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为什么要使用高速摄像系统?

       高速摄影在信息论中是这样定义的:对于一个人眼无法跟随的高速流逝过程,高速摄影提供了一种耦合的时空信息系列,其中空间信息用图像来表达,时间信息用拍摄频率来表达。20世纪80年代中期以前,如果人们想“看清”高速运动目标的图像,获得运动的参数,最有效的技术手段是用高速摄影机来加以记录。世界国发展的各种各类高速摄影机解决了当时急需的测试需求,如原子弹、氢弹的爆炸,火箭、导弹等飞行弹丸的测量,各种军工目标以及工业、农业、生物医药工程、体育等各领域的目标测量,推动了生产力的发展。随着技术的进步,军工研究对测量实时性要求越来越高,高速摄影实时性差的缺点越来越显现出来。美国海军在做舰艇发射火箭的试验时,急于想立即看到飞行火箭的姿态照片,高速摄影难以满足这一要求,因为胶片要冲洗,要判读,至少要几个小时。这就是为什么第十三届高速摄影与光子学国际会议在东京召开的时候,各国科学家共同把发展“高速摄像”作为学科发展的新方向之一的原因。

    “高速摄像”与“高速摄影”,一字之差,但硬件和性能上有很多差异,首先是记录的介质不同。高速摄像,由于采用录像带、硬盘和其他光磁装置作为记录介质,提高了实时性,可做到即拍即回放。浙江大学高速摄像研究室在做枪弹发射试验时,在枪弹出枪口的同时,屏幕上即显示枪弹的飞行姿态(三个像),飞行速度和加速度也同时显示在画面的适当位置。高速摄像与高速摄影的异同点:

       高速摄像系统较高速摄影具有以下方面的优点:首先使用简单,能实况显示,记录介质可反复使用,具有较高的性价比,不需要购买胶片和化学药水,因而省去了以往使用耗材的定货、运输、储存和处理等工作。

       其次,高速摄像系统无复杂精密的光补偿及机械传动机构,属于常压小电流驱动方式,因而启动快,记录完善,测试成功率高。因为胶片摄影机需要胶片张紧的时间(或启动时间)才能达到设定的速度,当事件不可预测或间断发生时,电子摄像具有明显的优势,例如:电击,生产线拥堵,涡轮机叶片故障,或电容器受压破裂。因为有些事件无法预测,事前难以知道何时启动摄影机,另一方面,电子摄像机可由多种方法自动触发,或者系统循环记录直到触发才停止。

       例如,在罐头食品的制造中,每1000听中就有1听卡住生产线。但何时拥堵完全不能预测,等到已经发生,再启动摄影机为时已晚。如果高速摄影机保持高速运转等待事件的发生,代价昂贵并不可行。

       高速摄像系统另一个明显的优点是同步。因摄像机体积小、重量轻便于灵活布站,易实施相机与拍摄对象、相机与相机间的同步。多个摄像机可以从不同的角度记录事件的发生过程,摄像机可同时触发,或按一定的时序进行触发。关键是当这些摄像机被同时触发时,获得的数据为严格的同一瞬间的信息。这里要考虑更完整的数据,更高的测量精度和更好的分析方法。如此高精度的同步在胶片高速摄影系统中不可能实现。

       例如,在安全气囊的打开过程中,工程人员需要从不同的角度观察实验。如果同一时刻能从不同角度观测,这些信息就非常重要。因为事件的发生是个极短暂的过程,如果摄像机的同步存在误差,即使很小,就会对气囊的三维分析造成严重影响。

       高速摄像系统最突出的优点是能够立即重放。胶片的价值相对于工程人员的时间来说是微不足道的。如果试验可立即重放,工程人员就知道是否需要下一个试验。这可加快在整个过程中发现问题,并进行改正。采用高速摄像代替高速摄影,大量的试验间隔时间以及试验设备的拆装所需时间都可以省去。
 

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