2022/06/21W nowoczesnym obrazowaniu naukowym i kontroli przemysłowej czas nie jest już czynnikiem drugorzędnym – stał się podstawowym wymiarem sposobu przeprowadzania eksperymentów, koordynacji urządzeń i interpretacji danych.
Znak czasu określa, kiedy przechwycona została każda klatka, kształtując wszystko, od powtarzalności eksperymentu, przez synchronizację wielu urządzeń, po ważność dalszych analiz.
Kluczowym wskaźnikiem profesjonalnych możliwości kamery jest obecnie to, czy może ona generować precyzyjne, charakteryzujące się niskimi drganiami i deterministyczne znaczniki czasu.
01 | Co to jest znacznik czasu?
Znak czasu to cyfrowy znacznik, który rejestrujerzeczywisty czas przechwytywaniakażdej klatki obrazu. W zależności od systemu, dokładność pomiaru może sięgać od kilku sekund do milisekund, mikrosekund, a nawet nanosekund.
Typowe formaty znaczników czasu
| Typ | Przykładowy format | Opis |
| Znak czasu UNIX (numeryczny) | 1733558400 (sekund) / 1733558400123 (ms) | Czas, który upłynął od 1970-01-01 UTC |
| ISO 8601 (format czytelny) | 2025-12-07T12:30:45Z / +08:00 | Standardowa data, godzina i strefa czasowa |
| Nakładka z osadzonym znacznikiem czasu | 2025/12/07 12:30:45 | Widoczny dla człowieka znacznik czasu na samym obrazie |
Przykładowe pliki znaczników czasu aparatu Tucsen
02 | Znaczniki czasu oprogramowania a znaczniki czasu sprzętu
Znaczniki czasu oprogramowania są generowane po odebraniu przez komputer danych obrazu, natomiast znaczniki czasu sprzętu są generowane wewnątrz aparatu w momencie dokładnego zdarzenia ekspozycji.
Różnica pomiędzy tymi dwoma parametrami może mieć znaczący wpływ na dokładność czasu, niezawodność synchronizacji i integralność pomiarów dynamicznych.
1. Znaczniki czasu oprogramowania
Znaczniki czasu oprogramowania są generowane przez sterownik lub aplikację po stronie komputera, gdy obraz dotrze już do hosta. Odzwierciedlają one czas dotarcia danych, a nie czas ekspozycji.
Zalety — uniwersalne i łatwe do wdrożenia
• Niezależność od konstrukcji sprzętu kamery
• Współpracuje ze wszystkimi głównymi interfejsami (USB, GigE, CameraLink itp.)
• Łatwy do wygenerowania z czasu systemowego w oprogramowaniu
• Dobrze nadaje się do szybkiego rozwoju, debugowania i rejestrowania
• Niskie koszty integracji i wysoka kompatybilność
Ograniczenia — nie nadaje się do precyzyjnego pomiaru czasu
Znaczniki czasu oprogramowania zależą od całego łańcucha transmisji danych:
Kamera → Interfejs (USB/GigE/CXP) → Sterownik hosta → Harmonogram systemu operacyjnego → Aplikacja
Każde opóźnienie, buforowanie lub zdarzenie związane z harmonogramem procesora może spowodować niedeterministyczny błąd na poziomie milisekund.
Gdy liczba klatek na sekundę wzrasta powyżej ~50 kl./s, różnice te rosną szybko i mogą poważnie osłabić wiarygodność znacznika czasu.
Typowe przypadki użycia (<30 kl./s (obrazowanie przy niskiej prędkości)
| Scenariusz aplikacji | Rola znacznika czasu oprogramowania |
Polecane aparaty
|
| Mikroskopia biologiczna (rutynowa fluorescencja/obrazowanie tkanek) | Zarządzanie danymi, sortowanie ramek, wyrównywanie w oprogramowaniu analitycznym |
|
| Mikroskopia przemysłowa (kontrola materiałów / metalografia) | Obsługuje śledzenie partii, śledzenie obrazów i podstawowe rejestrowanie kontroli jakości |
2. Znaczniki czasu sprzętu
Sprzętowe znaczniki czasu są generowane wewnątrz układu FPGA kamery lub układu synchronizującego w dokładnym momencie rozpoczęcia lub zakończenia ekspozycji. Reprezentują one rzeczywisty fizyczny czas akwizycji, niezależny od opóźnień transmisji ani systemu operacyjnego.
Zalety — wysoka precyzja i deterministyczny pomiar czasu
Znaczniki czasu sprzętowe oferują:
• Precyzja od mikrosekund (µs) do submikrosekund
• Brak zależności od czasu transmisji danych
• Stabilne, powtarzalne i wolne od drgań wyjścia
• Zgodność 1:1 z rzeczywistym czasem ekspozycji czujnika
Dzięki temu są one niezbędne do obrazowania z dużą prędkością, przeprowadzania zsynchronizowanych eksperymentów i pomiarów, w których liczy się czas.
Ograniczenia — zależne od sprzętu i projektu
Znaczniki czasu sprzętowe wymagają:
• Precyzyjna logika czasowa w układach FPGA/ASIC
• Oscylatory o wysokiej stabilności (TCXO/OCXO)
• Dokładny czas sterowania ekspozycją i kompensacja opóźnienia
• Zsynchronizowane kodowanie strumienia danych
• Spójność z formatami analizy SDK/sterowników
Ponieważ rozwiązania stosowane przez różnych producentów różnią się, integracja międzysystemowa może wymagać dodatkowej kalibracji lub przeglądu dokumentacji.
Koszty i złożoność rozwoju są wyższe niż znaczniki czasu oprogramowania.
Typowe zastosowania o dużej prędkości (>50 fps)
| Aplikacje | Jak znaczniki czasu sprzętu pomagają | Polecane aparaty |
| Nauki o życiu(szybkie obrazowanie wapnia lub napięcia) | Rejestruje rzeczywiste czasy ekspozycji; synchronizuje lasery za pomocą wyjścia wyzwalacza |
|
| Nauki fizyczne(przechwytywanie ruchu z dużą prędkością) | Zapewnia absolutny pomiar czasu na poziomie mikrosekund, umożliwiający dokładną rekonstrukcję trajektorii | |
| Inspekcja półprzewodników (inspekcja płytek i paneli) | Synchronizacja kamery oparta na znacznikach czasu; umożliwia mapowanie czasu i położenia na podstawie enkodera | |
| Integracja instrumentów(kamera + laser + scena z napędem) | Służy jako odniesienie czasu absolutnego w całym systemie; umożliwia koordynację na poziomie mikrosekund |
