高速度カメラ

高速度カメラは、 1秒未満の露出で動画を撮影できる装置です。1/1 000⁠毎秒250フレームを超えるフレームレートで撮影された画像を指す。^[1]高速移動する物体を写真画像として記憶媒体に記録するために使用される。記録後、媒体に保存された画像はスローモーションで再生できる。初期の高速度カメラは写真フィルムを使用して高速イベントを記録していたが、現在は画像センサー（電荷結合素子（CCD）やMOSアクティブピクセルセンサー（APS）など）を使用する完全電子デバイスに取って代わられており、通常は毎秒1000フレーム以上でDRAMに記録し、ゆっくり再生して動きを観察することで過渡現象の科学的研究に利用されている。^[2]

高速度カメラは次のように分類できます。

1. フィルムに記録する高速度フィルムカメラ。
2. 電子メモリに記録する高速ビデオカメラ。
3. 複数の画像平面または同じ画像平面上の複数の場所に画像を記録する高速フレーミングカメラ^[3]（通常はフィルムまたはCCDカメラのネットワーク）
4. 一連の線サイズの画像をフィルムまたは電子メモリに記録する高速ストリーク カメラ。

通常の映画フィルムは毎秒24フレームで再生されるが、テレビは毎秒25フレーム ( PAL ) または毎秒29.97フレーム ( NTSC ) を使用する。高速度フィルムカメラは、シャッターを使用する代わりに回転するプリズムまたはミラー上でフィルムを流すことによって、最大25万fpsで撮影することができる。そのため、シャッターの後ろでフィルムを停止および開始する必要性が減り、そのような速度ではフィルムストックが破れることになる。この技術を使用すると、1秒間のアクションを10分以上の再生時間 (スーパースローモーション) に引き延ばすことができる。高速度ビデオカメラは、科学研究、^{[4] [5]} 軍事試験および評価、^[6]および産業で広く使用されている。^{[7]産業用途の例としては、機械をより適切に調整するために製造ラインを撮影したり、}衝突ダミーの乗客と自動車への影響を調べるために 自動車産業で衝突試験を撮影したりすることが挙げられます。今日、デジタル高速度カメラは、車両衝撃試験に使用されるフィルムカメラに取って代わっています。^[8]

Television series such as MythBusters and Time Warp often use high-speed cameras to show their tests in slow motion. Saving the recorded high-speed images can be time-consuming because as of 2017^{[アップデート]}, consumer cameras have resolutions up to four megapixels with frame rates of over 1,000 per second which will record at a rate of 11 gigabytes per second. Technologically these cameras are very advanced, yet saving images requires use of slower standard video-computer interfaces.^[9] While recording is very fast, saving images is considerably slower. To reduce the storage space required and the time required for people to examine a recording, only the parts of an action which are of interest or relevance can be selected to film. When recording a cyclical process for industrial breakdown analysis, only the relevant part of each cycle is filmed.

A problem for high-speed cameras is the needed exposure for the film; very bright light is needed to be able to film at 40,000 fps, sometimes leading to the subject of examination being destroyed because of the heat of the lighting. Monochromatic (black and white) filming is sometimes used to reduce the light intensity required. Even higher speed imaging is possible using specialized electronic charge-coupled device (CCD) imaging systems, which can achieve speeds of over 25 million fps. These cameras, however, still use rotating mirrors, like their older film counterparts. Solid state cameras can achieve speeds of up to 10 million fps.^[10][11] All development in high-speed cameras is now focused on digital video cameras which have many operational and cost benefits over film cameras.

In 2010 researchers built a camera exposing each frame for two trillionths of a second (picoseconds), for an effective frame rate of half a trillion fps (femto-photography).^[12][13] Modern high-speed cameras operate by converting the incident light (photons) into a stream of electrons which are then deflected onto a photoanode, back into photons, which can then be recorded onto either film or CCD.

