Hyper Vision HPV-X2
Extrémne citlivá vysokorýchlostná videokamera
Typ testu | 10 miliónov snímok za sekundu |
Typ | Mobilné zariadenie |
Mimoriadna citlivosť
Extrémna rýchlosť nahrávania
- ISO 16 000 - 6-krát vyššia citlivosť v porovnaní s bežnými fotoaparátmi,
najlepší vo svojej triede * - 10 miliónov snímok za sekundu - najlepšie vo svojej triede
- Vybavené funkciou synchronizovaného záznamu z dvoch kamier
- Umožniť priame ovládanie kamery komerčným softvérom na analýzu obrazu **
* Citlivosť ISO je referenčná hodnota.
** Podporovaný softvér je VIC-3D. (Pozri str. 14)
Vizualizačná technológia je jednou z hnacích síl
Sily stojace za pokrokom vo vede a technológii
Lekárska veda a technika dosiahli vďaka vizualizačnej technológii výrazný pokrok. Príkladom je napr.
vynájdenie mikroskopov, ktoré umožňujú rozšírené pozorovanie javov v mikroskopickej oblasti, neviditeľných
ľudskému oku nepostrehnuteľné röntgenové kontrolné systémy, ktoré umožňujú pozorovanie obrazu pomocou svetla pri
vlnových dĺžok a infračervené kamery. Naše oči nie sú schopné zachytiť javy, ktoré sa vyskytujú v časoch kratších ako 50 až 100 ms. V dôsledku toho sa stali vysokorýchlostné videokamery nevyhnutnými na zaznamenávanie javov, ktoré sa vyskytujú v časových intervaloch, ktoré nie je možné vidieť ľudským okom, a ich následné prehrávanie s nižšou rýchlosťou, aby sa dali vizualizovať.
Vysokorýchlostná videokamera Hyper Vision ako štandardný nástroj na vizualizáciu ultrarýchlych oblastí prispieva k
naše chápanie ultra vysokorýchlostných javov v rôznych oblastiach.
Početné predmety pozorovania vyžadujúce čas
Rozlíšenie jedna milióntina sekundy alebo menej
Letecké a kozmické vybavenie
- Prúdenie vzduchu pri testoch v aerodynamickom tuneli
- Vysokorýchlostné nárazové skúšky leteckých materiálov
- Správanie vysokorýchlostných lietajúcich objektov
- Generovanie a šírenie rázových vĺn
Automobily
- Správanie sa materiálov automobilových karosérií pri poruche
- Proces spaľovania v motoroch
- Proces vstrekovania v zariadení na vstrekovanie paliva
Pokročilé zdravotnícke vybavenie
- Proces uvoľňovania liečiva v systémoch na podávanie liečiv
- Proces tvorby a zániku mikrobublín, ktoré sa využívajú na sterilizáciu a ultrazvukovú diagnostiku
Spotrebná elektronika
- Materiály pre proces vypúšťania atramentu
- Proces zlyhania skla smartfónu
- Správanie zariadení MEMS používaných v projektoroch
Technológia vizualizácie, založená na vysokorýchlostnom zaznamenávaní a spomalenom prehrávaní javov prostredníctvom vysokorýchlostnej videokamery, sa široko používa v rôznych oblastiach.
Nižšie sú uvedené príklady oblastí, ktoré si vyžadujú vysokorýchlostné pozorovanie s časovým rozlíšením jednej milióntiny sekundy alebo menej.
Polovodičové
- Správanie plazmy v plazmových generátoroch
- Pozorovanie procesu zlyhania polovodičových zariadení
Priemyselné zariadenia
- Pozorovanie procesu obrábania na zváracích a obrábacích zariadeniach
- Analýza prevádzkových chýb výrobných zariadení
Suroviny a iné materiály
- Proces výroby nanomateriálov prostredníctvom atomizácie
- Proces denaturácie kovov
Letecká a kozmická oblasť
- Prúdenie vzduchu pri testoch v aerodynamickom tuneli
- Vysokorýchlostné nárazové skúšky leteckých materiálov
- Správanie vysokorýchlostných lietajúcich objektov
- Generovanie a šírenie rázových vĺn
Vysokorýchlostná zrážka transparentného laminátu s guľou živice
Testy CFRP pri zásahu bleskom
Testy úderu blesku sa používajú na skúmanie poškodenia plastov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP), ktoré sa čoraz častejšie používajú ako konštrukčné materiály pre lietadlá. Obrázok znázorňuje okamžité splyňovanie živice prúdom blesku, ktorý tečie pozdĺž smeru vlákien CFRP
Test v nadzvukovom aerodynamickom tuneli
Sonický tresk, rázové vlny generované ultrazvukovými osobnými lietadlami, spôsobujú na zemi hromový hluk, preto sa skúmajú aerodynamické konštrukcie ako prostriedok na zníženie tohto problému. Na obrázku je zobrazený test ultrazvukového aerodynamického tunela s rýchlosťou Mach 2. Jemné zmeny v prúdení vzduchu zachytáva vysokorýchlostná kamera.
