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高速攝像機基本知識

    人的視網(wǎng)膜有1/24ｓ的視覺暫留效應(yīng)，所以人眼的時間分辨能力（分辨率）只有1/24ｓ。電影攝影與放映的頻率選為24幅／ｓ，正是利用這一特點，以不連續(xù)的放映使人獲得連續(xù)的感受。但對于許多瞬變現(xiàn)象，受到眼睛時間分辨率的限制，我們卻只能看到變化前后的結(jié)果，而看不清過程。高速攝影是一種以高于電影拍攝頻率攝影的技術(shù)，當(dāng)拍攝結(jié)果以電影放映頻率放映時，現(xiàn)象的變化就被放慢了。如今，隨著科技的發(fā)展，高速攝像機以它高效、智能、清晰的畫面和高頻率驚人的拍攝速度的高智能特點，從而受到很多特殊行業(yè)的青睞，其應(yīng)用領(lǐng)域也是越來越廣泛。下面武漢UCT從幾個方面向大家介紹高速攝像機，以便大家對高速攝像機有更基本的了解。

高速攝像機是什么？

      簡單來說，高速攝像機屬于一種特殊的工業(yè)相機。作為工業(yè)用途，其一般被安裝在機器流水線上代替人眼來做測量和判斷，通過數(shù)字圖像攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號，傳給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)對這些信號進(jìn)行各種運算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別結(jié)果來控制現(xiàn)場的設(shè)備動作。目前高速攝像機已被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)檢測、電氣制造、科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)以及更高要求的行業(yè)。相比普通攝像機，高速攝像機具有更高的幀率、更高的圖像穩(wěn)定性、更高的傳輸能力以及更高的抗干擾能力。如下圖展示為2019年最高端的高速攝像機基本參數(shù)：

高速攝像機如何選擇？

    在高速攝像機選擇之前，首先要弄明白檢測任務(wù)，是靜態(tài)拍照還是動態(tài)拍攝？拍攝的頻率是多少？目標(biāo)物的尺寸以及視野大小是多少？需要達(dá)到多少精度？現(xiàn)場環(huán)境如何？目標(biāo)物運動速度大概是多少？有沒有其他特殊要求？我們需要根據(jù)這些來選擇最小曝光時間，相機的分辨率和最大幀率。相機的幀率與像素有一點的關(guān)系，通常來說，分辨率越高，幀率就越低。根據(jù)檢測任務(wù)的不同、目標(biāo)物大小、需要達(dá)到的分辨率以及所用軟件的性能可以計算出所需高速攝像機的分辨率，現(xiàn)場環(huán)境則需要考慮溫度、濕度、光照情況以及干擾情況。

      高速攝像機的特殊之處有哪些？

    1.高速實時無損圖像的顯示與記錄，回放速度可調(diào)；

     2.采用將數(shù)據(jù)直接寫入機身內(nèi)部的記錄方式，解決了傳統(tǒng)采集系統(tǒng)傳輸速度受PCI總線帶寬限制的問題，同時大的機身存儲也解決了傳統(tǒng)內(nèi)存記錄時間短的問題；

     3.完全穩(wěn)定不丟幀，解決了傳統(tǒng)相機常出現(xiàn)的丟幀現(xiàn)象，更適用于高精度實驗等科學(xué)研究。斷電保護(hù)功能（nac品牌特有）也更好的保護(hù)了珍貴的實驗數(shù)據(jù)；

     4.多個相機之間實現(xiàn)同步，可對多個目標(biāo)進(jìn)行跟蹤記錄；

     5.支持多種圖像、視頻輸出格式；

     6.支持軟件觸發(fā)、手動遙控觸發(fā)、光信號觸發(fā)、脈沖信號觸發(fā)等多種觸發(fā)模式；

     7.軟件接口豐富且全面，便于二次開發(fā)和后期處理。

高速攝像機有哪些應(yīng)用領(lǐng)域？

     對于高速攝像機在生活中的應(yīng)用，我們首先想到的是慢鏡頭，如飛濺的水花、精彩的搏斗動作、飛行的子彈、爆炸的瞬間。沒錯，這些畫面效果都是通過高速攝像機來實現(xiàn)的。比如我們一秒鐘可以拍攝1000張運動的圖像，然后以每秒25張的幀率播放，這樣原本只有1秒鐘時間的運動畫面我們就可以用40秒的時間來欣賞，其中的各種細(xì)節(jié)就完全展現(xiàn)出來。然而，相比較于高速攝像機在我們生活娛樂中的影響，其在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、生物醫(yī)學(xué)等方面的影響更為重要。

科學(xué)研究領(lǐng)域： 為了滿足高校實驗室、研究所及科研的實驗分析，需要用到超高分辨率高速攝像機的記錄，能將高速運動現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展和運動規(guī)律等清晰成像。應(yīng)用主要表現(xiàn)在：材料測試、燃燒、生物力學(xué)、裂紋擴展、流體動力學(xué)、振動、噴霧和噴霧等分析。高速攝像機能拍攝到肉眼無法看清楚的圖像和運動過程。流體力學(xué)中的湍流、流體的流速、流場、氣泡、沸騰、兩相流等運動規(guī)律的觀察和分析更是少不了高速攝像機的參與。如用高速攝像拍攝的石頭進(jìn)入水中一剎那的細(xì)節(jié)。通過高速攝像機影像，研究人員能夠了解石頭水下的受力情況，并通過流體動力學(xué)，分析出為何石頭能在水面上連續(xù)多次漂浮。

工業(yè)制造領(lǐng)域： 在工業(yè)制造生產(chǎn)中，機器視覺已經(jīng)逐步代替人眼來進(jìn)行自動化的測量與檢測。而高速攝像機的存在，彌補了人力受環(huán)境因素的影響，使得不管在多么惡劣的環(huán)境下，都能獲取清晰的圖像。高速攝像機的工業(yè)制造應(yīng)用主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)線故障診斷、機械設(shè)計等。

生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：高分辨率高速顯微鏡成像、細(xì)胞高速成像、生物力學(xué)、生物運動分析、結(jié)構(gòu)分析等。

航空航天領(lǐng)域： 高速攝像機是憑借著它高頻率的拍攝速度以捕捉那些普通相機無法捕捉到的高速物體的移動軌跡，準(zhǔn)確的跟蹤對象運動，測量其大小、距離及變化和速度，然后再以人眼所能看到的畫面頻率進(jìn)行播放，航空航天領(lǐng)域應(yīng)用主要表現(xiàn)在：彈道追蹤、導(dǎo) 彈發(fā)射、燃燒測試、材料測試、PIV測試等。

     綜上所述，高速攝像機的優(yōu)勢是顯而易見的，而且隨著科技的不斷發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V泛。

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