• The show MythBusters prominently uses high-speed cameras for measuring speed or height.
• Time Warp was centered around the use of high-speed cameras to slow things down that are usually too fast to see with the naked eye.
• 高速度カメラは、国際クリケットの試合など、通常のスローモーションでは遅すぎる場合に、スローモーションのインスタントリプレイを行うために、多くの主要なスポーツイベントのテレビ番組制作で頻繁に使用されています。^[14]

科学の分野では、従来のフィルム速度では捉えきれないほど速い現象を捉えるために、高速度カメラが頻繁に使用されています。バイオメカニクスでは、カエルや昆虫の跳躍、 ^[15]魚の 吸盤摂食、シャコの打撃、ハトのヘリコプターのような動きの空気力学的研究^[16]など、高速動物の動きを捉えるためにこのようなカメラが使用されています。1台以上のカメラから得られるシーケンスの動きを解析し、 2次元または3次元で動きを特徴付けています。

フィルムからデジタル技術への移行により、特に連続録画とポストトリガーの使用により、予測できない行動に対するこれらの技術の使用の難しさは大幅に軽減されました。フィルム高速カメラでは、研究者はフィルムを開始し、フィルムが切れる前の短い時間で動物に行動をとらせようとする必要があります。その結果、動物の行動が遅すぎたり、まったく行動しなかったりする無駄なシーケンスが多数発生します。現代のデジタル高速カメラでは、^[17]研究者が行動を引き出そうとしている間、カメラは単に連続的に録画し、その後トリガーボタンを押すと録画が停止し、研究者はトリガーの前後の所定の時間間隔を保存できます (連続録画中のフレームレート、画像サイズ、メモリ容量によって決まります)。ほとんどのソフトウェアでは、録画されたフレームのサブセットを保存できるため、対象のシーケンスの前後の無駄なフレームを削除することでファイルサイズの問題を最小限に抑えることができます。このようなトリガーは、複数のカメラ間で録画を同期するためにも使用できます。

アルカリ金属が水と接触すると爆発する現象が高速カメラを使って研究されている。水中で爆発するナトリウム/カリウム合金のフレームごとの分析と分子動力学シミュレーションを組み合わせると、初期の膨張はこれまで考えられていた水素ガスの燃焼ではなく、クーロン爆発の結果である可能性があることが示唆された。^[18]

デジタル高速カメラの映像は、電界測定機器やセンサーと組み合わせることで、雷の理解に大きく貢献し、雷の過程で発生する電波を検出することで雷の先駆者の伝播をマッピングすることができます。^[19]

事後保全から予知保全に移行する場合、故障を本当に理解することが重要です。基本的な分析手法の 1 つは、製造中など、見るには速すぎるイベントを特徴付けるために高速カメラを使用することです。科学での使用と同様に、事前または事後のトリガー機能を使用すると、整備士が故障の発生を待つ間、カメラは継続的に録画できます。その後、トリガー信号 (内部または外部) によって録画が停止し、調査員はトリガー前の特定の時間間隔 (連続録画中のフレーム レート、画像サイズ、メモリ容量によって決定) を保存できます。一部のソフトウェアでは、記録されたフレームのサブセットのみを表示し、対象のシーケンスの前後の無駄なフレームを削除することでファイル サイズと視聴時間の問題を最小限に抑え、問題をリアルタイムで表示できます。

高速ビデオカメラは、X線撮影などの他の産業技術を補強するために使用されます。X線を可視光に変換する適切な蛍光スクリーンと併用すると、高速カメラを使用して、機械装置や生物標本内のイベントの高速X線ビデオを撮影できます。撮影速度は主に、カメラの露出に直接関係する蛍光スクリーンの減衰率と強度ゲインによって制限されます。パルスX線源はフレームレートを制限するため、カメラのフレームキャプチャと適切に同期する必要があります。^[20]

1950年、アバディーン性能試験場の米陸軍物理学者モートン・サルタノフが、100万分の1秒でフレームを撮影し、小さな爆発の衝撃波を記録できるほどの速さの超高速カメラを発明した。^[21]高速デジタルカメラは、空中から投下された機雷が沿岸地域でどのように展開するかの研究や、^{[22]さまざまな兵器システムの開発に使用されてきた。2005年には、4メガピクセルの解像度を持ち、1500} fpsで記録する高速デジタルカメラが、弾道迎撃を撮影する試験場の追跡マウントで使用されていた35mmおよび70mmの高速フィルムカメラに取って代わった。^[23]

• 高フレームレート
• スローモーション
• Photron（フォトロンのFASTCAM高速カメラ）
• Vision Research Phantom（Vision Research の Phantom 高速カメラ）
• マイクロトロン（高速カメラ）
• 高速撮影
• ラパトロニックカメラ
• バーストモード（写真撮影）
• ヒューバート・シャルディン

ウィキメディア・コモンズには、高速度カメラに関連するメディアがあります。