Pharsighted E9-Serie Ultra-Hoch­geschwindig­keitskameras

Die Auswahl sollte mit der erforderlichen Vollbild-Bildrate, der minimalen Belichtungszeit und der gewünschten Aufnahmedauer beginnen. Die E9·150S erreicht 489.000 fps bei 640 × 480 und eine minimale Belichtungszeit von 34 ns, die E9·100S 326.000 fps und 59 ns; die E9·80S und E9·50S bieten 272.000 bzw. 164.000 fps, beide mit einer minimalen Belichtungszeit von 98 ns. Bei reduzierter Bildhöhe reichen die Bildraten bis 2,72 Millionen fps bei E9·150S und E9·100S, 2,457 Millionen fps bei der E9·80S und 1,98 Millionen fps bei der E9·50S. Auch der interne Speicher skaliert – von maximal 216 GB bei der E9·50S bis 648 GB bei der E9·150S. Anwendungen, die kürzere Belichtungszeiten oder eine höhere zeitliche Vollbildauflösung erfordern, sprechen in der Regel für die E9·150S oder E9·100S, während bei Ereignissen mit geringerer Bildrate die zusätzliche Leistungsreserve möglicherweise nicht benötigt wird.

Die großen rückseitig belichteten Pixel können den Beleuchtungsaufwand reduzieren, ersetzen aber nicht die Notwendigkeit einer geeigneten Beleuchtung und Optik. Die Empfindlichkeitswerte liegen bei ISO 200.000 für Monochrom und ISO 80.000 für Farbe, während die monochrome EMVA-Charakterisierung bei 630 nm einen Quantenwirkungsgrad von 68,2 %, einen Dynamikumfang von 49,94 dB und ein zeitliches Dunkelrauschen von 21,1 e⁻ ergab. Da die Ausgabe mit 9 Bit digitalisiert wird, erfordern das Clipping heller Bildbereiche und die Wahl der Belichtung weiterhin Aufmerksamkeit, insbesondere bei Flammen, Lichtbögen oder starken Reflexionen. Objektivblende, spektrale Transmission, Beleuchtungswellenlänge und die gewählte Belichtungszeit beeinflussen alle den nutzbaren Signalpegel. Quantitative Verfahren wie PIV, DIC und Spektroskopie sollten daher mit dem tatsächlichen optischen Pfad und den verwendeten Aufnahmeeinstellungen validiert werden.

Bei 640 × 480 bietet die kleinste Speicheroption jedes Modells etwa 1,14 bis 1,38 Sekunden Aufnahmezeit. Die entsprechenden Basiswerte betragen 1,15 Sekunden für E9·150S und E9·100S, 1,38 Sekunden für die E9·80S und 1,14 Sekunden für die E9·50S. Mit der zweiten oder dritten Speicheroption verdoppeln bzw. vervierfachen sich Aufnahmezeit und Frameanzahl. Eine reduzierte Bildhöhe verlängert die Dauer zusätzlich; bei 640 × 16 liegen die Werte mit Basisspeicher zwischen 2,81 und 5,47 Sekunden. Der Ringpuffer ermöglicht es, das Ereignis vor oder nach dem Trigger zu positionieren, mit einem minimalen Trigger-Offset von zwei Frames. Für wiederholte Tests kann der Speicher in bis zu 1.024 Partitionen unterteilt und mit automatischer Speicherung auf die SSD kombiniert werden.

Die Kameras unterstützen PTPv2, IRIG-B, externe Frame-Synchronisation und Hardware-Triggerung. PTPv2 arbeitet über Ethernet mit einer spezifizierten Genauigkeit von unter 10 ns und ermöglicht es, dass eine E9-Kamera entweder als Grandmaster oder als gewöhnliche Clock fungiert. IRIG-B erreicht bei Verwendung einer geeigneten Zeitquelle eine Genauigkeit von unter 1 µs. Externe Frame-Sync-Flanken können über einen der sechs konfigurierbaren Benutzer-I/O-Ports empfangen werden. Diese Ports können außerdem Ereignis-, Ready-, Record-, Shutter- oder Triggersignale führen. Der dedizierte Trigger-Eingang akzeptiert kompatible Logiksignale und Spannungen bis 28 V, während die allgemeinen Benutzereingänge 5 VDC nicht überschreiten dürfen. Daher müssen Spannungspegel und Portbelegungen bei der Auslegung der Schnittstelle zu einem Testcontroller oder Datenerfassungs­system separat geprüft werden.

