XSM高速度カメラ  PCダイレクト録画 - Thunderbolt3経由

（X-Stream mini）　-　操作の実際　　（2023.08.02更新）

■　小型高速度カメラ（XSM）の特徴

 

　

その1.　設置スペース。

 

カメラが小さくなったことにより、撮影現場での設置スペースをとらなくなりました｡

顕微鏡に取りつけて撮影したり、実験装置の中に組み込むことも（チャンバー内に組み込むことや自動車に搭載することも）可能になりました｡

　

その2.　長時間録画可能｡

 

撮影される画像は、操作PC内のDRAMもしくはSSD（HDD）に直接送られます。操作PCのDRAMの容量が多ければ長時間の録画ができます。

従来、高速度カメラは、高速で大量のデータを保存する関係上、録画時間や録画枚数に限界がありました。　

 

その3.　録画画像の迅速な保存｡

 

録画画像は、操作PCのDRAM内に保存されるので、録画後の画像再生が迅速に行えます。かつ、AVIファイルなどへの保存も迅速にできます。

カメラ内のメモリに保存する方式と比べて、迅速な画像保存ができるので、保存のために費やされる実験の中断時間を最小限に抑えることができます。　

 

その4.　レンズリモート操作

 

micro4/3用レンズを標準でサポートしているため、操作パソコンからリモートでフォーカス、絞り設定、ズーム設定が行えます。

カメラに手が届かない場所は、逐次フォーカスやズーミングが必要な場合に便利です。　

 

その5.　少ない電源ですむ｡

 

カメラの消費電力は、12VDCで2A（max.24W）です。

■ カメラの操作

 

カメラの操作は、IDT社が開発を続けている自社カメラ専用の操作ソフトウェア「Motion Studio」（モーションスタジオ）（ver.2.16.07）（2023.06リリース）で行います｡

操作ソフトウェア「Motion Studio」は、このシリーズの定番操作ソフトウェアで、非常に使いやすいものです｡

IDT社の開発する高速度カメラは、すべてこの操作ソフトウェアで操作することができます。

複数台のカメラを本ソフトウェアで同時撮影、保存を行えます。

 

Motion Studioはライセンスフリーなので、お客様のパソコンに自由にインストールして使うことができます。

また、カメラを接続していなくても、撮影された画像（AVIファイルなど)を再生して見ることができます。

このソフトの再生機能は洗練されていますので、パソコンに付属している動画ビュア（MediaPlayerなど）よりはるかに使いやすくなっています。（ただし、本ソフトウェアには音声機能はないので、音声動画を作ることや音声の再生はできません）。

最新のソフトウェア（Motion Studio）は、IDTジャパン(株)のWebサイトからダウンロードすることができます｡

 

このソフトウェアが使いやすい理由を以下に示します。

 

・ 1コマ毎の再生（コマ送り）が可能。　-　動画像をゆっくりと再生できる｡

・ 再生しているコマのフレーム数が表示されるのでコマ管理ができる。

　　　1,000コマ/秒で撮影された現象で、それが6コマの現象とわかると6/1000秒の時間と理解できて便利。

・ 再生速度を自由に選べる（コマ飛び = スキップ）機能がある。

・ トリム機能がある（再生したいフレームの範囲を設定できる）。

・ 画面の拡大が任意にできる。

・ 複数の動画像を開いて、コマ同期による再生が可能。

・ 開いた動画像を、別ファイルフォーマット（TIFF、JPEG、PNG、AVI、H.264/MP4など）に保存できる。

　　ROI（画像エリア）を再度設定することができる。また保存フレーム範囲（トリム）も設定できる。

・ 2つの動画ファイルを一つにして保存できる。

・ カーソルの発生ができるので、興味あるポイントの座標値を読み取ることができ

　保存もできる。　-　簡単な変位解析、速度解析ができる（データはcsv形式で保存可能）｡

 

　

カメラ構成｡ RTサンダーボルト3アダプタとカメラをUSB-Cケールで接続します。 電源、操作PCとの接続（サンダーボルト3ケーブル）、同期信号はすべてRTサンダーボルト3アダプターに接続します。 ノートパソコンと比較して、カメラの小ささが理解できます｡

 

■　XSMカメラ　概略仕様

XSMカメラシリーズは、以下に示すように5種類あります。

必要に応じて選びます。

それぞれの差違は、画素数と最高撮影速度です。

5種類の全てに白黒とカラー素子があります｡

　

項　　　目	XSM - HD	XSM - 1540	XSM - 3520	XSM - 4K	XSM - 5K
撮像素子	CMOS 固体撮像素子 カラー36ビット/白黒12ビット	←	←	←	←
画素数	1920 x 1080　画素	1440 x 1024　画素	2560 x 1440　画素	4096 x 2160　画素	5120 x 2880　画素
ピクセルサイズ	9.1 μm x 9.1 μm 17.4mm x 12.3mm	11.6μm x 11.6 μm 16.7mm x 11.9mm	7.5μm x 7.5μm 19.2mm x 10.8mm	3.9μm x 33.9μm 16mm x 8.4mm	3.5μm x 3.5μm 17.92mm x 10.08mm
レンズ	4/3型マイクロフォーサーズ　（Cマウントレンズ アダプター有）	←	←	←	←
最高撮影速度 @フル解像力	5,350コマ/秒	4,700コマ/秒	2,400コマ/秒	1,000コマ/秒	400コマ/秒
階調	10bit(白黒）、30bit（カラー）	←	←	←	←
最小露出時間	1 μs （ = 1/1,000,000秒） （1μs単位で、1/撮影速度 - 2μs までの設定可能）	←	←	←	←
撮影枚数＠フルフレーム、PC内DRAM8GB割当	約4,600枚	約4,500枚	約2,060枚	約1,160枚	約350枚
データ通信	Thunderbolt3	←	←	←	←
操作ソフトウェア	IDT社　MotionStudio	←	←	←	←
耐G性能	全方向 衝撃 200G、振動40G	←	←	←	←
カメラサイズ	58mm(W) x 47mm(H) x 44mm(L)	←	←	←	←
カメラ重量	約　200 g	←	←	←	←
電　源	DC12V 24W max. 標準ACアダプタはAC100V,50/60Hz	←	←	←	←
特　　徴	ハイビジョン対応｡最高速性能	安価版｡	水平2,560画素	水平4,096画素	水平5,120画素

