高速摄影技术

画幅摄影
画幅摄影又分单幅和分幅摄影两类。对 于单幅高速摄影，它的时间分辨率就是 指有效曝光时间。
而对分幅高速摄影，它的时间分辨率是 两幅照片之间的时间间隔，也就是摄影 频率的倒数。
扫描摄影
狭缝的像宽与胶片速度之比，即
b' T时 v
极限时间分辨，对可见光而言为 10-14秒。
摄影频率
普通电影摄影机的摄影频率为24幅 ／s，而高速摄影机的摄影频率要搞 出很多，约为102～109幅／s，超高 速摄影机的频率甚至更高。
高速摄影的应用
高速摄影把动作放慢，可以 显示肉眼看不见的瞬间动作 。
利用高速摄影记录汽车碰撞瞬间各部位的变 化以及人体模型的受力状况，可生产出安全系数 更高的汽车。人们先把碰撞的过程拍摄成电影， 然后以很慢的速度放映，以便观察在碰撞期间车 身如何变形，从而发现薄弱的部位。
工业上也缺少不了这种摄影技术，事实上， 由于有了这种技术，人们才能够使一些生产过 程得到改善，因为在这些生产过程中，速度是 至关重要的。比如，在向玻璃瓶中灌饮料时， 如果灌装速度过快，就可能导致容器破碎，但 如果过程过于缓慢，那么成本就会提高。所以， 为了看得更清楚一点，获得更科学的设计方案， 必须拍一些照片，以显示出生产线上的薄弱环 节。
高速摄影的定义
高速摄影在信息论中的定义为：对于一个 人眼无法跟随的高速流逝过程，高速摄影 提供了一种耦合的时空信息系列，其中空 间信息用图像来表达，时间信息用拍摄频 率来表达。
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。
第一次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 上却是运动中的实体。
跳绳的小姑娘
除了体育竞 技的目的，高速 摄影照片本身， 也是非常美妙的 艺术作品
1.可以检验（己 方）、侦查（敌 方）武器性能
2.可以分析爆炸效果
3.研究不同弹速的破坏效果
子弹速度越快， 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。
这不是盛开 的虞美人，而是 彩色液体溅起的 浪花
高速摄影技术
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，受到人眼时间分辨率的限制， 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，是一种有效的记录方式和研究方法。
1200
击打高尔夫球 及球杆轨迹
0.6
600
700 复合材料断裂 0.1
100
400
汽车碰撞试验 （相撞时）
摄影机类型 A．间歇式 B．棱镜补偿式 C．旋转反射镜式 D．多幅克尔盒 E．变像管式 F．网格式
摄影频率 （幅／s）
获得的幅 数
400010000 400016000 25-200
2-20
2-20
30-300
拍摄时间 10s-2min
2s-30s
总信息 量
（bit／ s）
3.2×10 8
5-50μs 43×109
不是水晶，胜似水晶。 水珠溅起的瞬间，是那么的晶莹剔透。
高速摄影原理
空间分辨率 时间分辨率 摄影频率
空间信息量
一幅图像有若干个像元组成，不同的摄影 系统具有不同的像元数。假如像元数为Z， 每个像元由于图像的灰度和色度差别，又 分成K个信息级，在信息理论中，把的以2 为底的对数，定义为空间信息量：
左图显示的是用条 纹摄影术拍摄的一些蜡 烛的形象。
右边的一组图也是 用条纹摄影术拍摄的电 焊枪炽热的焊头加热了 空气的景像，所不同的 是光线在某个瞬间穿过 不同热量的空气（也是 根据其不同密度）而发 生不同的偏离。光线在 每一瞬间的偏离照射在 条纹摄影板上的不同点 上。就产生了每幅图中 的视觉效果。
I R log 2 K Z Z log 2 K
信息量的单位为比特。对目视而论， 人眼能分辨200个左右的灰度级和 1000个左右的色度级，这样对应的K 值就可达200×1000=2×105。
log 2 K 173
Baidu Nhomakorabea 时间分辨率
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。
这是一套用于分析焊接质量 的高速摄影系统，利用摄影 记录，可以改进生产工艺。
用针刺 破装满水的 气球的情景， 可以说明验 证很多力学、 材料学方面 的科学理论。
可以研究不同的人 面对突如其来的变化的 不同心理、生理反映
1.网球运动员的击球 2.跳水运动员跃
动作
下跳板
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。
0.053μs 0.1-1μs
2-20μs
1.6×10 11
1.5×10 12
1.5×10 13
典型事件平均持续时间和获得 的有用画幅数
目标 或事件
分钞机分钞 过程
内燃机燃烧 实验
持续时 间/s 1.2
0.7
轮胎试验 0.4
高压电路断 路器(一个 0.2
周期)
画幅数 (帧/ks)
目标或事件
持续时 画幅数 间/s (帧/ks)
但是现在，构成高速摄影的含意远远超过 这些普通摄影的范畴，最短的曝光极限也 必须不断的修正。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。
下面让我们看几幅令人震撼的摄 影作品
苹果被子弹击穿的瞬间
多彩的牛奶
炮弹飞出炮膛
摄影先驱——亨利·塔尔博特 （Henry Talbot）