Satelitný a raketový odpad, označovaný ako vesmírny odpad, obieha okolo Zeme vysokou rýchlosťou na satelitných obežných dráhach. Vesmírny odpad spôsobuje problémy, keď sa počas letu zrazí s kozmickou loďou a spôsobí jej poškodenie. Okrem toho v posledných rokoch pokročila premena častí lietadiel na plasty vystužené uhlíkovými vláknami (CFRP). Lietadlá však zažívajú zásahy bleskom a zrážky s vtákmi a krúpami počas letu, preto je potrebné vopred preskúmať odolnosť materiálov voči nárazom a škody spôsobené týmito udalosťami. Pri vývoji leteckých materiálov sa na skúmanie poruchového správania materiálov spôsobeného letiacimi objektmi vo vysokej rýchlosti a na skúmanie deformácie a poruchového správania materiálov spôsobeného nárazmi vo vysokej rýchlosti používajú vysokorýchlostné kamery. Okrem toho sa vysokorýchlostné kamery využívajú na vývoj generátorov ťahu, aerodynamický dizajn prostredníctvom testov v aerodynamickom tuneli, pozorovanie poškodenia pri testoch zásahu bleskom a základný výskum rázových vĺn, detonačných vĺn a iných javov súvisiacich s pohybom vlny pri vysokých rýchlostiach.
Na týchto obrázkoch je znázornený proces zlyhania spôsobený vysokorýchlostnou zrážkou guľôčky živice (nylonovej guľôčky) s blokom priehľadného laminátu (polykarbonátu). Obrázky znázorňujú vznik a rast trhlín vo vnútri bloku v dôsledku napäťovej vlny spôsobenej nárazom.
Poskytuje profesor Arai z univerzity Hosei, profesor Sato z JAXA, profesor Kawai z univerzity Kumamoto
Vysokorýchlostná zrážka transparentného laminátu s guľou živice
Z plynovej pištole sa vstrekuje živicová guľa rýchlosťou 3,5 km za sekundu. Vysokorýchlostná zrážka priehľadného laminátu so živicovou guľou sa zachytáva v systéme podsvietenia, ktorý je namierený proti kamere a stroboskopu.
Automobilový priemysel
- Správanie sa materiálov automobilových karosérií pri poruche
- Proces spaľovania v motoroch
- Proces vstrekovania v zariadení na vstrekovanie paliva
Vstrekovacia tryska (vstrekovač) pre automobilový motor
Kvapalné palivo sa vstrekuje zo vstrekovacej trysky motora. Analýza procesu atomizácie, pri ktorom sa palivo mení na jemné častice rovnakej veľkosti, je nevyhnutná pre vývoj vysoko výkonných a vysoko účinných motorov. Snímky znázorňujú, ako kvapalné palivo vstrekované vysokou rýchlosťou z pórov na hrote dýzy vytvára kužeľovitý film, ktorý sa potom mení na kvapôčky.
Poskytuje profesor Kawahara z univerzity Okayama
Zapaľovacie sviečky
Zaznamenaný obraz ukazuje, že medzi elektródami zapaľovacej sviečky dochádza k iskrovému výboju. Je zrejmé, že iskra je výrazne ohnutá vplyvom vstreknutého paliva z ľavej strany na pravú stranu obrazu. Poskytol profesor Kawahara z univerzity v Okayame
Vysokorýchlostná ťahová skúška plastov vystužených uhlíkovými vláknami (CFRP)
Obrázok znázorňuje porušenie CFRP vysokorýchlostným ťahovým skúšobným strojom. CFRP sa pri medznom zaťažení láme okamžite, takže na detailné zachytenie procesu lámania je potrebná rýchlosť záznamu 10 miliónov snímok za sekundu.
Proces atomizácie palív
Rýchlosť záznamu: 10 miliónov snímok za sekundu Šírka zorného poľa: Približne 1,2 mm.