　

1. 　カメラを固定しレンズを取りつける

カメラの固定は、カメラに装備されているカメラネジ穴を使って三脚に取り付けます。

カメラ取付ネジは、アメリカのインチ規格ネジ（1/4-20UNC）（写真左）です。

日本では、カメラネジとしてJIS規格にもなっています。

JIS規格のM6ネジに良く似ていますが、M6はネジピッチが少し細かく（M6ネジピッチは1mmでカメラネジは1.27mmピッチ）、外径が6mmで、カメラネジが6.35mmと若干太くなっています。

このネジはホームセンターなどでもよく見かけるようになりました。

カメラスタンドを使わずに自分で実験装置に取り付けたい場合は、このボルトを買い求めることができます。六角ボルトなどがよく出回っています。六角穴付ボルトはインチ専用の六角レンチが必要です。

 

XSMシリーズカメラに装備されているレンズマウントは、Cマウント、もしくはマイクロフォーサーズ（4/3型）マウントです（注文時に指定）。

撮像素子は、XSM-HDの場合、1画素9.1μm x 9.1μm 素子で、1,920 x 1,080画素です｡

撮像素子の大きさは、17.4mm x 12.3mm（対角線21.3mm）となります｡

この撮像素子サイズは、1形（1インチ）もしくは4/3型のCマウントレンズ（写真下の中央）を必要とします｡

2/3形（2/3インチ）Cマウントレンズでは、フル画面撮影で周辺部にケラレ（のぞき穴の視野現象）が生じます｡

フル画面で周辺部まで画質の良い撮影を行いたい場合は、一眼レフカメラ用レンズ（例えば、ニッコールレンズ）を使います｡

この時、ニッコールレンズがカメラに取りつけられるようにマウント変換アダプタ（例えば、F-Cマウントアダプタ）を使います。

キャノンEFマウントアダプタを用いればキャノンEFレンズを使うことができます。

このレンズでは、リモートフォーカス、リモートアイリス、リモートズームの利用が可能で、操作ソフトウェアMotionStudioから制御できます。

 

2.　カメラをアダプター（RT-Thunderbolt3 Adapter）に接続する

カメラヘッドは小型軽量で、撮像素子とそれを駆動する回路でできています。カメラ操作は、RT-Thunderbolt3アダプターを経由するため、カメラケーブルがTR-Thunderbolt3アダプターに接続されます。このカメラケーブルは、形状はUSB-Cケーブルで、5m長さがあり、不用意に外れないようにロックネジがついています。

ケーブル長さは5mが標準ですが、中継ケーブルエクステンダーを使って10mまで延長することもできます。

 

3.　パソコンとカメラを接続する

カメラとパソコンを接続するケーブルは、IDT社が提供するThunderbolt3ケーブルです。長さは0.8mでストレートケーブルです。ロックスクリューを用いて不用意に外れない配慮もされています。一般の操作PCヘ接続するため、このケーブルは長くすることができません。

4.　カメラに電源を接続する

カメラ用電源は、標準で付属しているACアダプター（商用100VACから12VDC、60Wを作る電源）使います。

RT Thundebolt3アダプタに接続します。

 

 

■ カメラレンズ着脱　- micro フォーサーズレンズ

右図に示すように、XSMカメラのレンズ着脱マウントはバヨネットマウント式になっています。

カメラ側に装着してあるバヨネットリングを回してレンズを着脱します。

画面からみ見て、リングを右側に回すとカメラレンズが緩み、反対側に回すと締め付けられて固定されます。

該当のレンズの上下を良く見てカメラにレンズを装着し、バヨネットリングを左に回して固定します。

回す角度はおよそ30°から45°です。

 

 

■ カメラネジ　- UNC1/4-20 ネジ

 

カメラネジは、カメラ底部にUNC 1/4-20がついています。（左写真）

通常のカメラネジです。

三脚などを利用してカメラを固定します。

 

カメラのケーブル結線は、右図のロックスクリュー付のUSB-Cケーブル1本です。

このケーブル1本で、カメラへの電源供給、カメラ通信コマンド送受信、画像転送（LIVE画像、録画画像）、同期信号送受信を行います。

ケーブルは標準で5m長です。

高速通信を行う関係上、カメラケーブルは長くすることができません。

5m長以上のケーブル接続を希望される場合は、IDTジャパン(株)にと言わせ下さい。

カメラケーブル配線

■　カメラの入/出力信号の説明

 

入力・出力信号の説明をします｡

　

▲ Trigコネクタ（Trig. IN  Trig. OUT）

トリガ信号は、カメラ撮影の記録タイミングを決める外部からの電気信号です。

（他社製品で、トリガー信号を別の意味で使われています。弊社製品で規定するSync.INと同義語として用いられているようですが、弊社で定義するTrig.IN信号は、一連の高速度で撮影する連続動画を終了させるための信号です。フレーム「0」を特定するための信号です｡）

コネクターは、BNCコネクタです。右の写真の一番左側がトリガー信号です。その右は、Trig. OUT信号で入力したトリガー信号と同時刻の信号を出力します（ただしTrig.OUTはオープンコレクタ出力 = 無電圧設定出力です）。

高速度カメラは撮影速度が速いために、単位時間当たりのデータ量が多くビデオテープやDVDなどに直接録画することが困難です｡

従って、このカメラを含め多くの高速度カメラでは、データの読み書きが速いRAMメモリが使われます｡

当然、有限枚数での記録（多くの場合数千枚程度）となるので、限られた枚数のどのタイミングで撮影を終了するかが重要になります｡

トリガ信号は、撮影の開始、もしくは終了をカメラに知らせる信号となります｡

例えば、100枚の画像を記録できるRAM領域を確保したとして、100枚をどのタイミングで撮影して終わるのかを、このトリガ信号で決定します｡

トリガ信号入力時点の設定（例えば、前50枚と後50枚の設定）は、操作ソフトウェア（Motion Studio）から行います。

設定は1枚単位で行え、任意の位置（最初、真ん中、最後、10%の時点など）に選択することができます｡

 

