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為什么要使用高速攝像系統(tǒng)？

       高速攝影在信息論中是這樣定義的：對(duì)于一個(gè)人眼無(wú)法跟隨的高速流逝過(guò)程，高速攝影提供了一種耦合的時(shí)空信息系列，其中空間信息用圖像來(lái)表達(dá)，時(shí)間信息用拍攝頻率來(lái)表達(dá)。２０世紀(jì)８０年代中期以前，如果人們想“看清”高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的圖像，獲得運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，最有效的技術(shù)手段是用高速攝影機(jī)來(lái)加以記錄。世界國(guó)發(fā)展的各種各類高速攝影機(jī)解決了當(dāng)時(shí)急需的測(cè)試需求，如原子彈、氫彈的爆炸，火箭、導(dǎo)彈等飛行彈丸的測(cè)量，各種軍工目標(biāo)以及工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥工程、體育等各領(lǐng)域的目標(biāo)測(cè)量，推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，軍工研究對(duì)測(cè)量實(shí)時(shí)性要求越來(lái)越高，高速攝影實(shí)時(shí)性差的缺點(diǎn)越來(lái)越顯現(xiàn)出來(lái)。美國(guó)海軍在做艦艇發(fā)射火箭的試驗(yàn)時(shí)，急于想立即看到飛行火箭的姿態(tài)照片，高速攝影難以滿足這一要求，因?yàn)槟z片要沖洗，要判讀，至少要幾個(gè)小時(shí)。這就是為什么第十三屆高速攝影與光子學(xué)國(guó)際會(huì)議在東京召開(kāi)的時(shí)候，各國(guó)科學(xué)家共同把發(fā)展“高速攝像”作為學(xué)科發(fā)展的新方向之一的原因。

    “高速攝像”與“高速攝影”，一字之差，但硬件和性能上有很多差異，首先是記錄的介質(zhì)不同。高速攝像，由于采用錄像帶、硬盤(pán)和其他光磁裝置作為記錄介質(zhì)，提高了實(shí)時(shí)性，可做到即拍即回放。浙江大學(xué)高速攝像研究室在做槍彈發(fā)射試驗(yàn)時(shí)，在槍彈出槍口的同時(shí)，屏幕上即顯示槍彈的飛行姿態(tài)（三個(gè)像），飛行速度和加速度也同時(shí)顯示在畫(huà)面的適當(dāng)位置。高速攝像與高速攝影的異同點(diǎn)：

       高速攝像系統(tǒng)較高速攝影具有以下方面的優(yōu)點(diǎn)：首先使用簡(jiǎn)單，能實(shí)況顯示，記錄介質(zhì)可反復(fù)使用，具有較高的性價(jià)比，不需要購(gòu)買膠片和化學(xué)藥水，因而省去了以往使用耗材的定貨、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和處理等工作。

       其次，高速攝像系統(tǒng)無(wú)復(fù)雜精密的光補(bǔ)償及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于常壓小電流驅(qū)動(dòng)方式，因而啟動(dòng)快，記錄完善，測(cè)試成功率高。因?yàn)槟z片攝影機(jī)需要膠片張緊的時(shí)間（或啟動(dòng)時(shí)間）才能達(dá)到設(shè)定的速度，當(dāng)事件不可預(yù)測(cè)或間斷發(fā)生時(shí)，電子攝像具有明顯的優(yōu)勢(shì)，例如：電擊，生產(chǎn)線擁堵，渦輪機(jī)葉片故障，或電容器受壓破裂。因?yàn)橛行┦录o(wú)法預(yù)測(cè)，事前難以知道何時(shí)啟動(dòng)攝影機(jī)，另一方面，電子攝像機(jī)可由多種方法自動(dòng)觸發(fā)，或者系統(tǒng)循環(huán)記錄直到觸發(fā)才停止。

       例如，在罐頭食品的制造中，每1000聽(tīng)中就有１聽(tīng)卡住生產(chǎn)線。但何時(shí)擁堵完全不能預(yù)測(cè)，等到已經(jīng)發(fā)生，再啟動(dòng)攝影機(jī)為時(shí)已晚。如果高速攝影機(jī)保持高速運(yùn)轉(zhuǎn)等待事件的發(fā)生，代價(jià)昂貴并不可行。

       高速攝像系統(tǒng)另一個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)是同步。因攝像機(jī)體積小、重量輕便于靈活布站，易實(shí)施相機(jī)與拍攝對(duì)象、相機(jī)與相機(jī)間的同步。多個(gè)攝像機(jī)可以從不同的角度記錄事件的發(fā)生過(guò)程，攝像機(jī)可同時(shí)觸發(fā)，或按一定的時(shí)序進(jìn)行觸發(fā)。關(guān)鍵是當(dāng)這些攝像機(jī)被同時(shí)觸發(fā)時(shí)，獲得的數(shù)據(jù)為嚴(yán)格的同一瞬間的信息。這里要考慮更完整的數(shù)據(jù)，更高的測(cè)量精度和更好的分析方法。如此高精度的同步在膠片高速攝影系統(tǒng)中不可能實(shí)現(xiàn)。

       例如，在安全氣囊的打開(kāi)過(guò)程中，工程人員需要從不同的角度觀察實(shí)驗(yàn)。如果同一時(shí)刻能從不同角度觀測(cè)，這些信息就非常重要。因?yàn)槭录陌l(fā)生是個(gè)極短暫的過(guò)程，如果攝像機(jī)的同步存在誤差，即使很小，就會(huì)對(duì)氣囊的三維分析造成嚴(yán)重影響。

       高速攝像系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是能夠立即重放。膠片的價(jià)值相對(duì)于工程人員的時(shí)間來(lái)說(shuō)是微不足道的。如果試驗(yàn)可立即重放，工程人員就知道是否需要下一個(gè)試驗(yàn)。這可加快在整個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并進(jìn)行改正。采用高速攝像代替高速攝影，大量的試驗(yàn)間隔時(shí)間以及試驗(yàn)設(shè)備的拆裝所需時(shí)間都可以省去。