Kvapalné palivo vstrekované z trysky sa zachytáva. So zväčšujúcou sa vzdialenosťou od dýzy sa kvapalný film mení na kvapôčky. Poskytol profesor Kawahara z univerzity v Okayame
Proces atomizácie palív
Na vývoj vysoko výkonných a vysoko účinných automobilových motorov sú potrebné podrobné pozorovania a analýzy konštrukčných prvkov motora. Patrí sem proces vstrekovania paliva pomocou vstrekovacích zariadení (vstrekovačov) a proces zapaľovania paliva pomocou zapaľovacích sviečok. Okrem toho sa aktívne pracuje na vývoji automobilových karosérií s využitím nových materiálov, ako sú ľahké a veľmi pevné plasty vystužené uhlíkovými vláknami (CFRP).
Pri vývoji takýchto nových materiálov je však potrebné pozorovať a analyzovať deformáciu a poruchové správanie materiálov pri náraze. V posledných rokoch sa deformačné správanie materiálov zaznamenané pomocou vysokorýchlostných kamier analyzuje pomocou softvéru na analýzu obrazu. Vykonávajú sa aj dynamické analýzy 2D alebo 3D rozloženia deformácií v materiáli. Okrem toho sa vysokorýchlostné kamery používajú na pozorovanie procesu spaľovania motora a správania airbagov.
Pozorovanie a analýza komponentov motora
Výtok zapaľovacej sviečky alebo vstrekovania paliva z trysky možno pozorovať čiastočne samostatne alebo pomocou vizualizácie motora a podrobne analyzovať.
Oblasti lekárskej starostlivosti a biotechnológie
- Proces uvoľňovania liečiva v systémoch na podávanie liečiv
- Proces tvorby a zániku mikrobublín, ktoré sa využívajú na sterilizáciu a ultrazvukovú diagnostiku
V oblasti liečby a biotechnológií sa rozvíja výskum využívajúci dynamiku tzv. mikrobublín, mikroskopických bublín s veľkosťou 1 až 100 mikrometrov. Keď sú mikrobublinky v tekutine vystavené ultrazvukovým vlnám, rozpínajú sa, zmršťujú a potom zanikajú, čo je proces, ktorý vytvára lokalizované, vysokorýchlostné prúdenie označované ako mikrostrek. V súčasnosti prebieha výskum týkajúci sa využitia tohto javu na otvorenie pórov v bunkách, aby sa gény a farmaceutické látky dostali priamo do buniek. Mikrobublinky sú veľmi malé, takže proces rozpínania, zmršťovania a ničenia prebieha veľmi vysokou rýchlosťou. Na analýzu tohto správania je preto potrebná vysokorýchlostná kamera s vysokou citlivosťou. Okrem toho sa vysokorýchlostné kamery používajú na pozorovanie správania ultrazvukových vĺn z ultrazvukových generátorov.
Proces deštrukcie mikrobublín v blízkosti rakovinových buniek pomocou ultrazvukových vĺn
Pokračuje výskum systému dodávania liekov, v ktorom sa mikrokapsuly obsahujúce farmaceutické látky a mikrobubliny zavádzajú do blízkosti rakovinových buniek. Pôsobením ultrazvukových vĺn sa kapsuly roztrhnú a farmaceutické látky sa potom dostanú do rakovinových buniek. Obrázky znázorňujú expanziu, kontrakciu a deštrukciu mikrobublín v blízkosti rakovinových buniek a mechanický vplyv tohto procesu na bunky.
Poskytuje Oddelenie bioinžinierstva a bioinformatiky na Univerzite Hokkaido
Vysokorýchlostná kontrakcia mikrobublín
Obrázky znázorňujú zmršťovanie a zánik mikrobubliniek v dôsledku elektrického výboja na špičke mikroskopickej trubice. Prebieha výskum mikroškál a iných aplikácií využívajúcich vysokorýchlostné prúdenie, ktoré vzniká pri zániku mikrobubliniek.
(Poskytuje Yamanishiho laboratórium na Technologickom inštitúte Shibaura)
Spotrebiteľská elektronika
- Proces vypúšťania atramentu
- Proces zlyhania vystuženého skla
- Správanie zariadení MEMS používaných v projektoroch
Vysokorýchlostné kamery sa používajú na pozorovanie vysokorýchlostných javov v mikrooblasti. Ide napríklad o pozorovanie procesu zlyhania krehkých materiálov, ako je vystužené sklo používané v mobilných informačných zariadeniach, proces vypúšťania atramentu v atramentových tlačiarňach a správanie zariadení MEMS používaných v projektoroch.