電気信号で行うトリガ信号は、

　

　　　* TTL（トランジスタ - トランジスタ ロジック）信号

　　　* CMOSのロジック信号

 

のいずれかで受け付けます｡

もしくは、リレー接点（無電圧）や手動のペンダントスイッチ、フォトカプラーのオープンコレクタなどの接点で行うことができます｡

ロジック信号は、立ち上がり信号（または、立ち下がり信号）のいずれかで送られてくるので、入力される信号に従って操作ソフトウェアで選択することができます｡

トリガ信号については、●技術ノートNo.3「トリガ」の項目を参照下さい｡

 

トリガ信号以外にパソコンの操作ソフトウェア上の「Trig」というボタンを押しても、同様の動作をさせることができます｡

パソコン上の「Trig」ボタンと、電気信号によるトリガ信号の違いは、タイミングの精度です｡

パソコンからのトリガ操作は、操作者がマウスをクリックして行うためにトリガタイミングが0.2秒〜0.4秒程度遅れます｡

電気信号によるトリガ信号は、数マイクロ秒以下なので、10,000コマ/秒（100μs単位の撮影）で撮影したとしてもフレーム間隔以内に入るため、「タイムゼロ」のタイミング遅れがほとんどありません｡

撮影対象によっては、現象の推移する時間タイミングを正確に知りたい場合があります｡

例えば、クルマの衝突実験などでは、クルマの衝突する瞬間をテープスイッチや歪みセンサー、光センサーなどで電気信号として取り出し、試験に使っている計測装置（加速度センサーなど）にタイム「0」信号を送っています。

この信号を高速度カメラにも送りタイム「0」を特定しておけば、センサーデータと画像の突き合わせや、時間経緯の解析に有効となります｡

 

▲ Sync.IN コネクタ

Sync.IN コネクタは、カメラに撮影毎の同期信号を入れる所です｡2000コマ/秒で撮影したければ2000HzのTTL信号 (5Vパルスのデジタル信号）を入れます。

また、複数のカメラを使ってカメラ相互の同期撮影したい場合に使います。

同期撮影を行う場合、カメラ（マスターカメラ）の同期信号の出力を、同期を行わせたい別のカメラ（スレーブカメラ）に送ります。

もしくは、同期信号を発生するタイミングパルスジェネレータ（IDT社製ではTiming Hub）を使って全てのカメラのSync. INに同期信号を入れます。

Sync. IN が接続されているカメラが「外部同期」モードになっていれば、カメラは絶えず Sync.IN からの信号をモニタし、信号が入る毎に撮影を行います｡

同期信号は、TTL（トランジスタ - トランジスタ ロジック）信号か、CMOSのロジック信号を使います｡

Sync. IN に入るロジック信号は、立ち上がり信号か立ち下がり信号の両方とも受け付けますので、操作ソフトウェアで指定します｡

 

▲ Sync.Out コネクタ（Sync. Out 1、Sync. Out 2）

Sync.Outは、カメラの撮影タイミング（正確には露出が開くシャッタタイミング）に合わせて電気出力が出るものです｡

他のカメラと同期撮影をさせる場合に、この出力信号を同期を受けるカメラに渡します。また、ストロボLED（IDT 120E）を同期発光させてストロボ撮影を行う場合や、パルスレーザと同期発振をおこなう場合にこの出力を使います。

Sync. OUT信号は、CMOSのロジック信号（5V）が出力されています。

ロジック信号は、立ち上がり信号か立ち下がり信号のいずれも出力可能ですので、操作ソフトウェア（Motion Studio）で指定します。

本製品には、同期出力信号が2系統装備されていて、Sync. OUT 1とSync. OUT 2があります。

2つあるのは、Double撮影モードのPIV（Particle Image Velocimetry）に使うもので、操作ソフトウェアからそれぞれの出力信号の遅延時間とパルス巾を設定することができます｡

 

▲ Event コネクタ

Eventは、長時間録画を行っている際に、録画後興味があった場所を即座に特定できるよう電気信号を入れてマーキングしておくものです。

立ち下がり信号ですので、ペンダントスイッチのON操作、リレーの接点信号、メイクコンタクト信号で機能します｡

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■　カメラ操作　　-　　カメラを実際に操作する

　

カメラの操作は、IDT社が開発しているカメラ操作ソフトウェア「Motion Studio」（モーションスタジオ）で行います｡

このソフトウェアは、Windowsパソコンで動作します｡

モーションスタジオは、IDT社及びRedlakeの高速度カメラのすべてに対応し、カメラ操作をすることができます｡

　

●　操作コンピュータ

「Motion Studio」が動く操作コンピュータは、以下のOSを持つパーソナルコンピュータです。

一般のパソコンで十分に操作することができます。

 

・Windows　7/8/10/11    64ビットモードを推奨。

 

　

64ビットパソコンは、性能が良いためLIVE画像や、撮影画像再生がスムーズに行えます。

画像のダウンロードも速くできます。

ただしAVは、コーデックが32ビットCPU対応のものがほとんどなので、32bit対応のコーデックを使ったAVI動画をメインに保存する場合は32ビット対応のMotionStudioが便利です。

 

さらに、これらコンピュータには、以下の環境が整っていることが望まれます。

 

・　Thunderbolt3　-　データの通信、ライブ画像表示、画像データのダウンロードを行います。

・　16GB以上のRAM　-　RAMが多いほど、録画枚数を多く設定でき操作は快適に動きます。

・　1TB以上のHDD　-　動画像を保存する場合に、ハードディスクの保存容量は大きい方が便利です。

・　1600x1200画素以上のモニタ画面　-　大きい画面の方が便利です。

・　 IntelCorei7以上のCPU　-　CPU性能が良いほど、画像表示がスムーズに行えます。

 

