21.06.2022В современной научной визуализации и промышленном контроле время перестало быть второстепенным параметром — оно стало фундаментальным измерением того, как проводятся эксперименты, как координируются действия устройств и как интерпретируются данные.
Временная метка определяет момент захвата каждого кадра, влияя на все аспекты, от воспроизводимости эксперимента до синхронизации нескольких устройств и достоверности последующего анализа.
Способность камеры обеспечивать высокоточные, с низким уровнем дрожания и детерминированные временные метки теперь является ключевым показателем ее профессиональных возможностей.
01 | Что такое метка времени?
Отметка времени — это цифровой маркер, который фиксирует время.фактическое время съемкидля каждого кадра изображения. В зависимости от системы, точность может варьироваться от секунд до миллисекунд, микросекунд или даже наносекунд.
Распространенные форматы временных меток
| Тип | Пример формата | Описание |
| Временная метка UNIX (числовая) | 1733558400 (секунд) / 1733558400123 (мс) | Время, прошедшее с 1 января 1970 года по всемирному координированному времени (UTC). |
| ISO 8601 (читаемый формат) | 2025-12-07T12:30:45Z / +08:00 | Стандартная дата, время и часовой пояс |
| Встроенная метка времени | 2025/12/07 12:30:45 | Видимая человеку временная метка на самом изображении |
Примеры файлов временных меток с камеры Tucsen.
02 | Временные метки программного обеспечения против временных меток аппаратного обеспечения
Программные метки времени генерируются после получения компьютером данных изображения, тогда как аппаратные метки времени генерируются внутри камеры в момент точного события экспозиции.
Разница между ними может существенно повлиять на точность измерения времени, надежность синхронизации и целостность динамических измерений.
1. Временные метки программного обеспечения
Временные метки программного обеспечения создаются драйвером или приложением на стороне ПК после того, как изображение уже поступило на хост. Они отражают время поступления данных, а не время экспозиции.
Преимущества — универсальность и простота внедрения.
• Независимо от конструкции аппаратного обеспечения камеры
• Работает со всеми основными интерфейсами (USB, GigE, CameraLink и т. д.)
• Легко генерируется из системного времени в программном обеспечении
• Отлично подходит для быстрой разработки, отладки и ведения журналов.
• Низкая стоимость интеграции и высокая совместимость
Ограничения — Не подходит для точного измерения времени.
Временные метки программного обеспечения затрагиваются всей цепочкой передачи данных:
Камера → Интерфейс (USB/GigE/CXP) → Драйвер хоста → Планирование ОС → Приложение
Любая задержка, буферизация или событие планирования ЦП могут привести к недетерминированной ошибке на уровне миллисекунд.
По мере увеличения частоты кадров выше ~50 кадров в секунду эти колебания быстро нарастают и могут серьезно подорвать надежность временных меток.
Типичные сценарии использования ((Низкоскоростная съемка <30 кадров в секунду)
| Сценарий применения | Роль временной метки программного обеспечения |
Рекомендуемые камеры
|
| Биологическая микроскопия (стандартная флуоресцентная/тканевая визуализация) | Управление данными, сортировка кадров, выравнивание в аналитическом программном обеспечении |
|
| Промышленная микроскопия (контроль материалов / металлография) | Поддерживает отслеживание партий, отслеживание изображений и базовое ведение журнала контроля качества. |
2. Временные метки оборудования
Аппаратные метки времени генерируются внутри ПЛИС камеры или схемы синхронизации в точный момент начала или окончания экспозиции. Они представляют собой истинное физическое время получения данных, не зависящее от задержки передачи или операционной системы.
Преимущества — высокая точность и детерминированное время.
Аппаратные метки времени предоставляют:
• Точность от микросекунд (мкс) до субмикросекунд
• Полная зависимость от времени передачи данных
• Стабильные, воспроизводимые выходные сигналы без дрожания.
• Соответствие 1:1 фактическому времени экспозиции сенсора
Это делает их незаменимыми для высокоскоростной съемки, синхронизированных экспериментов и измерений, критически важных по времени.
Ограничения — Зависят от аппаратного обеспечения и конструкции.
Для отображения аппаратных меток времени требуется:
• Высокоточная логика синхронизации в FPGA/ASIC
• Генераторы высокой стабильности (TCXO/OCXO)
• Точное определение времени экспозиции и компенсация задержки
• Синхронизированное кодирование потока данных
• Согласованность с форматами анализа SDK/драйверов
Поскольку особенности реализации различаются у разных производителей, интеграция между системами может потребовать дополнительной калибровки или проверки документации.
Стоимость и сложность разработки выше, чем временные метки программного обеспечения.
Типичные высокоскоростные приложения (>50 кадров в секунду)
| Приложения | Как помогают аппаратные метки времени | Рекомендуемые камеры |
| Биологические науки(высокоскоростная визуализация кальция или напряжения) | Записывает фактическое время экспозиции; синхронизирует лазеры через выходной триггер. |
|
| Физические науки(высокоскоростная съемка движений) | Обеспечивает абсолютную синхронизацию на уровне микросекунд для точной реконструкции траектории. | |
| Контроль полупроводниковых компонентов (Проверка пластин и панелей) | Синхронизация камеры на основе временных меток; обеспечивает отображение времени и положения на основе кодировщика. | |
| Интеграция приборов(камера + лазер + моторизованная платформа) | Служит в качестве общесистемного абсолютного эталона времени; обеспечивает координацию на уровне микросекунд. |
