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高速攝像中照明技術(shù)簡介

? ? ? ?在極短的時間內(nèi)，使像面得到滿足傳感器要求的目標(biāo)曝光或目標(biāo)和背景感光反差比是高速動目標(biāo)攝像的突出特征和成功的關(guān)鍵。所以，攝像速度高到一定程度，配置照明光源是必不可少的，更甚者照明系統(tǒng)同時起快門的作用，例如序列脈沖閃光攝影。否則，只有設(shè)法使拍攝物自發(fā)光。

? ? ? ?合適的像面曝光或目標(biāo)和背景感光反差比是保證得到高質(zhì)量圖像所需的光能量。它既直接和記錄介質(zhì)的特性、曝光時間、入射到靶面上的照度有關(guān)，又和目標(biāo)的亮度、攝影鏡頭的透過率，相對孔徑等有關(guān)。還與被攝對象的表面光吸收、反射特征及照度角分布有關(guān)。

? ? ? ?光源是指能夠產(chǎn)生光輻射的輻射源，一般分為天然光源和人工光源。天然光源是自然界中存在的輻射源，如太陽、天空、恒星等，它屬于連續(xù)照明光源。人工光源是人為將各種形式的能量（熱能、電能、化學(xué)能）轉(zhuǎn)化成光輻射能的器件，其中利用電能產(chǎn)生光輻射的器件稱為電光源。實際使用的人工光源有兩種，即連續(xù)照明光源和序列高能量脈沖光源。序列脈沖光源必須同攝像系統(tǒng)的畫幅同步。

? ? ? ?于是，照明方案的制定，應(yīng)結(jié)合具體試驗及像機(jī)性能的實際情況，緊抓住像面所需照度和待測物體表面特征而展開，直至追蹤選擇到合適的照明光源和方法。

1.間歇式照明光源

間歇式照明光源主要包括以下幾種。

（１）一次性閃光燈（Expendable?flash?bulbs）

? ? ? ?一次性閃光燈在高速攝像系統(tǒng)應(yīng)用的比較普遍，具有曝光時間適中、能量高、體積小，價位低等特點。精確的閃光時間對事件和攝影機(jī)都是重要的，它廣泛地應(yīng)用在野外的彈道攝影中。多個閃光管控制系統(tǒng)可使多個燈管同時閃光，或順序閃光，如果有足夠的燈管，則閃光的時間可持續(xù)幾秒長的時間。

（２）電子閃光燈

? ? ? ?電子閃光燈的閃光時間可小到毫秒級，可作為攝像系統(tǒng)的快門，具有體積小、可攜帶等特點。由于其閃光的發(fā)射角大，發(fā)光面積大，不適合于陰影攝影和紋形攝影。

（３）氬原子閃光燈

? ? ? ?氬原子閃光燈主要用于對爆炸的研究，而且具有很高的專業(yè)性。爆炸的部分能量通過振動引起類似于氬氣的氣體使其在最短時間內(nèi)釋放出高能量的光能，這主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。

（４）高壓放電光源

? ? ? ?高壓放電光源廣泛應(yīng)用于陰影攝影和紋形攝像中，其持續(xù)時間為亞毫秒級，并且發(fā)光面積小。多個高壓放電光源的組合也應(yīng)用在間隔時間短的多重曝光的攝像系統(tǒng)中。

（５）激光閃光光源

? ? ? ?激光閃光光源應(yīng)用也比較廣泛，其閃光的時間短，可達(dá)納秒級，它必須同分幅式攝像系統(tǒng)同步使用，以獲得高速運(yùn)動目標(biāo)的清晰圖像。

2.連續(xù)光源

連續(xù)光源主要有以下幾種。

（１）陽光

? ? ? ?明亮的陽光在一些應(yīng)用中可以滿足要求，攝像頻率可以高達(dá)2000幅／ｓ，但明亮的天空并不時刻都有，最好的辦法還是要有一個人工光源。

（２）電弧燈

? ? ? ?電弧燈主要用作連續(xù)光源，由于存在閃爍，以前不是很適合高速攝影。但現(xiàn)在HMI型光源發(fā)光比較平穩(wěn)，且發(fā)光效率很高，也可作為一種待選光源。

（３）鎢燈

? ? ? ?由于鹵鎢燈具有工作壽命長，輸出幾乎恒定的色溫等特性，因此，鎢燈廣泛地應(yīng)用在高速攝像領(lǐng)域中。

（４）連續(xù)激光光源

? ? ? ?連續(xù)激光光源相對昂貴，但它具有高能量、單色性等特點，非常適合對自發(fā)光物體的照明。在實際應(yīng)用中，利用一個窄帶的濾光器，可只使激光通過而阻止其他波長的光進(jìn)入攝像機(jī)中。接下來主要從應(yīng)用角度介紹各類光源的特性、發(fā)光光譜等，并重點介紹人工光源的分類、原理、性能指標(biāo)及相應(yīng)的照明技術(shù)等。
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