CPUの性能が劣ると、

・LIVE画像（ピント合わせなどコンピュータに表示させる画面）が滑らかに表示できず飛び飛びの画像になる。

・画像データのダウンロードが遅い｡

・ダウンロードした画像の再生が遅い｡

・複数画像を同時に読み出して同期再生する場合、再生が遅い。

・フリーズを起こしやすい｡

 

などの問題が起きます｡

 

　

　

　

●　起動

 

操作ソフトウェア（MotionStudio）をインストーラ用のUSBメモリ、もしくはインターネット経由でダウンロードしたインストールファイルを使って操作パソコンにインストールすると、右に示したMotion Studioのショートカットキーがパソコン画面に表れます｡

このショートカットキーをダブルクリックすると、下の画面が表れて操作ソフトウェアが立ち上がります。

 

MotionStudioは、64ビット対応OSの同一パソコンに32ビットモードと64ビットモードの2つのアプリケーションをインストールすることができ、必要に応じて使い分けることができます。XSMカメラでは、x64対応のMotionStudioの使用をお勧めします。

 

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●　メインメニュー

 

本ソフトは、下に示したメインメニューで示されるごとく、6つのメインプログラムから成り立っています。

 

●　カメラを開く　-　カメラを認識する

 

カメラの操作を行うため、上記の初期画面の6つの項目から「カメラ」を選択します。

「Motion Studio」は、IDT社の高速度カメラすべてに対応して同じ操作環境でカメラの操作をすることができます。

このメニューでは、本ソフトウェアで扱う高速度カメラのタイプを選択することができます｡

IDT社の高速度カメラは、タイプによってデータ通信を以下の方法で行っています｡

XSMカメラシリーズは、Thunderbolt3通信を使っています｡

・　USB2.0　-　一番簡単な接続。長距離通信は苦手。通信速度はコンピュータの管理のもとで決まる。MotionPro Yカメラ。

・　イーサネット　-　長距離通信、複数カメラの使用の場合便利。Nx、Os、CCMカメラなど。

・　CameraLink　-　高速通信。コンピュータに拡張ボードを挿入する必要あり。M3カメラ。

・　Thunderbolt3　-　超高速通信。XSMカメラ。

　

「カメラ」を選択すると、以下左のメニュー（カメラ列挙フィルター）が表示されますので、使用するカメラにチェックマークをして、「OK」ボタンを押します｡

XSMカメラでは、「XStream, XS-mini, XS-stick」を選択します。

使用するカメラを指定することで、コンピュータがカメラをサーチする時間を短縮することができます｡

下図右のカメラリストブラウザが開きます｡

 

このメニューでは、認識したカメラのリストを表示の他に、カメラ再度の認識や、名前の編集、カメラの再起動を行うことができます。

カメラが2台以上パソコンに接続されているときは、認識できるカメラがすべてリストアップされます｡

複数のカメラが認識された場合、カメラから使いたいカメラにチェックマークを入れ、「開く」ボタンをクリックします｡

 

　

クリックすると、以下の操作メインメニューが表れます｡

 

 

●　メイン操作画面

 

 

　

上に示された操作メニュー画面は、大きく分けて以下の4つに分かれます。

　

　　・中央部の画像エリア　　-　カメラからのライブ画像、再生画像を見るエリア｡

　　・右部の操作タブと操作メニュー　　-　カメラの撮影条件を設定するエリア。ライブボタン、撮影ボタン｡

　　・画面上部の操作管理アイコン　　-　ファイル管理や画像の拡大縮小、カメラの認識、オプション設定、すべて操作を行う

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　コマンドが格納されている。付属品のタイミングハブ操作、A/D変換装置操作などを行うエリア｡

　　・画面下部の画像再生メニュー　　-　撮影後の画像や保存した画像を再生する際の操作ボタン｡

　

最も頻繁に使うのは、メニュー右側にある「カメラ」タブです。

「カメラ」タブで、カメラのライブ画像を選択したり、撮影速度を決めたりします。録画枚数の設定や外部同期撮影設定、トリガー設定などは「録画」タブで行います。録画の再生は、画面下部にある再生メニューで行います。

 

　

カメラの各操作について説明します。

●　ライブのタブ

 

操作タブでは右に示す操作ボタンが配置されています。

 

 

・「録画」ボタン

このボタンを押すと、カメラは録画を開始します｡

録画終了は、基本的には「トリガー」ボタンで行います｡

電気信号を「Trig IN」端子から受け付けても録画を終了します。

トリガで録画を終了するのは録画モードが「Circular」（サーキュラー）の時です。

録画モードについては下記の「録画モード」を参照して下さい。

録画モードが「ノーマル」の時は、録画ボタンを押したと同時に録画が開始され、メモリが一杯になると録画が終了します｡

　

・「停止・スナップ」ボタン

ライブ画像を停止したり、録画を途中で ストップさせるときに使います｡

ライブ画像の時にこのボタンを押すと最後に取り込んだ画像をそのまま表示し続けます｡

これがスナップ 画像です｡カラーバランスを取るときや画素数設定をする際に使います｡

　

・「ライブ」ボタン

カメラからのライブ画像を表示します。ピント合わせや画角チェック、光量チェックに使います｡

　

・「トリガー」ボタン

このボタンを押すと録画を終了します。これを使うのは、録画モードが「Circular」（サーキュラー）の時です｡

トリガーは、このボタンの他にカメラの「Trig」信号入力によっても動作します｡

　

・「ストリーミング撮影開始」ボタン　

カメラを新たに増設した時や、イーサネット通信が途切れた時に再度認識させる場合に使います｡

 

 

「ライブ」タブには、さらに以下の3つのサブタブメニュー があります｡

 

 

「カメラ」　　-　カメラ撮影速度や露出時間の設定を行います｡

 

「録画」　　-　録画モード、トリガー設定を行います｡

 

「画像」　-　明るさ、ガンマ、カラーバランスなどを設定します｡

 

 

●　操作ソフトを使った撮影の流れ

 

簡単な撮影の流れを説明します。

 

1.　ライブボタンを押してカメラ画像を写し出します。

 

