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高速撮像とハードウェア
2014.7.16 観測＆装置ゼミ
阿南徹
（川手さん、金田さんに相談）
要求観測パラメータ
• 必要な視野：50秒角〜100秒角
∵アネモネジェットの長さ〜10秒角
• 必要な観測時間：〜10分
∵アネモネジェットの寿命：100〜500 秒
• DSTのHαでの回折限界：0.28秒角
• 必要な空間サンプリング：0.07秒角/pix以下
• 必要な解像度：700 〜 1400 pix
＊10分間、いかに速く撮影できるか？
＊今回、フォトン数などは考えません。
ハードウェアだけ
流れ
PC
カメラ
転送速度は？
いかに速く撮影できるか？
解像度、デジタル変換の深さ？
メモリ
記録
媒体
どのくらい
どのくらい速く
溜め込めるか？ 多く書き込めるか？
メモリ、記録媒体はカメラに搭載されていたりもする
現状
• 100Hzで撮像、DST/VS/リオフィルター
– 空間サンプリング：0.08秒角/pix
– カメラ：ORCA-Flash4.0 (CMOS)
• 100 frames/s (最大 25600 fps by 部分読出 2048×8)
• 解像度：2048 × 2048、16bit => 8.4MB /frame
• PCメモリにデータを蓄える
– PC
• CPU : Intel(R) Core(TM) i7-4770K CPU @ 3.50GHz
• OS : Windows 7 64 bit
• メモリ: 32.0GB
• 記録時間 : 〜38秒
• 書き込み速度：1344MB/s
現状＋部分読み出し
解像度（pix）
読出速度（frame/s）
連続撮影時間（s）
視野（arcsec）
2048 × 2048
100
38
164 × 164
2048 × 1024
200
38
164 × 82
2048 × 512
400
38
164 × 41
2048 × 256
800
38
164 × 20
2048 × 64
3200
38
164 × 5
2048 × 8
25600
38
164 × 0.6
ORCA-Flash4.0 技術資料（2011年12月版）
• メモリに溜め込む方法はメモリの容量の限界がネック
（１０分間溜めるには５００GB必要）
• 一方で、１枚ずつ書き込んでも上記の値を達成して長く撮れる
• ８４０MB/sの転送、書き込み速度が必要
検討
転送方法
• USB3.0
• USB3.1
• カメラリンク
：
：
：
４ GB/s
１０ GB/s
２.２ GB/s
（2ケーブルで 7 GB/s）
• ギガイーサネット： 1 GB/s
• CoaXPress
：
６．２５GB/s
書き込み方法
• SSDのRAIDを組む、１枚ずつ書き出す
• メモリに溜めて書き出す
– メモリ容量と値段：
参考：現在のデータ量 840 MB/s
• 8GB, １０千円
• 128GB (2015年発売予定)、価格？
– メモリの搭載数はマザーボードの差し込み口数（2〜
6）で決まる
＊１０分間観測するのは厳しい
• メモリ並の書き込み速度を持つ記憶媒体（？）
書き込み方法、SSDのRAID0
• ドライブ数が増えれば増えるほどシーケン
シャル書き込み速度が上がる
• 容量は構成ドライブ中の最少容量×枚数
• RAIDカード（８ポート）：８５千円
• SSD単体の性能と値段
容量（GB）
書込速度（MB/s）
値段（千円）
128
〜350
10
256
〜500
20
512
〜700
40
1000
〜900
45
発展途上なので製品毎の速度のばらつき大きい
転送・書き込み方法のまとめ
• SSDのRAID0でドライブ数を増やせば、シーケン
ス書き込み速度も容量も上げることができる
• 転送方法によって速さが制限されることがある
– USB3.0
– USB3.1
– カメラリンク
：
：
：
– ギガイーサネット：
– CoaXPress
：
４ GB/s
１０ GB/s
２.４ GB/s
（2ケーブルで 7 GB/s）
1 GB/s
６．２５GB/s
カメラ リスト①
カメラ
解像度 フレームレート 容量/s
(frame/s)
A/D
（pix）
メモリ
ケーブル
値段
（千円）
ORCA-Flash4.0
(浜ホト)
2048
×
2048
100
840 MB/s
16 bit
PC
カメラリンク
1890
MotionScope M3 1280
(IDTジャパン)
×
1024
520
680MB/s
8 bit
PC
カメラリンク
1580
MotionXtra N3
(IDTジャパン)
1280
×
1024
2000
3.3GB/s
10 bit
カメラ
1.25GB
ギガイーサネット
1GB/s
3480
MotionXtra N4
(IDTジャパン)
1024
×
1024
6000
7.9GB/s
10 bit
カメラ
1.25GB
ギガイーサネット
1GB/s
4704
FASTCAM SA-X2
1024
13500
21GB/s
カメラ
SDカード出力対 10400
1024
12 bit
64GB
（Photron）
応
解像度：1k × 1kに換算する必要があるが、カメラによるので、ここでは考慮しない
FASTCAM MC2.1 512
2000
524MB/s カメラ
ギガイーサネット 6279
カメラ リスト②
カメラ
解像度 フレームレート 容量/s
(frame/s)
A/D
（pix）
メモリ
ケーブル
値段
（千円）
SpeederV”
（Photron）
512
512
500
131MB/s
8 bit
PC
SSD直接書き込
み、30分OK
2014.7
発売
Genie HM640
(Dalsa)
640 ×
480
300
92MB/s
8 bit
PC?
ギガイーサネット
1GB/s
155
Falcon VGA300
HG (Dalsa)
640 ×
480
300
92MB/s
8 bit
PC
カメラリンク
180
HiSpec LTR1
（FASTEC）
1280
1024
253
331MB/s
8 bit
PC
USB、eSATA, ギガ ？
イーサネット
MEMRECAM HZ1（nac）
2560
1920
2000
36MB/s
12 bit
外付1TB
26分@250fps
ギガイーサネット、 ？
USB2.0
ULTRA Neo
（nac）
1000
860
2億！！！
24枚
ギガイーサネット
12 bit
EMCCDカメラが微弱な光に強い（らしい）、性能の向上に期待
？
まとめ
• 転送・書き込み方法によるが、SSDのRAID0でド
ライブ数を増やせば、シーケンス書き込み速度
も容量も上げることができる
• いろいろなカメラがある
– 現在のCMOSカメラのAD変換は深い
– 1k × 1kでもいろんなフレームレートのカメラがある
– ネットからだと値段が分からなかったものもある
– 詳細は資料請求などする必要がある
CMOSカメラ用PCのスペック
• HDDはオンボードRAIDでSSDはMegaRAID
• E： 8ＴＢ RAID10 (4TBx4台)
– Read 333MB/s Write 333MB/s
• F： 4TB RAID1 (4TBx2台)
– Read 166MB/S Write 168MB/S
• G： 960GB RAID0 (インテルSSD240GBx4台)
– Read 1947MB/s Write1344MB/s