Der manuelle Nikon-F/G-Anschluss ist die Standardkonfiguration; alternativ sind aktive Canon-EF- und 1-Zoll-C-Mount-Varianten verfügbar. Um die vollständige Sensorfläche von 33,28 × 24,96 mm abzudecken, sind Nikon- oder Canon-EF-Vollformatobjektive erforderlich; APS-C-Objektive bieten möglicherweise keine vollständige Abdeckung. Die aktive EF-Option ermöglicht die elektronische Steuerung von Blende und Fokus über SLOW, während der Nikon-F/G-Anschluss eine mechanische Blendensteuerung bietet, sofern das Objektiv diese unterstützt. Ein Standard-C-Mount-Objektiv für unter 1 Zoll besitzt einen Bildkreis von ungefähr 16 mm. Daher kann bei größeren Bildhöhen Vignettierung auftreten, und die interne 58-mm-Filterposition kann mit diesem Anschluss nicht genutzt werden. Das Objektivgewicht muss separat abgestützt werden, und der Auflagemaßabgleich sollte immer geprüft werden, wenn ein neuer Anschluss oder ein interner Filter installiert wird.

Die Kamera wiegt 10,88 kg und misst 240 × 212 × 175 mm. Daher sollte die Tragstruktur ausgelegt werden, bevor das optische Layout finalisiert wird. Für die Montage auf einem Stativ sind mindestens zwei 3/8-16″-Bolzen sowie ein für mindestens 14 kg ausgelegtes Stativ erforderlich; zusätzlich müssen Objektive und Zubehör berücksichtigt werden. Einbeinstative und Zweibeinstative sind ungeeignet. Die aktive Kühlung saugt Luft auf der linken Seite an und bläst sie auf der rechten Seite aus. Daher dürfen beide Luftwege nicht blockiert werden; bei seitlicher Montage sollte die linke Seite nach unten zeigen. Primär- und Backup-Eingänge akzeptieren 24–28 VDC, wobei der Backup-Eingang den flüchtigen Aufnahmepuffer aufrechterhalten kann, falls die Primärversorgung ausfällt. Der Leistungsbedarf reicht bei E9·80S und E9·100S mit SSD bis 230 W; die endgültigen modellspezifischen Werte für die E9·150S müssen noch bestätigt werden.

Das .SLOW-Format sollte beibehalten werden, wenn rohe Sensorwerte, Kameraeinstellungen und Frame-Metadaten für die spätere Weiterverarbeitung benötigt werden. SLOW kann Aufzeichnungen in AVI, MP4 oder TIFF umwandeln und CSV-Dateien mit Framenummern, Zeitstempeln, Timing-Lock-Indikatoren und Ereigniszuständen erzeugen. Bild- und Farbanpassungen bleiben bei der Arbeit in .SLOW Metadaten, werden beim Export in ein anderes Bild- oder Videoformat jedoch dauerhaft auf die Pixeldaten angewendet. Jede Kamera ist mit einer U.2 NVMe SSD mit etwa 1,6 TB ausgestattet; aufgezeichnete Sequenzen können nach der Aufnahme automatisch gespeichert oder über das USB 3.2 Gen 2 Dock übertragen werden. Ein praxisgerechter Workflow besteht darin, .SLOW-Dateien als technische Referenz zu archivieren und separate konvertierte Kopien für Analyse, Reporting oder Präsentation zu erstellen.

Die Kamera unterstützt 1-, 2,5-, 5- und 10-Gigabit-Ethernet über einen RJ45-Anschluss; für Standardinstallationen ist Cat-6A-Verkabelung geeignet. Wenn ein Server verfügbar ist, bezieht sie ihre Adresse per DHCP, bei direkter Verbindung weist sie sich selbst eine Link-Local-Adresse im Bereich 169.254.x.x zu. Für die Kameraerkennung wird UDP-Port 8890 verwendet, Steuerbefehle laufen über TCP-Port 80 – wichtig, wenn Routing- oder Firewall-Regeln aktiv sind. Das Ethernet-Kabel sollte vor dem Einschalten angeschlossen werden; die Kamera benötigt etwa zwei bis zweieinhalb Minuten zum Starten. Wird das Kabel erst danach angeschlossen, kann ein Neustart erforderlich sein, bevor die Kamera erkannt wird. Netzwerkschnittstelle des Hostsystems, Speichersubsystem und Verkabelung müssen die gewählte Verbindungsgeschwindigkeit ebenfalls unterstützen, da die Nennrate der Schnittstelle allein keinen End-to-End-Durchsatz beim Download garantiert.