为了观察不定常流场和高速流场的每一瞬的流动图像及变化过程,高速摄影技术是必不可少的手段。高速摄影采用“快摄慢放”技术将快速变化的流动过程放慢到人眼的视觉暂留(约0.1s)可分辨的程度。
什么是高速摄影? 人眼的时间分辨能力只有1/24S。而电影摄影与放映的频率选为24幅/S,正是利用这一特点,以不连续的放映使人获得连续的感受。但对于许多高速运动的物体或瞬变现象,受到人眼时间分变率的限制,我们无法看清过程。而高速摄影,能把高速运动现象的发生,发展和运 动规律等清晰地展现在人们的面前。
高速摄影在信息论中的定义:对于一个人眼无法跟随的高速流逝过程,高速摄影提供了一个耦合的时空信息系列,其中空间信息用图像来表示,时间信息用拍摄频率来表示。2004年,在美国召开的第26届“国际高速摄影和光子学会议”上,把高速摄影的定义修改为:速度大于128幅/s,可连续获得3幅以上的摄影。但现在,构成高速摄影的含义远远超过这些普通摄影范畴,最短的曝光极限也必须不断修正。十年前,这个极限为几亿分之一秒,现在为几兆分之一秒或更少,每秒钟可连续拍摄6亿幅画面。
进行高速摄影的机器称为高速摄影机。摄像机种类繁多,其工作的基本原理都是一样的:把光学图像信号转变为电信号,以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物体时,此物体上反射的光被摄像机镜头收集,使其聚焦在摄像器件的受光面(例如摄像管的靶面)上,再通过摄像器件把光转变为电能,即得到了“视频信号”。光电信号很微弱,需通过预放电路进行放大,再经过各种电路进行处理和调整,最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来,或通过传播系统传播或送到监器上显示出来。顾名思义,“高速摄影”.就是拍摄速度很快,曝光时间很短的一种摄影方法。
高速摄影原理
空间分辨率:影像空间分辨率也叫解像能力,是表征图像清晰程度的指标,即是分析图像细节的能力。空间分辨率一般指在摄影物镜的像平面上,能测得分辨率的图像最小二黑线之间的距离d,它的倒数N定义为空间分辨率。
时间分辨率:是表征摄影机曝光时间快慢的指标,是指能够识别运动物体的最小时间间隔。时间分辨率越小,则可以拍摄像速度越快的目标。时间分辨率有两种度量的方法,即画幅摄影和扫描摄影。
影频率:普通电影摄影机的频率为24幅/s,而高速摄影机的摄影频率要高出很多,约为102~109幅/s,超高速摄影机甚至更高。
历史第一次真正意义上的高速摄影是由英国化学家、语言学家及摄影先驱亨利•塔尔博特(Henry Talbot)完成的。1851年,塔尔博特将《伦敦时报》的一小块版面贴在一个轮子上,让轮子在一个暗室里快速旋转。当轮子旋转时,塔尔博特利用来自莱顿电瓶这是一种能聚集电荷的容器,就是现在的电容器的前身)的闪光(速度为1/2000秒),拍摄了几平方厘米的原版面。最终结果是获得了清晰的图像,它好像是从一种静止的实体上拍下来的,但实际确实运动中的实体。 闪光摄影之父---哈罗德•埃杰顿:如果能够控制闪光,使之与旋转者的机器同步,就有可能创造出史无前例的奇迹,使运动凝结,藉以研究在运动中的告诉发电机。在1931年出版的电气工程杂志上,埃杰顿正式宣布了他的这一发现。1940年,他应MGM电影公司的紧急请求,证明了用来拍摄电影的摄影数度至少要快到什么程度,使得由该公司制作的《眨眼之间》夺得奥斯卡金像奖。第二次世界大战,他曾指导美军飞行大队怎么使用闪光弹进行夜间空中侦查摄影。这项技术后来在1944年的盟军“D日”(6月6日)突袭战中发挥了极大作用。他还曾为美国原子能委员会发明地一种拍摄核爆炸的方法,拍摄距离可以近到十英里。
高速摄影的应用领域
1、 科学领域:高速摄影在科学领域应用非常广泛,常被用作记录分析物体的运动变化,甚至生物器官、微生物、分子的运动。
2、 体育竞技:人们用高速摄影技术,分析优秀运动员的技术特色,查找自己运动员的差距和不足,有针对性地改进训练方法,使竞技水平迅速提高。
3、 军事领域:一、可以检验,侦查武器性能。二、可以分析爆炸效果。三、研究不同弹速的破坏效果,子弹越快,切割平面越平滑。子弹对不同材质物体 的杀伤效果也能通过高速摄影研究出来。
4、 纯艺术摄影:除了以上列举的明确用途之外,高速摄影也是获取令人惊异的艺术效果的一种摄影方法。
高速照相系统:首次提出二次序列闪光高速照相系统结构。利用二次序列闪光激光光源在CCD相机曝光时间内两次发出超短激光脉冲,实现在一幅图像中捕获两个不同位置处高速运动目标图像。此系统可实现在一个照相站内两次成像,相当于实现两个照相站的功能,在现代弹道测量中有广泛的应用前景。 古老的光学仍在不断地前进中,最近几年的新成就主要在微光加强、光学量子振荡器及放大器、高速照相、纤维光学等方面。
随着社会的进步,科技的发展。高速照相技术还会有更好的发展和改进,它将给我们的科学事业,生活,社会,国家带来更多的福利。高速照相技术也已经是科技发展中不可或缺的部分了。