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【视觉知识】高速摄像技术及应用

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  • 来源:光虎光电科技(天津)有限公司

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  • 发布时间:2023-11-03 04:53:16

高速摄像技术及应用



什么是高速摄像?


高速摄像是一种能够以小于1/1000秒的曝光或超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像的技术。


它用于将快速移动的物体作为照片图像记录到存储介质上。录制后,存储在媒体上的图像可以慢动作播放。早期的高速摄像机使用胶片记录高速事件,但被完全使用电荷耦合器件(CCD)或CMOS有源像素传感器的电子设备取代,通常每秒超过1000帧记录到DRAM(动态随机存取存储器)上,慢慢地回放研究瞬态现象的科学研究动作。


通常来说,决定高速摄像机性能主要的参数有:


1、分辨率

2、帧率

3、感光度

4、曝光时间

5、像元尺寸

6、图像深度



高速摄像技术的原理


高速摄像机具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等突出优点。高速运动目标受到自然光或者人工辅助照明灯光的照射差生反射光,或者运动目标本身发光,这些光的一部分透过高速成像系统的成像物镜。经过物镜成像后,落在光电成像器件的像感面上,受驱动电路控制的光电器件,会对像感面上的目标像快速响应,即根据像感面上目标像光能量的分布,在各采样点即像素点产生响应大小的电荷包,完成图像的光电转换。带有图像信息的各个电荷包被迅速转移到读出寄存器中。读出信号经信号处理后传输至电脑中,由电脑对图像进行读出显示和判读,并将结果输出。因此,一套完整的高速成像系统由光学成像、光电成像、信号传输、控制、图像存储与处理等几部分组成。

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高速摄像的应用

高速摄像机主要应用于科研,军事测试以及工业生产评估等领域。例如汽车碰撞测试,焊接过程中的电弧的产生,电池爆炸过程中的有机液体飞溅,像这一类速度非常快的现象必须借助高速摄像机才能清晰的捕捉到。高速摄像机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样,当以常规速度放映时,所记录目标的变化过程就清晰、缓慢地呈现在我们眼前。


>> 航空航天领域


高速摄像机在航空航天领域应用主要表现在:弹道追踪、导弹发射、燃烧测试、材料测试、PIV测试等。高速摄像机是凭借着它高频率的拍摄速度以捕捉那些普通相机无法捕捉到的高速物体的移动轨迹,准确的跟踪对象运动,测量其大小、距离及变化和速度,然后再以人眼所能看到的画面频率进行播放。

 


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如图为瑞士AOS品牌的H-EM 501型号高速摄像机所捕捉到的导弹发射的图片


>> 科学研究领域


高速摄像机在科学研究领域主要表现在:材料测试、燃烧、生物力学、裂纹扩展、流体动力学、振动、喷雾和喷雾等分析。为了满足高校实验室、研究所及科研的实验分析,需要用到超高分辨率高速摄像机的记录,能将高速运动现象的发生、发展和运动规律等清晰成像。



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如图为瑞士AOS品牌的Promom 12M型号高速摄像机所捕捉到的液滴下落及反弹的图片


>> 汽车测试领域


高速摄像机在汽车测试领域主要表现在:车辆碰撞试验、气囊点爆试验、汽车零部件冲击试验、燃烧测试试验、车辆性能测试、发动机和车轮动态测试等。随着社会的不断发展,人们对车辆的安全性能提出了越来越高的要求。汽车生产商和汽车研发机构为了改善车辆的安全性能,进行着越来越多的汽车测试与实验,高速摄像机在这一领域发挥着举足轻重的作用。

 


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如图为瑞士AOS品牌的S-Mize型号高速摄像机所捕捉到的车辆碰撞试验的图片




【来源:光虎光学内部培训资料】

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