2.　カメラのフォーカス視野調整を行います。

 

3. 　撮影速度、露出時間  

など適切な設定を行ったのち、録画ボタンを押し録画を開始します。

4.　トリガ信号、トリガボタンによる録画を終了します。

 

5.　再生メニュー　 　にて録画された画像を再生します。

 

6.　再生確認の後、画像をパソコンにダウンロードします。

 

7.　次の録画を開始します。

 

 

 

●　「カメラ」タブ

 

「カメラ」タブでは、以下の項目を設定できます。

 

・センサーゲイン：

　　　カメラの感度設定です｡　0dB（=1 ）が標準感度で、

　　　3dB（=1.41 ）、6dB（=2.0）などの感度設定ができます｡

　　　光量が足りないときにゲインを上げますがゲインを上げると

　　　ノイズが多くなります｡

 

・レート［Hz］：

　　　撮影速度（コマ/秒）です｡

　　　このメニューでは、画像サンプリングの意味で

　　　Hz（ = ヘルツ）を採用していますが、撮影速度と同意語です｡

　　　 アイコンはLow Lightボタンで、上の「レート」で規定される

　　　露光時間とは別に長い露光時間を設定できるボタンです｡

　　　高照度の照明装置を点灯させずにピント合わせをする場合や

　　　視野を確認する場合に便利です｡

　　　このアイコンをクリックした時には、下の「露光時間」の設定で

　　　長い露光時間を設定できます。最長露光時間は33,000usです｡

 

・露光時間［μs］：

　　　画像一枚を撮影するのに要する露光時間です｡

　　　露出時間、Exposure Time とも言います｡

　　　単位は、マイクロ秒（μs） = 1/1,000,000、百万分の1秒

　　　で設定します｡直接キー入力できます｡

 

　　　 のボタンは、露光時間の数値を√2（=1.4）倍ずつ

　　　設定するスキップボタンです｡

　　　ボタンをクリックする毎に1.4倍露光時間が短くなったり、

　　　長くなったりします｡

　　　ラフな露出条件を決めるときに便利です｡

　　　ちなみに+1/2f のfとは、レンズの絞りのfから流用した

　　　もので、レンズ絞りの1/2絞りに相当する光量を露出時間で

　　　補うという意味が込められています｡

 

・露光モード：

　　　［Single］-　通常の撮影モードです｡

　　　［Double］　-　PIV（Particle Image Velocimetory）撮影に使うモードです｡

 

・自動露光：

　　　画面の明るさを都度チェックし、露出時間を自動的に調整することにより、

　　　適切な露光を行います。

　　　屋外実験などで天候によって明るさが変わったり、燃焼試験で対象物が明るく

　　　なったときに自動的に露出時間を抑えて適正露光にします。

 

・モーショントリガ：

　　　注視する画面の明るさ変化でトリガをかけるものです。

　　　この設定では、任意の画像範囲をトリガ検出エリアとして設定することができ、

　　　設定エリア内に明るい物体（もしくは黒い物体）が入った時トリガがかかります。

 

・ビニング：

　　　複数の画素を1画素と見なす機能です｡1x1（1画素）、2x2（4画素）、3x3（9画素）

　　　の設定ができます｡

　　　ビニングを行うと、1つの見かけ上の画素が大きくなり（画素数が減りますが）感度が上がります（明るくなります）。

 

・階調：

　　　画像の階調を設定します｡この階調の設定で暗部の階調を上げることができるので、

　　　相対的に感度を上げることができます。

　　　カメラは10ビット濃度（10,24階調）で録画され、10ビット濃度のうちの8ビット（256階調）を選択することができます。

　　　10ビット濃度から8ビット濃度を選択できるので3段階の設定ができます。

　　　上位8ビットが標準で下位ビットは感度が高くなります。

　　　下位ビットはノイズ成分も多いので、感度が上がる分ノイズ成分が増えて画質を犠牲した画像となります。

 

・ROI：

　　　Region Of Interestの略です｡画像領域を指定できます｡

　　　画像領域の指定は、画素数での設定ができます｡

　　　ROIの設定は、右のROI設定ボタン を押して詳細設定を行います｡

　　　詳細は、ROIの設定を参照下さい｡

 

・メモリ管理：

　　　機械ギア のアイコンをクリックするとカメラ内蔵のRAMメモリの管理を行うことが

　　　できます｡メモリは、セッションで小分けに撮影を行うことができます｡

　　　このアイコンをクリックすると、メモリ管理の詳細メニューが表れます｡

　　　詳細はメモリ管理の項目を参照下さい｡

 

 

 

●　「録画」タブ

 

 

・「録画モード」：

録画モードは、3種類あります｡

「Normal」：

通常の撮影モードで、トリガー信号を使わないモードです｡

このモードでは、「録画」ボタンを押すと直ぐに録画を開始します｡「フレーム」で設定した枚数を録画すると録画を停止します。

「Circular」：

トリガー信号を必要とする録画モードです｡

このモードで、「録画ボタン」を押すと録画を開始しますが「トリガー」信号が入るまで録画は終了されません｡

「トリガー」信号が入力されると、以下の「トリガー調整」で設定された

フレーム（撮影枚数）配分で録画が終了します｡

「BROC」：

Burst Rec On Command というモードです｡

このモードでは、トリガー信号が入ると、予め「BROC録画フレーム数」で

決められた枚数分だけ録画し、「フレーム」枚数に達するまで録画を連続的

に撮影していくモードです｡

例えば、一回の試験で20回程度現象が起きてその都度100コマ/秒で

50枚の撮影を行いたいとするときに以下のように設定します｡

 

　　　「フレーム」 = 1000

　　　「BROC録画フレーム数」=50、

　　　「レート」 = 100 Hz

 

・「フレーム」：

　　録画する撮影枚数です｡右の参考例では1000と設定されています。

　　この項目の右に示された数値（秒数Sの単位表示）は、

　　指定した録画枚数が時間換算にしてどのくらいの時間（秒）

　　録画できるかを 示したものです｡

　　この時間は、フレーム/レート で算出した値となります｡

 

