giới thiệu
Tốc độ khung hình, được đo bằng khung hình trên giây (fps), xác định số lượng hình ảnh mà máy ảnh chụp được mỗi giây. Hai tốc độ khung hình phổ biến là 30fps và 60fps. Mặc dù cả hai đều tạo ra video mượt mà nhưng chúng có những đặc điểm riêng biệt ảnh hưởng đến độ rõ nét của chuyển động, hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu, yêu cầu về băng thông và trải nghiệm tổng thể của người dùng. Hiểu được sự khác biệt là điều cần thiết khi chọn mô-đun camera cho các ứng dụng như an ninh, kiểm tra công nghiệp, nội soi y tế hoặc robot.
Thông tin cơ bản: 30 khung hình/giây so với. 60 khung hình/giây
30 khung hình/giây– Camera chụp được 30 hình ảnh khác nhau mỗi giây. Đây là tiêu chuẩn cho truyền hình, phim ảnh và nhiều webcam. Nó đủ mượt mà đối với hầu hết nhận thức của con người và đã được sử dụng trong nhiều thập kỷ.
60 khung hình/giây– Máy ảnh chụp được 60 hình ảnh mỗi giây. Tốc độ này gấp đôi tốc độ dữ liệu 30 khung hình/giây. Nó tạo ra chuyển động mượt mà hơn đáng kể, đặc biệt đối với các đối tượng chuyển động nhanh hoặc khi lia máy.
Sự khác biệt trở nên rõ ràng nhất khi bạn xem cùng một cảnh cạnh nhau. Video 60 khung hình/giây trông mượt mà hơn, trong khi video 30 khung hình/giây có thể hiển thị độ giật nhẹ khi chuyển động nhanh.
Chuyển động rõ nét
Ưu điểm chính của 60fps là chuyển động rõ ràng. Khi một đối tượng di chuyển nhanh trên khung hình, tốc độ khung hình cao hơn sẽ thu được nhiều vị trí trung gian hơn, giảm hiện tượng nhòe và giật hình khi chuyển động.
30 khung hình/giây– Có thể chấp nhận được đối với chuyển động chậm hoặc vừa phải. Ví dụ như một người đi bộ, một băng chuyền di chuyển với tốc độ thấp hoặc một camera an ninh cố định.
60 khung hình/giây- Cần thiết cho chuyển động nhanh. Ví dụ bao gồm máy bay không người lái dành cho xe đua, cánh tay robot chọn các bộ phận ở tốc độ cao hoặc máy ảnh thể thao ghi lại cú giao bóng quần vợt.
Đối với mô-đun máy ảnh 4k, tốc độ 60 khung hình/giây cung cấp video 4K siêu mượt nhưng tốc độ dữ liệu phải trả gấp đôi so với 30 khung hình/giây.
Hiệu suất ánh sáng yếu
Tốc độ khung hình ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian phơi sáng. Để duy trì độ sáng nhất định, máy ảnh phải giữ cửa trập mở lâu hơn khi tốc độ khung hình thấp hơn.
30 khung hình/giây– Mỗi khung hình có thể được hiển thị tối đa khoảng 33 mili giây (1/30 giây). Điều này cho phép nhiều ánh sáng đến được cảm biến hơn, cải thiện hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu.
60 khung hình/giây– Mỗi khung hình chỉ có thể được hiển thị tối đa khoảng 16 mili giây (1/60 giây). Điều này làm giảm một nửa khả năng thu thập ánh sáng nên hình ảnh sẽ tối hơn hoặc nhiễu hơn trong cùng điều kiện ánh sáng.
Do đó, đối với một cảm biến và ống kính nhất định, mô-đun máy ảnh 30 khung hình/giây sẽ hoạt động tốt hơn trong môi trường thiếu sáng so với cùng một máy ảnh chạy ở tốc độ 60 khung hình/giây. Nhiều máy ảnh tự động giảm tốc độ khung hình trong điều kiện ánh sáng yếu để bù lại.
Băng thông và lưu trữ
Tốc độ khung hình cao hơn tạo ra nhiều dữ liệu hơn, điều này ảnh hưởng đến yêu cầu lưu trữ và băng thông truyền tải.
30 khung hình/giây– Đối với mô-đun usb máy ảnh 1080p sử dụng tính năng nén MJPEG, tốc độ dữ liệu chỉ bằng một nửa so với 60 khung hình/giây. Điều này dễ dàng hơn trên giao diện USB 2.0 và tiêu tốn ít dung lượng lưu trữ hơn.
60 khung hình/giây– Yêu cầu băng thông gấp đôi. Mô-đun máy ảnh USB phải sử dụng USB 3.0 hoặc giao diện MIPI tốc độ cao để xử lý 60 khung hình/giây ở 1080p hoặc 4K. Yêu cầu lưu trữ cũng tăng gấp đôi trong cùng thời lượng ghi.
Đối với mô-đun máy ảnh Raspberry Pi, có thể quay 1080p ở tốc độ 60 khung hình/giây bằng Raspberry Pi 4 hoặc 5, nhưng tải CPU và tốc độ ghi thẻ SD có thể trở thành điểm nghẽn.
Độ trễ và phản hồi theo thời gian thực
Đối với các ứng dụng tương tác – chẳng hạn như điều khiển máy bay không người lái hoặc vận hành từ xa bằng robot – độ trễ thấp hơn là rất quan trọng. Tốc độ khung hình góp phần tạo ra độ trễ từ đầu đến cuối.
