Kamera FireWire

Kamery FireWire wykorzystują standard magistrali IEEE 1394 do transmisji audio , wideo i danych sterujących. FireWire jest znakiem towarowym firmy Apple Computer dla standardu IEEE 1283.

Kamery FireWire są dostępne w postaci aparatów fotograficznych i kamer wideo , które dostarczają danych obrazu i dźwięku . Specjalna forma kamer wideo jest wykorzystywana w przemyśle , medycynie , astronomii , mikroskopii i nauce . Te specjalne kamery nie dostarczają danych dźwiękowych.

Różne formy kamer FireWire

Struktura

Podstawowa struktura kamer FireWire opiera się na następujących sześciu modułach :

Optyka

Budowa kamer FireWire

Kamery FireWire oparte są na układach CCD lub CMOS . Obszar światłoczuły, jak również piksele tych chipów, są małe. W przypadku aparatów ze zintegrowaną optyką możemy założyć, że optyka jest przystosowana do tych układów.

Jednak w dziedzinie fotografii profesjonalnej i półprofesjonalnej , a także w dziedzinie aparatów specjalnych, często stosuje się wymienną optykę. W takich przypadkach specjalista systemowy musi dostosować optykę i chip do zastosowania (patrz Integracja systemu ). Poza zwykłymi soczewkami , takimi wymiennymi soczewkami mogą być mikroskopy , endoskopy , teleskopy itp. Z wyjątkiem standardowego mocowania C i CS, mocowania wymiennej optyki są specyficzne dla danej firmy.

Przechwytywanie sygnału

Ponieważ działanie kamery FireWire zależy od sygnałów elektrycznych, moduł „przechwytywania sygnału” przekształca padające światło , jak również padający dźwięk na elektrony . W przypadku światła proces ten jest wykonywany przez układ CCD lub CMOS. Transformacja dźwięku jest wykonywana przez mikrofon .

Cyfryzacja

digitalizacji obrazu wynika ze struktury matrycy CCD lub CMOS. Dzieli obraz na piksele. Jeśli piksel zebrał wiele fotonów, wytwarza wysokie napięcie. Jeśli fotonów jest tylko kilka, powstaje niskie napięcie. „Napięcie” jest wartością analogową. Dlatego podczas drugiego etapu digitalizacji napięcie musi zostać przekształcone na wartość cyfrową przez przetwornik A/D . Teraz surowy obraz cyfrowy jest dostępny.

Mikrofon przekształca dźwięk w napięcie. Przetwornik A/D przetwarza te wartości analogowe na cyfrowe.

Wzmocnienie sygnału

Tworzenie koloru opiera się na filtrze kolorów, który znajduje się przed układem CCD lub CMOS. Jest czerwony , zielony lub niebieski i zmienia kolor z piksela na piksel. Dlatego filtr nazywany jest tablicą filtrów kolorów lub, od nazwiska jego wynalazcy, filtrem Bayera . Korzystając z tych surowych obrazów cyfrowych , moduł „wzmocnienia sygnału” tworzy obraz spełniający wymagania estetyczne . To samo dotyczy danych audio.

W ostatnim kroku moduł kompresuje dane obrazu i dźwięku i wyprowadza je - w przypadku kamer wideo - jako strumień danych DV . W przypadku fotograficznych mogą być wyprowadzane pojedyncze obrazy i ewentualnie komentarze głosowe w postaci plików.

Dziedziny zastosowań przemysłu, medycyny, astronomii, mikroskopii i nauki często wykorzystują specjalne kamery monochromatyczne . Rezygnują z jakiegokolwiek wzmocnienia sygnału , a tym samym wysyłają dane obrazu cyfrowego w stanie surowym.

Niektóre specjalne modele kamer kolorowych są w stanie przesyłać tylko nieprzetworzone dane obrazu cyfrowego. Takie aparaty nazywane są aparatami ColorRAW lub Bayer. Są często wykorzystywane w przemyśle, medycynie, astronomii, mikroskopii i nauce. W postaci aparatów fotograficznych są używane przez profesjonalnych fotografów. Półprofesjonalne aparaty fotograficzne często oferują opcjonalny RAW .

Wzbogacanie surowych danych cyfrowych odbywa się poza kamerą na komputerze, dzięki czemu użytkownik ma możliwość dostosowania ich do konkretnej aplikacji.