・「BROC」：

　　BROC = Burst Rec On Commandモードで有効になる入力数値です。

　　トリガー信号を受け付けた時に指定した枚数分の撮影を行います｡

　　この枚数を、例えば50枚と設定し、その左横の「フレーム」を1000枚と設定すると、

　　トリガー信号は、20回分（←1000/50 = 20）受け付けることになります。

 

・「フレーム同期」：

　　内部同期と外部同期の2つが選択できます｡

　　内部同期は、カメラ内部の発信器で撮影を行うもので、外部同期は、

　　RT Thunderbolt3 アダプターの「Sync. IN」に入る同期信号によって撮影を行います｡

 

・「同期設定」：

　　「Sync. IN」に入力される電気信号の選択ボタンです｡

　　Edge-High（立ち上がり）とEdge-Low（立ち下がり）の二種類があります｡

 

・「トリガー設定」：

　　「Trig. IN」に入力される電気信号の選択ボタンです｡

　　Edge-High（立ち上がり）とEdge-Low（立ち下がり）とSwitch Closure（手動スイッチ、リレー接点）

　　の三種類があります｡　

　　トリガ信号については、●技術ノートNo.3「トリガ」の項目を参照下さい｡

 

・「トリガー調整」：

　　トリガ信号を撮影フレーム数のどの位置でかけるかの設定です｡

 

・「アドバンス」：

　　トリガ信号、同期信号の詳細設定です。遅延時間設定、信号モード（立ち上がり、立ちさがり）設定などを行います。

 

・メモリ管理：

　　　機械ギア   のアイコンをクリックすると、カメラ内蔵のRAMメモリ管理が行えます。

　　　メモリは、セッションで小分けに設定でき、セッション毎に撮影ができます。

　　　このアイコンをクリックすると、メモリ管理の詳細メニューが表れます｡

　　　　詳細はメモリ管理の項目を参照下さい｡

 

・SSDオプション：

　　　XSMカメラにはカメラ内部にメモリがなくSSDも装備していないので、この機能は有効にはなりません。

 

 

●　「画像」タブ

 

画像のカラーバランスを調整するタブです｡

 

・　ホワイトバランス：

　　　光源によって変わる白のバランスを調整する機能です｡

 

・　デフォルトカラー：

　　　カラー画像に最適なカラーバランを設定をするボタンです。

 

・　アドバンスカラー ：

　　　ホワイトバランスの詳細設定です｡

 

・　JPEG圧縮：

　　　JPEG圧縮の度合い設定です。

 

・　シャープネス：

　　　画像のシャープさを設定します｡

 

・　ブライトネス：

　　　明るさを調整します｡

 

・　コントラスト：

　　　コントラストを調整します｡

 

・　ヒュー：

　　　色相調整を行います｡色合い調整ができます。

 

・　サチュレーション：

　　　色の濃さを調整できます｡

 

・　ガンマ：　階調度合いを設定します｡

 

・　LUT：　ルックアップテーブルです｡

 

・　デフォルト：　画像設定を初期設定に戻します。

 

　

 

 

●　撮影画像のダウンロード

 

撮影された画像をPCにダウンロードします。

メインメニューの保存ボタンを押すと右の保存メニューが現れます。

このメニューから、保存先フォルダーの設定やフォルダー名の設定、画像ファイルフォーマットの設定、ファイル名、保存範囲、再生速度などが設定できます。

設定後、「保存」ボタンを押してPC内の希望する場所に録画画像を保存します。

 

保存するファイルフォーマットは、ファイル形式のボタンから以下に示すような一覧が表示されるので、希望するフォーマットを指定して保存します。

ファイルフォーマットでよく知られたものとしては、TIFF、BMP、Jpeg、PNGがあり、動画ファイルフォーマットとしては、AVI、MPEG、MP4などがあります。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

●　ROIの編集

 

ボタンを押すと、以下のメニューが表れます。

このメニューでは、撮影画像の大きさや位置を自由に決めることができます。

また、希望する画素の大きさで撮影可能な最大撮影速度も表示されます。

上のROIの編集画面の左欄は、予め設定された画素数構成で、ここをクリックすると設定画素数での画面になります。

中央の画像画面はROIを設定する画面で、赤い枠が設定枠です。

設定枠は、カーソルを使って任意に大きさと位置を設定できます。

赤枠の位置情報は、下欄の数値、すなわち赤枠の左上部の座標（X始点、Y始点、横サイズ、縦サイズ）に反映されます。

この欄に直接キーインして赤枠の位置を指定することもできます。

赤枠を指定した際の最高撮影速度（最高フレームレート）、SSDの最高ストリーミングレート、最大録画枚数、最長録画時間がが計算されて表示されます。

左欄下部の二つの設定ボタンで、「中央部に設定」は赤枠を画像の中心に設定するボタンであり、「リセット」は最大画素サイズに戻すものです。

　

　

●　メモリ管理

 

ボタンを押すと、下のメニュー「アクイジションの詳細設定」画面が表れます。

このメニューでは、カメラ録画に割り当てられたメモリを確認し、一度の撮影にどれだけのメモリが割り当てられるかを確認することができます。メニュー下部に赤色と緑色のバーが表示されています｡

 

 

赤色は、撮影が終了したメモリ部で、グリーンが使われていないメモリ部です。

撮影が終了していないメモリは青色で表示されます。

上で示されているメニューの場合、メモリは12GBが割り当てられていてその中の1000枚分が撮影のために割り当てられ、割り当て分の撮影が終わったことがわかります。

また、このメニューでは、録画メモリの管理や画像の保存の設定が行えます｡

　

・セッション名：

画像を保存する際には、セッション名で定義されたフォルダが希望するディレクトリーに作られます。

セッション名は自由に作ることができます。

「□同じ名前をこのアクイジションにつける」にチェックを入れるとセッション名の中に作られるフォルダー名が同じになります。

 

・フォルダー：

この設定では、セッション名で定義されたフォルダの中に実験毎にここで定義されたフォルダが作られ、その中に画像がダウンロードされます。

上の例では、「XSMテスト」というセッションのフォルダーの中に「Test2022_nnn」というフォルダができます。

nnnは、001から始まる連番でダウンロード毎に番号が割り振られます。

　

