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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曝光或目標和背景感光反差比是高速動目標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，以獲得高速運動目標的清晰圖像。

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入攝像機中。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、性能指標及相應(yīng)的照明技術(shù)等。
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