Interfejs

Pierwsze trzy moduły są częścią każdego aparatu cyfrowego. Interfejs jest modułem charakteryzującym kamerę FireWire . Opiera się na standardzie IEEE 1283, zdefiniowanym przez organizację „Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników”. Norma ta definiuje magistralę , która przesyła:

  1. krytyczne czasowo dane, na przykład wideo i
  2. dane, których integralność ma kluczowe znaczenie (na przykład parametry lub pliki).

Pozwala na jednoczesne korzystanie z aż 74 różnych urządzeń ( aparatów , skanerów , magnetowidów , dysków twardych , napędów DVD itp.).

Inne standardy, zwane „ protokołami ”, określają zachowanie tych urządzeń. Kamery FireWire najczęściej używają jednego z następujących protokołów:

AV/C
AV/C oznacza „Audio Video Control” i określa zachowanie urządzeń DV, na przykład kamer wideo i magnetowidów. Jest to standard zdefiniowany przez Stowarzyszenie Handlowe 1348. Odpowiada za to Grupa Robocza Audio/Video.
DCAM
DCAM oznacza „specyfikację aparatu cyfrowego opartą na 1394” i określa zachowanie aparatów, które wysyłają nieskompresowane dane obrazu bez dźwięku. Jest to standard zdefiniowany przez Stowarzyszenie Handlowe 1394. Odpowiada za to IIDC (Grupa Robocza ds. Oprzyrządowania i Kontroli Przemysłowej).
IIDC
IIDC jest często używane jako synonim DCAM.
SBP-2
SBP-2 oznacza „Serial Bus Protocol” i określa zachowanie urządzeń pamięci masowej, takich jak dyski twarde. Jest to ANSI utrzymywany przez NCITS .

Urządzenia korzystające z tego samego protokołu mogą się ze sobą komunikować. Typowym przykładem jest połączenie kamery wideo i magnetowidu. Tym samym, w przeciwieństwie do magistrali USB, nie ma potrzeby stosowania komputera sterującego. W przypadku wykorzystania komputera musi on być zgodny z protokołami urządzenia, z którym ma się komunikować (por. Wymiana danych z komputerami ).

Kontrola

Moduł sterujący koordynuje pozostałe. Użytkownik może określić swoje zachowanie poprzez:

  1. przełączniki na zewnątrz aparatu,
  2. magistrali FireWire za pomocą aplikacji lub
  3. hybryda dwóch pierwszych przypadków.

Aparaty fotograficzne

Profesjonalne i półprofesjonalne aparaty fotograficzne, a zwłaszcza tylne aparaty cyfrowe , oferują interfejsy FireWire do przesyłania danych obrazu i sterowania aparatem.

Przesyłanie danych obrazowych odbywa się w oparciu o protokół SBP-2 . W tym trybie aparat zachowuje się jak zewnętrzny dysk twardy, dzięki czemu umożliwia prostą wymianę plików zdjęciowych z komputerem (por. Wymiana danych z komputerami ).

Aby zwiększyć efektywność pracy w studiu fotograficznym dodatkowo można sterować aparatami fotograficznymi oraz cyfrowymi backami poprzez magistralę FireWire. Zwykle producent aparatu nie publikuje protokołu używanego w tym trybie. W związku z tym sterowanie aparatem wymaga specjalistycznego oprogramowania dostarczanego przez producenta aparatu, które w większości jest dostępne dla Macintosh i Windows .

Kamery wideo

Chociaż kompatybilność z magistralą FireWire występuje tylko w wysokiej klasy aparatach fotograficznych, zwykle była obecna w kamerach wideo przeznaczonych dla użytkowników domowych. Kamery wideo są w większości oparte na protokole AV/C . Definiuje przepływ danych audio i wideo, a także sygnały sterujące kamerą.

Większość kamer wideo zapewnia wyjście danych audio i wideo tylko przez magistralę FireWire („DVout”). Ponadto niektóre kamery wideo umożliwiają nagrywanie danych audio i wideo („DVout/DVin”). Kamery wideo wymieniają swoje dane z komputerami i/lub magnetowidami.

Specjalne kamery

W przemyśle, medycynie, astronomii, mikroskopii i nauce kamery FireWire są często używane nie do celów estetycznych, ale raczej do celów analitycznych. Wysyłają nieskompresowane dane obrazu, bez dźwięku. Kamery te są oparte na protokole DCAM (IIDC) lub na protokołach specyficznych dla firmy.