・画像プリフィックス：

画像につけられる名前です。上の例ではXSM_Testと定義されているので、ファイル名はXSM_Test_nnn.XXXとなります。

nnnは連番ファイルでフレーム番号となります。XXXは、jpg、BMP、AVIなどの拡張子です｡

 

・コメント：

ダウンロードする画像にコメントをつける機能です。

 

・フレーム：

録画する枚数の設定を行います。「最大録画枚数」ボタンを押すと最大枚数が設定されます。

この欄の右に表示される数値は設定枚数に対する録画時間です。

　

・ファイル形式：

 

画像を保存するファイル形式は上に示すように多くのフォーマットに対応しています｡

画像の保存は、以下のフォーマットでは連番ファイルとしてフォルダに保存されます。

 

　　・ TIFF

　　・ BMP

　　・ JPG

　　・ PNG

 

この他に、以下のファイルでは連番としてではなく一つのファイルで保存できます。

 

　　・ TIFF

　　・ Bayer

　　・ MCF

 

また、動画ファイルでは、

 

　　・ AVI

　　・ MPEG

　　・ MP4

　　・ QuickTime

 

のフォーマットファイルで保存できます。

 

・　保存先フォルダ：

この欄に表示されるフォルダーはフォルダーの置かれたディレクトリーを示します。

ディレクトリーを変更したい場合は、メニュー最下段左にある「オプション」をクリックしてディレクトリーを変更します。

 

・「新規」　-　新しいセッションを作るときにこのボタンを押します｡

　　　　　　　このボタンを押すと新しいセッションの定義メニューが表れます｡

 

・「削除」　-　作成したセッションを削除したいときにこのボタンを押します｡

 

・「全て削除」　-　このボタンを押すと小分けに分けられたすべてのセッションが削除され一つのセッションになります｡

 

・「全てに適用」　-　表示されている設定（画像プリフィックス、コメント、フレーム、ファイル形式）を全てのセッションに適用します。

●　プレイバック　（画像の再生）

 

録画された画像や、保存された画像を再生するときに使うメニューです｡

操作アイコンは、多くの動画再生ソフトと同じ形状なので容易に操作ができると思います｡

最上段にあるアイコンは、左から、 頭出し、一コマ逆転、逆転再生、停止、正転再生、一コマ再生、末尾出し、 という配列になっています｡

 

スライドバーを使ってドラッグすると動画をすばやく再生することができます｡

再生時、表示されている画像が何枚目に当たっているのかを知るには、操作タブ上部に表示されているフレーム番号で確認できます｡

 

 

スライドバーの下にある「▲」は、タイム「ゼロ」を示すものです｡

初期設定ではフレーム「0」がタイムゼロとなりますが、下の ゼロフレームボタンで任意に変更、設定できます｡

希望するフレームを「0」フレームとしたい場合、たとえば20フレーム目を「０」フレームとしたいとき、表示フレームを「20」に合わせて、このボタン をクリックします｡

 

■トリムは撮影した画像を希望する範囲にカットする機能です。

 

 

スライドバー、もしくは連続 ボタン、コマ送りボタンを使ってトリム開始点を指定し、左端のセットボタンを押します（上の4画面のうちの左端画面）。

この画面では25フレームが開始フレームとなります（上画面左から二番目画面）。

さらに終了フレームを指定するためスライドバーなどで終わりのフレームを特定し、右端の「セット」ボタンを押します（上画面左から3番目）。

トリムを解除したい場合はリセットボタンを押します｡

 

ゼロフレーム設定ボタンの左にある右矢印ボタン は、一回だけの再生をするかエンドレス再生にするかの選択するボタンです｡

ボタンを押すとエンドレス再生表示になります。

Gotoボタンは、希望するフレームに移動させるボタンです。

このボタンを押すと希望するフレームをキーインするメニューが現れますので、そこでフレーム番号をキーインします｡

隣にある「スキップ」設定は間引きフレームを示します。

「0」の場合は毎フレーム毎の再生を行い、「1」とセットすると1コマ飛ばし、すなわち、1、3、5、・・・、の再生を行います。

 

再生時の再生速度は、レート［fps］欄で表示され1秒間の再生コマ速度を表示しています。

レート［fps］欄の右にある設定欄で希望する再生速度をセットします。再生に実際に再生される速度がその隣で表示されます。

再生速度は、コンピュータの性能と画像の大きさによって左右されます｡

また、スキップフレーム設定で表示するフレームをコマ飛ばしすることができます｡

左の二つのボタンは、一つは注釈でもう一つは画像に十字線を発生させるクロスヘアラインです。

注釈は、動画ファイルにコメントを入れるためのもので、「Motion Studio」で動画像を再生する場合にはこの注釈欄で書かれたコメントが表示されます｡

注釈は、画像ファイルのフレーム毎にもコメントを残すことができます｡

 

操作タブの下段に表示される「□ビューを同期」ボタンは、動画像が複数開かれている場合、それらの動画像を時間的に同期を取って再生する機能です｡

■　画像を開く

 

PCに保存された画像を開きます。

MotionStudioで開けられる画像はMotionStudioで保存した画像ファイルだけでなく他のカメラで撮影したAVIや連番ファイルも開けて見ることができます。

画像を開くには、操作メインメニューの「画像」をクリックします。

 

 

 

■　PCへのメモリ割当

 

カメラを操作するにあたっては、操作PCに画像データを一次保存するメモリエリアの確保が必要です。

PCのDRAM容量が多いほどたくさんの画像が撮影保存されます。

16GBのDRAMを持つPCであれば、8GBをOSに確保し残りの8GBをカメラからの録画領域に割り当てるようにします。

（PCのDRAMメモリの割り当ては、基本的に自動で行われますが、この項目に従って割り当てることができます。）

操作PC DRAM領域のメモリを割り当てるには、操作メインメニューの「オプション」（）をクリックし、右に示す設定画面を開いて希望する容量を設定します。

設定後、再度MotionStudioを立ち上げて、設定した DRAMメモリを確保します。メモリ設定後の撮影枚数の確認や設定はメモリ管理で行うことができます。

■　XSMカメラ ストリーミング機能

 

