ハイスピードカメラとは
ハイスピードカメラは、高速で動作する対象物をハイスピードで撮影して画像として取り込み、スローモーションのように再生することが可能な撮影機器のことを指します。
一般的なカメラは、おおよそ30fpsで撮影されており、1秒間に30枚の画像を撮影します。よって、動作の検証を行う場合において、未知のプロセスが生じてしまいます。
一方で、ハイスピードカメラは、ハイエンド機種までを含めれば、約100fpsから200万fpsまでの撮影を可能としています。
そのため、ハイスピードカメラは、高速度カメラやスローモーションカメラなどと呼ばれ、一般的なカメラにおける未知のプロセスを可視化できる撮影機器として重宝されています。
- fpsとは
1秒間に何枚の画像で動画が構成されているのかをフレームレートという単位で表したものです。
ハイスピードカメラの使用用途
ハイスピードカメラは、1秒間に撮影することが可能な画像の枚数が多いため、1秒間に動画として再生できる枚数も多くなります。
したがって、これまでは1秒間に30枚程度の画像を動画として再生していたものが、数百から数千、はたまた数万までの画像を再生することが可能なため、高速現象をよりなめらかな現象で再現できるようになります。
また、付加価値として、さまざまな機能を有したカメラが出現してきたことにより、高速現象の解析をはじめ、自動車の衝突事故の実験や流体の可視化および計測、物体の落下実験、製造現場における不具合の解析などに活用されています。
ハイスピードカメラの原理
ハイスピードカメラは、単体で撮影することが可能ですが、解析を行う場合には、ソフトウェアなどと組み合わせて使用します。
一般的なシステムの構成は、ハイスピードカメラにパソコンやデータロガー、各種のセンサー（クランプメーターなど）を接続し、パソコン内部のカメラ制御ソフトウェアでカメラを制御します。そして、作成した動画ファイルを解析ソフトウェアを用いて動体解析データや波形同期解析データなどに変換し、定量的な解析を行います。
また、解析ソフトウェアでは、主な解析手法として追尾する対象を指定して解析を行います。流れとしては、追尾する対象を指定して追尾を開始し、グラフを作成します。その後、計測と保存を行い、追尾している位置と時間からあらゆる解析を試みます。
このような追尾手法は、パターンマッチングと呼ばれており、一般的な画像処理手法です。パターンマッチングでは、対象を記憶させることで、参照画像と比較して必要なパターンを検出し、座標の計算を行います。
上記の方法により撮影を繰り返し行うことで、追尾している対象物の移動情報が得られ、座標をはじめとし、速度や加速度を算出することが可能になります。
この方法は、パターンマッチングのなかでも幾何マッチング手法と呼ばれています。
ハイスピードカメラの歴史
ハイスピードカメラの歴史は、1851年に世界ではじめておこなわれた高速度写真の撮影からはじまりました。この撮影をおこなったのは、英国のWilliam Henry Fox Talbotだといわれています。彼は、大気中の火花放電を高速度写真として撮影しました。
その後の1972年には、米国のVideo Logic社が120fpsの性能を有する白黒カメラを開発しています。そして、1981年には、Spin Physics社が高速度カメラとして録画媒体にビデオテープを使用したSP-2000を開発しました。
当時の一般的なハイスピードカメラは、200fps程度の撮影が限界でした。しかし、SP-2000においては、2,000fpsでの撮影が行える画期的なハイスピードカメラでした。
日本国内においては、1981年にナック社が1/2インチのVHS方式によるハイスピードカメラを開発しています。当時、この方式のカメラは、世界ではじめて開発され、200fpsでの撮影が可能なカメラとしても重宝されました。
その後、ナック社は、1986年にHSV-400を開発し、400fpsでの撮影が行えるようになりました。また、1990年には、S-VHS方式で1,000fpsでの撮影が可能なカラーハイスピードカメラを開発しています。
ハイスピードカメラの価格
ハイスピードカメラの価格帯は、撮影用途によって前後しますが、一般生活における現象を撮影するには、約1,000fpsから2,000fps程度の性能を有するカメラで撮影を行うことができます。おおよその価格帯については、下記の通りです。
低価格帯
120fpsから500fps程度までのカメラは、撮影のレスポンスが早くストレスなく撮影を行える性能を有しています。この撮影範囲のカメラは、約2万円前後で販売されています。
3万円から4万円ほどのカメラには、Wi-Fiの接続機能やSNS投稿、手ブレ補正、広角、光学撮影機能が追加されています。
また、1,000fpsから2,000fps前後のハイスピードカメラは、約20万円から40万円前後の範囲で販売されています。
高価格帯
高価格帯のハイスピードカメラは、一般生活よりも実験や研究用途として活用されているカメラになります。4,000fps前後で約60万円から70万円の価格帯です。そして、7,000fps前後では、約90万円から100万円の価格帯で、10,000fps以上の好感度ハイスピードカメラになると、200万円以上の価格帯になります。