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Was ist eine Hochgeschwindigkeitskamera?

Solche Fotos sind mit Hochgeschwindigkeitskameras möglich.
Solche Fotos sind mit Hochgeschwindigkeitskameras möglich. (©YouTube/Robakidze 2018)

Hast Du Dich auch schon gefragt, was genau eigentlich eine Hochgeschwindigkeitskamera ist? Und vor allem, was diese auszeichnet? Wir erläutern, was hinter diesem Begriff steckt und wo derlei Systeme genutzt werden.

Wenn Sony in seinen Smartphones eine Kamera verbaut, die 1000 Bilder pro Sekunde aufnehmen kann, wirkt das wahrlich beeindruckend – schließlich sind damit Videos in Zeitlupe möglich. Die meisten Smartphones zeichnen Videos in der Regel in 30 oder 60 Bildern pro Sekunde auf, Slo-Mo gerne auch in 240 fps, wie das iPhone 7 Plus. Doch all das sind Werte, über die Besitzer einer Hochgeschwindigkeitskamera nur müde lächeln können: Wer mit ihnen ein eine Sekunde langes Video aufnimmt, kann dieses auf mehrere Minuten Wiedergabedauer ausdehnen.

Wo Hochgeschwindigkeitskameras zum Einsatz kommen

Doch wo kommen solche speziellen Cams überhaupt zum Einsatz? Der Grundsatz gilt: überall dort, wo sehr kurze oder sehr schnelle Vorgänge aufgenommen werden müssen. Das ist einerseits bei Filmen der Fall, oftmals aber auch in der Wissenschaft. Dort dienen Aufnahmen mit einer Hochgeschwindigkeitskamera dazu, Vorgänge sichtbar zu machen und besser analysieren zu können. Viel unterscheidet die Hochgeschwindigkeitskamera nicht von einer herkömmlichen Kamera – außer eben der Tatsache, dass sie ungleich mehr Bilder pro Sekunde erfassen kann.

So zeichnen gängige Hochgeschwindigkeitskameras mühelos Hunderte oder gar Tausende Bilder in nur einer einzigen Sekunde auf. Zeitlupenaufnahmen haben als Grundlage oftmals 1000 bis 4000 Bilder pro Sekunde. Eine Beschränkung gibt es prinzipiell nicht, denn vor allem wissenschaftliche Kameras können sogar unfassbare mehrere Millionen Bilder pro Sekunde aufzeichnen. Damit ist die Aufnahme von Sequenzen möglich, die lediglich Mikro-/ oder Millisekunden dauern.

Diese Arten von Hochgeschwindigkeitskameras gibt es

  • Hochgeschwindigkeits-Filmkameras: 360 fps
  • Drehprismenkameras: 10.000 fps. Sie belichten, indem Film über ein Prisma laufen gelassen wird, statt Verschluss zu nutzen
  • Trommelkameras: 20.000 fps
  • Drehspiegelkameras: bis zu 25 Millionen fps

Bei heutigen hochauflösenden Hochgeschwindigkeitskameras kommen im Regelfall CMOS-Sensoren zum Einsatz. Diese können Aufnahmen in hoher Auflösung bei geringer Größe anfertigen, während die Leistungsaufnahme und Wärmeentwicklung gering ausfallen. Die volle Auflösung erreichen derartige Kameras aber nur bis zu einer bestimmten Aufnahmegeschwindigkeit, in der Regel sind das 500 oder auch 1000 Bilder pro Sekunde – bei neueren Kamerasystemen sind es sogar 7000 fps.

Wem das nicht ausreicht, der greift zu einem System mit (I)S-CCD Sensor, der auch bei bis zu 1.000.000 Bilder pro Sekunde seine volle Auflösung beibehält. Werden die definierten Aufnahmegeschwindigkeiten überschritten, muss die Auflösung reduziert werden. Denn: Der Mikroprozessor kann stets nur dieselbe Datenmenge pro Zeit stemmen. Bestenfalls 312 x 260 Pixel beträgt die Auflösung bei Hochgeschwindigkeitskameras, die eine Million Bilder pro Sekunde aufnehmen.

So sehen zwei typische Hochgeschwindigkeitskameras aus. (© 2018 Vision Research Inc.)

So funktioniert der Speichervorgang

Anders als herkömmliche Kameras verfügen spezielle Hochgeschwindigkeitskameras oftmals über einen internen oder auch externen Ringspeicher. Bedeutet: Nach dem Start der Kamera nimmt selbige permanent mit den definierten Parametern auf. Damit hört sie erst auf, wenn sie ein entsprechendes Trigger-Signal bekommt, das dem System mitteilt, dass der aufnehmende Vorgang abgeschlossen ist oder demnächst erfolgen soll. Auch nach dem Trigger-Signal wird eventuell noch verbleibender Ringspeicher mit weiteren Aufnahmen gefüllt, ehe der Vorgang beendet wird und die Aufnahmen weiter verwendet werden können.

Bei Langzeitrecord-Systemen kommt hingegen nicht die Ringspeicher-Variante zum Einsatz, stattdessen werden die Bilder sequenziell auf externe Speichermedien gesichert, womit die Aufnahmekapazität je nach verwendetem Medium schwankt. Bei derlei Systemen wird in der Regel ein RAID-Festplattensystem genutzt, womit die Aufzeichnungsdauer je nach Datenrate zwischen ein paar Minuten und ein paar Stunden schwankt.

Neben den elektrischen Trigger-Signalen sind moderne Kameras häufig mit der Möglichkeit ausgestattet, das Signal über die Aufnahme oder die Position der Kamera einzuspeisen. Zusätzlich verfügen einige Hochgeschwindigkeitskameras über Bild-Trigger, der durch bestimmte Aktionen im Bild ausgelöst wird, etwa bei bewegten Objekten, die von der Kamera-Firmware registriert werden. Mitunter sind GPS-Empfänger an Bord, womit die Aufnahme bei Erreichen einer bestimmten Position ausgelöst werden kann.

Zusammenfassung

  1. Hochgeschwindigkeitskameras zeichnen deutlich mehr Bilder pro Sekunde auf als herkömmliche Kameras
  2. Einsatz vor allem beim Film und in der Wissenschaft
  3. Hochleistungskameras mit (I)S-CCD-Sensor können bis zu 1 Million Pixel pro Sekunde aufnehmen
  4. Speicherung in der Regel auf internen oder externen Ringspeicher
  5. Permanente Aufnahme endet erst nach Erhalt eines Trigger-Signals
  6. Moderne Kameras sind mit Bild-Trigger ausgestattet, der durch bestimmte Bildaktionen ausgelöst wird

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