30 khung hình/giây– Độ trễ tối thiểu theo lý thuyết là khoảng 33 ms (thời gian để chụp toàn khung hình), cộng thêm độ trễ xử lý và truyền tải.
60 khung hình/giây– Độ trễ tối thiểu theo lý thuyết là khoảng 16 ms – bằng một nửa so với 30fps. Điều này mang lại cảm giác nhạy hơn.
Tuy nhiên, độ trễ thực tế còn bị ảnh hưởng bởi giao diện camera (USB thêm độ trễ nhiều hơn MIPI) và tốc độ làm mới màn hình.
Khả năng tương thích và sức mạnh xử lý
Không phải tất cả các thiết bị đều có thể xử lý video 60fps.
30 khung hình/giây– Được hỗ trợ bởi hầu hết tất cả các máy tính, điện thoại thông minh và bảng mạch nhúng. Mô-đun usb máy ảnh tiêu chuẩn có UVC hoạt động ở tốc độ 30 khung hình/giây qua USB 2.0.
60 khung hình/giây– Yêu cầu nhiều năng lượng CPU/GPU hơn để giải mã và xử lý. Máy tính bảng đơn giá rẻ có thể gặp khó khăn khi hiển thị 1080p ở tốc độ 60 khung hình/giây. Đối với mô-đun máy ảnh 4k ở tốc độ 60 khung hình/giây, bạn cần bộ xử lý cao cấp và giao diện nhanh (USB 3.0 hoặc MIPI).
Ví dụ: mô-đun máy ảnh Raspberry Pi có thể xử lý 1080p@60fps bằng giao diện MIPI CSI nhưng có thể giảm khung hình nếu bạn cũng chạy các thuật toán thị giác nặng.
Bạn nên chọn cái nào?
| Ứng dụng | Tốc độ khung hình được đề xuất | Lý do |
|---|---|---|
| Giám sát an ninh (trong nhà) | 30 khung hình/giây | Đủ cho hầu hết chuyển động; hiệu suất ánh sáng yếu tốt hơn |
| Kiểm tra công nghiệp (băng tải nhanh) | 60 khung hình/giây | Ghi lại hình ảnh sắc nét của các bộ phận chuyển động |
| Nội soi y tế (tim, dây thanh âm) | 60 khung hình/giây | Giảm độ mờ chuyển động để mô chuyển động nhanh |
| Cuộc đua máy bay không người lái / FPV | 60 khung hình/giây trở lên | Độ trễ thấp và video mượt mà để thử nghiệm |
| Hội thảo trên web | 30 khung hình/giây | Đủ; tiết kiệm băng thông |
| Sản xuất video 4K | 60 khung hình/giây | Cần thiết để chỉnh sửa chuyển động chậm và video độ phân giải cao mượt mà |
| Dự án tầm nhìn Raspberry Pi | 30 khung hình/giây | Tải CPU ít hơn; dễ dàng hơn để xử lý |
Ví dụ thực tế
Mô-đun máy ảnh USB cho webcam máy tính để bàn- 30fps là quá đủ rồi. Bạn sẽ không nhận thấy sự khác biệt và CPU của bạn vẫn mát mẻ.
Mô-đun camera 4k cho robot tự động– Nếu robot di chuyển nhanh, tốc độ 60fps giúp phát hiện chướng ngại vật. Nhưng bạn cần một bộ xử lý mạnh mẽ và USB 3.0.
Mô-đun camera Raspberry Pi cho màn hình thực vật– 30fps là hoàn toàn ổn; 60fps sẽ lãng phí sức mạnh xử lý.
Bạn có thể chuyển đổi giữa 30 khung hình/giây và 60 khung hình/giây không?
Nhiều mô-đun máy ảnh cho phép bạn thay đổi tốc độ khung hình thông qua phần mềm. Ví dụ: Mô-đun máy ảnh USB tương thích UVC có thể được đặt thành 60 khung hình/giây ở 720p hoặc 30 khung hình/giây ở 1080p. Một số máy ảnh tự động giảm tốc độ khung hình trong điều kiện ánh sáng yếu. Kiểm tra trình điều khiển hoặc thư viện máy ảnh của bạn (ví dụ: libCamera trên Raspberry Pi, OpenCV trên PC).
Phần kết luận
Sự khác biệt giữa máy ảnh 30 khung hình/giây và 60 khung hình/giây nằm ở độ rõ nét của chuyển động, hiệu suất trong điều kiện ánh sáng yếu, băng thông, độ trễ và nhu cầu xử lý. 60khung hình/giây mang lại chuyển động mượt mà hơn và độ trễ thấp hơn nhưng lại phải trả giá bằng việc giảm độ nhạy ánh sáng yếu, nhu cầu bộ nhớ cao hơn và sức mạnh xử lý lớn hơn. 30khung hình/giây vẫn là lựa chọn đáng tin cậy, hiệu quả cho hầu hết các ứng dụng. Khi chọn mô-đun máy ảnh – cho dù là mô-đun usb máy ảnh, mô-đun máy ảnh 4k hay mô-đun máy ảnh Raspberry Pi – hãy xem xét tốc độ, điều kiện ánh sáng và khả năng hệ thống của đối tượng. Thông thường, 30 khung hình/giây là đủ; khi bạn cần ghi lại hành động nhanh, tốc độ 60 khung hình/giây là điều đáng cân nhắc.
Nếu bạn cần một mô-đun máy ảnh tùy chỉnh với tốc độ khung hình ưa thích, hãy liên hệ với Chân thành. Chúng tôi thiết kế và sản xuất các mô-đun máy ảnh phù hợp với ứng dụng của bạn.