Ze względu na obszar zastosowania ich zachowanie znacznie różni się od działania aparatów fotograficznych lub kamer wideo:

  1. Ich obudowa jest niewielka i zbudowana głównie z metalu i nie wynika z ograniczeń estetycznych, ale raczej funkcjonalnych.
  2. Zdecydowana większość aparatów specjalnych nie oferuje zintegrowanej optyki, ale standardowe mocowanie obiektywu zwane „ mocowaniem C ” lub „mocowaniem CS”. Ten standard jest używany nie tylko przez obiektywy, ale także przez mikroskopy, teleskopy, endoskopy i inne urządzenia optyczne.
  3. Pomoce przy nagrywaniu, takie jak autofokus lub stabilizacja obrazu, nie są dostępne.
  4. Specjalne kamery często wykorzystują monochromatyczne układy CCD lub CMOS.
  5. Specjalne aparaty często nie stosują filtra odcinającego podczerwień ani optycznych filtrów dolnoprzepustowych, dzięki czemu unikają wpływu na obraz.
  6. Specjalne kamery wysyłają strumienie danych obrazu i pojedyncze obrazy, które są rejestrowane za pomocą zewnętrznego sygnału wyzwalającego . W ten sposób kamery te można zintegrować z procesami przemysłowymi.
  7. pamięci masowej nie są dostępne, ponieważ obrazy muszą być analizowane mniej więcej natychmiast przez komputer podłączony do aparatu.
  8. Zdecydowana większość kamer specjalnych jest sterowana za pomocą oprogramowania instalowanego na komputerze. Dlatego kamery nie posiadają zewnętrznych przełączników.
  9. Oprogramowanie aplikacyjne jest rzadko dostępne od ręki. Zwykle musi być dostosowany do konkretnego zastosowania. Dlatego producenci aparatów oferują narzędzia programistyczne przeznaczone do ich aparatów. Jeśli kamera korzysta ze standardowego protokołu DCAM (IIDC) , może być również używana z oprogramowaniem innych firm. Wiele komputerów przemysłowych i systemów wbudowanych jest kompatybilnych z protokołem DCAM (IIDC) (por. Struktura/Interfejs i Wymiana danych z komputerami ).

W porównaniu do aparatów fotograficznych lub wideo, te specjalne aparaty są bardzo skomplikowane. Jednak nie ma sensu używać ich w odosobniony sposób. Są one, podobnie jak inne czujniki, tylko elementami większego systemu (patrz Integracja systemu ).

Wymiana danych z komputerami

Kamery FireWire mogą wymieniać dane z dowolnym innym urządzeniem FireWire, o ile oba urządzenia używają tego samego protokołu (patrz Struktura/Interfejs ). W zależności od konkretnego aparatu, dane te są następujące:



Wymiana danych między kamerami FireWire a komputerami Po lewej: system specyficzny dla firmy Po prawej: system otwarty

Jeżeli kamera ma komunikować się z komputerem, komputer ten musi posiadać interfejs FireWire oraz korzystać z protokołu kamery. Dawne czasy kamer FireWire były zdominowane przez rozwiązania specyficzne dla danej firmy. Niektórzy specjaliści oferowali karty interfejsów i sterowniki , do których dostęp miał tylko ich program użytkowy. Zgodnie z tym podejściem oprogramowanie aplikacyjne jest odpowiedzialne za protokół. Ponieważ rozwiązanie to bardzo efektywnie wykorzystuje zasoby obliczeniowe, nadal jest wykorzystywane w kontekście wysoce specjalistycznych projektów przemysłowych. Ta strategia często prowadzi do problemów przy korzystaniu z innych urządzeń FireWire, takich jak np. dyski twarde. Otwarte systemy unikają tej wady.

Systemy otwarte oparte są na modelu warstwowym . Zachowanie pojedynczych warstw (płyta interfejsu, sterownik niskiego poziomu, sterownik wysokiego poziomu i interfejs API ) jest zgodne z ograniczeniami danego producenta systemu operacyjnego. Oprogramowanie aplikacyjne może uzyskiwać dostęp do interfejsów API systemu operacyjnego, ale nigdy nie powinno uzyskiwać dostępu do niższych poziomów. W przypadku kamer FireWire za protokół odpowiadają sterowniki wysokiego poziomu. Sterowniki niskiego poziomu i karty interfejsu wprowadzają w życie definicje standardu IEEE 1394. Zaletą tej strategii jest prosta realizacja oprogramowania aplikacyjnego, która jest niezależna od sprzętu i konkretnych producentów.

