis jos profesinių galimybių rodiklis.
01 | Kas yra laiko žyma?
Laiko žyma yra skaitmeninis žymeklis, kuris įrašofaktinis fiksavimo laikaskiekvieno vaizdo kadro. Priklausomai nuo sistemos, jo tikslumas gali svyruoti nuo sekundžių iki milisekundžių, mikrosekundžių ar net nanosekundžių.
Įprasti laiko žymų formatai
| Tipas | Pavyzdinis formatas | Aprašymas |
| UNIX laiko žyma (skaitmeninė) | 1733558400 (sekundės) / 1733558400123 (ms) | Laikas, praėjęs nuo 1970-01-01 UTC |
| ISO 8601 (skaitomas formatas) | 2025-12-07T12:30:45Z / +08:00 | Standartinė data, laikas ir laiko juosta |
| Įterptas laiko žymos perdengimas | 2025/12/07 12:30:45 | Žmogui matomas laiko žymėjimas ant paties vaizdo |
Tucsen kameros laiko žymos failų pavyzdžiai
02 | Programinės įrangos laiko žymos ir aparatinės įrangos laiko žymos
Programinės įrangos laiko žymos generuojamos po to, kai kompiuteris gauna vaizdo duomenis, o aparatinės įrangos laiko žymos generuojamos fotoaparate tikslios ekspozicijos metu.
Skirtumas tarp šių dviejų gali smarkiai paveikti laiko tikslumą, sinchronizacijos patikimumą ir dinaminių matavimų vientisumą.
1. Programinės įrangos laiko žymos
Programinės įrangos laiko žymas sukuria kompiuterio tvarkyklė arba programa, kai vaizdas jau atkeliauja į pagrindinį kompiuterį. Jos atspindi duomenų atvykimo laiką, o ne ekspozicijos laiką.
Privalumai – universalus ir lengvai įdiegiamas
• Nepriklausomai nuo kameros aparatinės įrangos konstrukcijos
• Veikia su visomis pagrindinėmis sąsajomis (USB, GigE, CameraLink ir kt.)
• Lengva generuoti iš sistemos laiko programinėje įrangoje
• Puikiai tinka greitam kūrimui, derinimui ir registravimui
• Mažos integracijos išlaidos ir didelis suderinamumas
Apribojimai – netinka tiksliam laiko nustatymui
Programinės įrangos laiko žymoms įtakos turi visa duomenų perdavimo grandinė:
Kamera → Sąsaja (USB/GigE/CXP) → Pagrindinio kompiuterio tvarkyklė → OS planavimas → Programa
Bet koks vėlavimas, buferizavimas ar procesoriaus planavimo įvykis gali sukelti ms lygio nedeterministinę klaidą.
Kadrų dažniui padidėjus virš ~50 kadrų per sekundę, šie skirtumai sparčiai auga ir gali smarkiai pakenkti laiko žymos patikimumui.
Tipiniai naudojimo atvejai (<30 kadrų per sekundę mažo greičio vaizdo gavimas)
| Taikymo scenarijus | Programinės įrangos laiko žymos vaidmuo |
Rekomenduojami fotoaparatai
|
| Biologinė mikroskopija (įprastinė fluorescencija / audinių vaizdinimas) | Duomenų valdymas, kadrų rūšiavimas, lygiavimas analizės programinėje įrangoje |
|
| Pramoninė mikroskopija (medžiagų kontrolė / metalografija) | Palaiko partijų sekimą, vaizdų atsekamumą ir pagrindinį kokybės kontrolės registravimą |
2. Aparatinės įrangos laiko žymos
Aparatinės įrangos laiko žymos generuojamos kameros FPGA arba laiko skaičiavimo grandinėje tiksliu ekspozicijos pradžios arba pabaigos momentu. Jos rodo tikrąjį fizinį duomenų gavimo laiką, kuriam įtakos neturi perdavimo ar OS delsa.
Privalumai — didelis tikslumas ir deterministinis laiko nustatymas
Aparatinės įrangos laiko žymos siūlo:
• Tikslumas nuo mikrosekundės (µs) iki submikrosekundės
• Nulinė priklausomybė nuo duomenų perdavimo laiko
• Stabilūs, pakartojami, be virpesių išėjimai
• 1:1 atitikimas faktiniam jutiklio ekspozicijos laikui
Dėl to jie yra būtini greitam vaizdavimui, sinchronizuotiems eksperimentams ir laiko požiūriu kritiniams matavimams.
Apribojimai – priklauso nuo aparatinės įrangos ir dizaino
Aparatinės įrangos laiko žymoms reikalingi šie reikalavimai:
• Tikslioji laiko nustatymo logika FPGA/ASIC
• Didelio stabilumo osciliatoriai (TCXO/OCXO)
• Tikslus ekspozicijos pavaros laikas ir delsos kompensavimas
• Sinchronizuotas duomenų srauto kodavimas
• Suderinamumas su SDK / tvarkyklių analizavimo formatais
Kadangi skirtingų gamintojų diegimas skiriasi, tarpsisteminė integracija gali pareikalauti papildomo kalibravimo arba dokumentacijos peržiūros.
Kūrimo kaina ir sudėtingumas yra didesni nei programinės įrangos laiko žymos.
Tipinės didelės spartos programos (>50 kadrų per sekundę)
| Paraiškos | Kaip padeda aparatūros laiko žymos | Rekomenduojami fotoaparatai |
| Gyvybės mokslai(didelės spartos kalcio arba įtampos vaizdinimas) | Įrašo tikrąjį ekspozicijos laiką; sinchronizuoja lazerius per „Trigger Out“ |
|
| Fiziniai mokslai(didelės spartos judesio fiksavimas) | Užtikrina µs lygio absoliutų laiką tiksliam trajektorijos rekonstrukcijai | |
| Puslaidininkių inspekcija (plokštelių ir plokščių apžiūra) | Laiko žyma pagrįsta kameros sinchronizacija; leidžia kodavimo metodu pagrįstą laiko ir pozicijos susiejimą | |
| Instrumentų integracija(kamera + lazeris + motorizuotas staliuko paviršius) | Tarnauja kaip absoliutus laiko atskaitos taškas visoje sistemoje; įgalina koordinavimą µs lygmeniu |