Atramentové tlačiarne
Pri vývoji atramentových tlačiarní je potrebné zväčšiť mikroskopické množstvo atramentu vypúšťaného z trysky a podrobne sledovať jeho správanie pomocou vysokorýchlostných kamier.
(Poskytuje docent Enomoto z Kanazawskej univerzity)
Polovodičové a priemyselné zariadenia
- Správanie plazmy v plazmových generátoroch
- Pozorovanie procesu porúch polovodičových zariadení
- Pozorovanie procesu obrábania na zváracích a obrábacích zariadeniach
- Analýza prevádzkových chýb výrobných zariadení
Laserový ablačný depozičný systém
Vysokorýchlostné kamery sa používajú na pozorovanie a meranie vysokorýchlostných javov. Patrí medzi ne správanie plazmy v leptacích systémoch, rozprašovacích systémoch a iných plazmových zariadeniach a procesy obrábania v laserových obrábacích systémoch, elektrických výbojových strojoch a rezacích strojoch. Okrem toho sa používajú na analýzu spôsobov porúch vrátane pozorovania momentu deštrukcie izolačnej vrstvy na polovodičových zariadeniach.
Zariadenie na tvorbu fólie laserovou abláciou
Ak je laserový impulz ožiarený na cieľovú látku, dochádza k oddeľovaniu povrchu látky (ablácii), vznikajú častice s
vyžarovanie svetla sa nazýva plume vyskočí. Laserový ablačný prístroj na tvorbu filmu využíva tento
fenomén, substrát, na ktorom sa má vytvoriť film, je umiestnený oproti cieľovej látke a film
usadzovanie častíc vytvorených abráziou na substráte. Obraz sa získava pozorovaním
proces tvorby a zániku oblaku s laserovými impulzmi vysielanými horizontálne zľava.
Poskytuje laboratórium Tanabe na Kjótskej univerzite
Poskytuje profesor Kawahara z univerzity Okayama
Dielektrický prieraz polovodičového zariadenia
Pozoruje sa dielektrický prieraz zariadenia MOS (kov - oxid - kremík, základ polovodičového integrovaného obvodu). Je zachytený proces rozkladu, pri ktorom sa tenkovrstvová kovová elektróda odlupuje od oxidovej vrstvy a zároveň vydáva záblesk.
Poskytuje laboratórium Sugawa Kuroda na univerzite Tohoku
FTCMOS2 Advanced,
Snímač sériového snímania novej generácie
Metóda Burst umožňuje veľmi rýchle nahrávanie
Pri typických vysokorýchlostných videokamerách sú pamäte na ukladanie obrazu umiestnené mimo obrazového snímača. Keďže počet výstupných odbočiek signálu je v porovnaní s počtom pixelov ohromne malý, prenos videosignálov z pixelov do pamätí musí byť sekvenčný sériový proces; preto sa nedá realizovať veľmi vysokorýchlostný záznam viac ako 1 milión snímok za sekundu. Naproti tomu sériový obrazový snímač Shimadzu má rovnaký počet zabudovaných pamätí ako počet zaznamenaných snímok. Okrem toho sú pixel a pamäte prepojené vodičom spôsobom jedna k jednej, aby sa úplne paralelne prenášal videosignál z pixelov do pamätí. To umožňuje realizovať veľmi vysokorýchlostný záznam s rýchlosťou 10 miliónov snímok za sekundu. Okrem toho, keďže nie je obmedzený počtom výstupných odbočiek signálu ako pri konvenčnom systéme sériového prenosu, je k dispozícii záznam s vysokým rozlíšením pri ultravysokej rýchlosti.
Snímač sériového snímania novej generácie založený na technológii CMOS
Bežné sériové obrazové snímače sú založené na technológii CCD, v ktorej je pamäť umiestnená vedľa pixelov. Výsledkom sú problémy so zníženou kvalitou obrazu v dôsledku úniku signálu z pixelov do pamäte. Snímač sériového obrazu Shimadzu FTCMOS preto využíva technológiu CMOS, v ktorej sú pixely a pamäť priestorovo oddelené, aby sa dosiahla vysoká kvalita obrazu bez úniku signálu. Okrem toho je pri snímači FTCMOS2 citlivosť na svetlo šesťkrát lepšia ako pri snímači FTCMOS vďaka použitiu nového procesu CMOS.