Szczególnie w dziedzinie aparatów fotograficznych i aparatów specjalnych stosuje się hybrydy między systemami otwartymi i systemami specyficznymi dla firmy. Płyty interfejsu i sterowniki niskiego poziomu zazwyczaj są zgodne ze standardem, podczas gdy powyższe poziomy są specyficzne dla firmy.

Podstawową cechą systemów otwartych nie jest wykorzystywanie interfejsów API producentów sprzętu, ale interfejsów systemu operacyjnego. Dla Apple i Microsoft temat „obraz i dźwięk” ma duże znaczenie. Według ich API - QuickTime i DirectX - są bardzo dobrze znane. Jednak w odbiorze społecznym sprowadzają się one do reprodukcji audio i wideo. W rzeczywistości są to potężne interfejsy API, które są również odpowiedzialne za pozyskiwanie obrazu.

W systemie Linux ten interfejs API nazywa się video4linux. Jest mniej wydajny niż QuickTime i DirectX, dlatego oprócz video4linux istnieją dodatkowe interfejsy API:

Dostęp do kamer FireWire pod Linuksem
Aparaty fotograficzne
Aparaty fotograficzne zwykle wykorzystują infrastrukturę Linuksa dla urządzeń pamięci masowej. Jedną z typowych aplikacji jest digiKam .
Kamery wideo
Dostęp do kamer wideo uzyskuje się za pomocą różnych interfejsów API. Obraz po prawej stronie przedstawia dostęp oprogramowania do edycji wideo Kino do API libavc1394 . Kino uzyskuje również dostęp do innych interfejsów API, które nie są pokazane na obrazku, aby uprościć sprawę.
Kamery specjalne
Najważniejszym API dla kamer specjalnych jest libdc1394 . Obraz po prawej stronie przedstawia dostęp aplikacji Coriander do tego interfejsu API. Coriander steruje kamerami FireWire opartymi na protokole DCAM (IIDC) i pozyskuje z nich obrazy.

Aby uprościć korzystanie z video4linux i dedykowanych interfejsów API, opracowano meta API unicap . Obejmuje ich fragmenty za pomocą prostego modelu programowania.

Integracja systemu

Często kamery FireWire są tylko trybikiem w większym systemie. Zazwyczaj specjalista systemowy używa wielu różnych komponentów do rozwiązania określonego problemu. Można to zrobić na dwa podstawowe sposoby:

  1. Podany problem jest wystarczająco interesujący dla grupy użytkowników. Typowym wskaźnikiem tej sytuacji jest dostępność oprogramowania aplikacyjnego od ręki. Przykładem jest fotografia studyjna.
  2. Omawiany problem dotyczy tylko określonej aplikacji . W takich przypadkach zwykle nie ma gotowego oprogramowania. Dlatego musi być napisany przez specjalistę systemowego. Przykładem jest pomiar blachy stalowej.

Wiele aspektów integracji systemu nie jest bezpośrednio związanych z kamerami FireWire. Na przykład oświetlenie ma bardzo duży wpływ na jakość pozyskiwanych obrazów. Dotyczy to zarówno zastosowań estetycznych, jak i analitycznych.

Jednak w kontekście realizacji oprogramowania aplikacyjnego istnieje szczególna cecha charakterystyczna dla kamer FireWire. Jest to dostępność ustandaryzowanych protokołów, takich jak AV/C , DCAM , IIDC i SBP-2 (por. Struktura/Interfejs i Wymiana danych z komputerami ). Korzystając z tych protokołów, oprogramowanie jest pisane niezależnie od konkretnego aparatu i producenta.

Pozostawiając realizację protokołu systemowi operacyjnemu i umożliwiając dostęp do zestawu API, oprogramowanie może być rozwijane niezależnie od sprzętu. Jeśli na przykład pod Linuksem aplikacja korzysta z API libdc1394 (patrz Wymiana danych z komputerami ), może uzyskać dostęp do wszystkich kamer FireWire, które używają protokołu DCAM (IIDC) . Korzystanie z API unicap dodatkowo umożliwia dostęp do innych źródeł wideo, takich jak przechwytywanie klatek.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=FireWire_camera&oldid=1130073291 ”