ストリーミング機能（Streaming）とは、高速度撮影の録画画像を操作PC内メモリへの書き込み速度と折り合いをつけて、メモリの続く限り連綿と録画を続けていく撮影方法です。

長時間の録画が必要とされる撮影応用に便利です。

ストリーミング撮影の原理を下図に示します。

画像データの転送は、カメラからThunderbolt3アダプタへの転送（Tc）、操作PCへの転送（Ta）、そして操作PC内のDRAMからSSDへの書き込み（Ts）と続きます。

 

自明のことながら、この転送経路の中でSSDへの書き込み（Ts）がもっとも遅い転送速度となります。

ここでの転送速度の制限によって、カメラの撮影速度が決まります。

ストリーミング速度はこの転送速度で決まります。

録画画像は、書き込みを速くするためオリジナル画像のRAWファイルで保存されます。

ストリーミング撮影を行うには、右に示すストリーミングボタン を使います。

このボタンを押すとストリーミング撮影モードになり、DRAM経由で で指定されたディスクにRAWファイルとして録画保存されます。

録画枚数は、に指定すると、指定されたディスクに保存できる限りの長い時間で、録画を連綿と続けます。

「Free」ポジションの状態で録画ボタンを押すと、一回目の「トリガー」ボタンで録画を開始し、2回目の「トリガー」ボタンで録画が停止します。

この時、録画モードが「Circular」の場合、プリトリガー枚数が反映されます。

保存ディスク詳細設定ボタン を押すと、左に示したブラウザが表示されます。

このブラウザではStreaming録画ができるディスクを表示し、その容量、空き容量を示します。

「ディスク速度テストを書き込む」ボタンを押すと、ストリーミング撮影できる最大録画速度を計算してその結果を表示してくれます。

このテストに従って撮影速度を決めます。

テスト結果速度での撮影では、ディスクが一杯になるまで録画を続けることができ、それ以上の速度設定では録画が撮影速度のデータに追いつかず、途中で強制終了されます。

録画が始まると、右に示すようなストリーミングモニタ画面が現れ、録画されるデータの書き込み状況を確認することができます。

表示されている3本のモニタリングバーは、一番上のバーが保存されるディスクの空き領域を示し、真ん中のバーはDRAMの使用状況、一番下のバーはThunderbolt3アダプタにあるバッファメモリの占有状況を示します。

多くの場合、DRAMメモリからSSDへ転送する速度が追いつかなくて真ん中のメモリバーが無くなって終了に追い込まれます。

撮影する前に録画時間の確認をしておく必要があります。

 

 

 

■　姉妹機　-　MotionXtra Os8カメラ

MotionXtra Osシリーズは、DDRとSSDを内蔵したコンパクトなカメラで耐G性能を持ちます。航空宇宙開発分野、自動車安全実験分野によく使われています。

 

●　カメラ撮像素子

・　撮像素子のタイプ：

　　10ビットCMOS固体撮像素子、グローバルシャッタ方式

　　（購入時、白黒素子、カラー素子いずれか指定、白黒のほうが

　　画質、階調、感度とも良い）

・　画素数：　Os8にて1600画素 x 1200画素｡

・　1画素の大きさ：　8.68 μm x 8.68 μm｡

・　撮像素子の大きさ：　13.9mm x 10.4mm　（対角線17.36mm）

 

●　撮影速度

・　フルフレーム（1,600 x 1,200画素にて）：　8,000コマ/秒

・　最高撮影速度（1,600 x 16画素にて）：　194,000コマ/秒

 

●　露出時間

・　最小露出時間（電子シャッタ）：　1μs（ = 1/1,000,000秒）

・　最大露出時間：　1/撮影速度 - 2μs

　　　（例：　1,000コマ/秒の時、　998μs）

・　設定露出時間：　1μs単位で上記範囲で任意に設定可能｡

・　ダブル露出機能（PIV撮影）：　可能（インターフレームは1μs）

　　（流れの可視化撮影、Particle Image Velocimetry = PIV 撮影に便利）

 

●　レンズ

・　1型 Cマウントレンズ

・　アダプタ使用にてNikon Fマウントレンズ使用可能

 

●　耐G性能

・　衝撃200G、　3軸方向にて

・　振動40G、　3軸方向にて

 

●　カメラ操作

・　汎用PC（パーソナルコンピュータ = デスクトップパソコン、ノートパソコン）を使用

・　操作ソフトウェア：　Motion Studio（モーションスタジオ）

　　　　IDT社Webサイトから最新のソフトウェアをダウンロード可能｡

・　対象パソコン：　Windows7/8/10

・　要求仕様

　　　　　-　CPU：　インテル　Corei5以上

　　　　　-　通信：　1000Base-T

　　　　　-　RAMメモリ：　8GB以上

　　　　　-　HDD：　500GB以上

　　　　　-　モニタ表示：　1600 x 1200画素以上

 

●　カメラフォーカス調整

操作ソフトウェア Motion Studioのライブ画像にてフォーカス調整

 

●　画像保存

・連番TIFF

・連番BMP

・連番JPEG

・AVI　動画ファイル

・MPEG　動画ファイル

 

●　カメラ大きさ

カメラ本体、63.5mm x 63.5mm x 68.6mm、重さは約600g

 

●　電源

36VDC、1A｡

電源は、標準でACアダプタがついていますが、オプションでバッテリ駆動が可能。

消費電力は、カメラ立ち上がりと録画中が27W、再生、ダウンロード時25W。

 

●　電気信号ユーティリティ

・　データ通信　　-　ギガイーサネット通信

・　トリガ信号　　-　BNCコネクタ｡TTLもしくはCMOSデジタル信号（立ち上がり、立ち下がり）

・　Sync.IN信号　　-　同上｡

・　Sync.Out信号　　-　同上

MotionXtra Os カメラ　広角レンズ装着外観　（耐Gプレート着用）

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