Poznámka: Senzory FTCMOS a FTCMOS2 boli vyvinuté v rámci spoločného výskumu s profesorom Shigetoshi Sugawom z Tohoku University. Patenty: 04931160, 04844853, 04844854
Zlepšený pomer signálu k šumu vďaka šesťnásobne vyššej citlivosti ako pri bežných zariadeniach
Svetelná citlivosť HPV-X2 sa v porovnaní s našimi bežnými produktmi šesťnásobne zvýšila vďaka použitiu obrazového snímača FTCMOS2. Výsledné zlepšenie pomeru signál/šum prináša jasnejšie snímky v porovnaní s bežnými výrobkami, ak sú optické systémy rovnaké.
Režim FP a režim HP
- Snímač FTCMOS2 má 100 000 pixelov a 12,8 milióna bitov pamäte.
- V režime FP je každému 128-bitovému pamäťovému prvku priradených 100 000 pixelov.
- V režime HP je každému 256-bitovému pamäťovému prvku priradených 50 000 pixelov.
- Maximálna rýchlosť záznamu v režime HP je 10 miliónov snímok za sekundu a počet zaznamenaných snímok je 256, čo je dvojnásobok počtu v režime FP. Rozlíšenie je však 1/2, teda 50 000 pixelov.*
* Pri zobrazovaní obrázkov pomocou softvéru a pri ukladaní obrazových údajov sú pixely, ktoré sa nepoužívajú v režime HP, doplnené softvérom, takže sa zobrazí alebo uloží ekvivalent 100 000 pixelov.
Nový obrazový snímač FTCMOS2
Konvenčný snímač obrazu FTCMOS
Režim HP (polovičný pixel) | Režim FP (Full Pixel) | |
---|---|---|
Max. Rýchlosť nahrávania | 10 miliónov snímok za sekundu | 5 miliónov snímok za sekundu |
Rozlíšenie | 50 000 pixelov | 100 000 pixelov |
Počet zaznamenaných snímok | 256 | 128 |
Funkcia vysokorýchlostného synchronizovaného nahrávania pomocou dvoch kamier
Presné synchronizované nahrávanie možno vykonávať pomocou dvoch kamier s frekvenciou 10 miliónov snímok za sekundu, takže vysokorýchlostné javy možno nahrávať súčasne z dvoch smerov. V kombinácii s komerčne dostupným softvérom na analýzu obrazu možno vykonávať aj analýzu 3D obrazu.
- Súčasné nahrávanie v dvoch smeroch pomocou dvoch kamier
- 3D analýza obrazu v kombinácii s komerčne dostupným softvérom na analýzu obrazu
Dvojsmerný simultánny záznam porušenia plastu vystuženého uhlíkovými vláknami (CFRP) pri skúške ťahom
Ovládací softvér kompatibilný so systémom Windows
- Dodáva sa ovládací softvér kompatibilný so systémom Windows. Stačí prepojiť kameru a počítač pomocou kábla LAN, nakonfigurovať jednoduché nastavenia a okamžite začať nahrávať vysokou rýchlosťou.
- Okrem špeciálneho formátu možno zaznamenané snímky ukladať v bežných formátoch, ako sú AVI, BMP, JPEG a TIFF.
Aplikácie
Kamera sa môže používať v kombinácii s komerčne dostupným softvérom na analýzu obrazu
- Vysokorýchlostné javy možno podrobiť analýze obrazu a numerickej analýze uložením zaznamenaných obrazov v bežnom formáte a ich následným načítaním do komerčne dostupného softvéru na analýzu obrazu.
- Na získanie rozloženia deformácií vzoriek počas skúšok materiálov možno použiť najmä komerčne dostupný softvér na analýzu rozloženia deformácií, ktorý funguje na princípe digitálnej obrazovej korelácie (DIC).
3-D deformačná analýza tenkej dosky CFRP
Deformačné správanie tenkej dosky CFRP pri zrážke s oceľovou guľôčkou vypustenou plynovou pištoľou pri nadzvukovej rýchlosti bolo zachytené dvoma vysokorýchlostnými kamerami. Pomocou softvéru 3D-DIC je možné analyzovať časovú zmenu rozloženia deformácie v smere kolmom na
tenkú dosku.
Poskytuje laboratórium Tanabe na Nagojskej univerzite
Softvér na analýzu 3D-DIC VIC-3D
(Možnosť: Correlated Solutions Inc.)
VIC-3D môže ovládať dve jednotky HPV-X2 priamo prostredníctvom
grafické používateľské rozhranie na vykonávanie vysokorýchlostnej trojrozmernej deformačnej analýzy.
*Aby bola k dispozícii funkcia priameho ovládania HPV-X2 pomocou VIC-3D, je potrebné získať licenciu
Okrem VIC-3D je potrebná aj overovacia súprava (S348-09838-01).