高速摄像机工作原理及应用

高速摄像机是一种能够以小于1/1000秒的曝光或超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像的设备。高速摄像机用于将快速移动的物体作为照片图像记录到存储介质上。录制后，存储在媒体上的图像可以慢动作播放。早期的高速摄像机使用胶片记录高速事件，但被完全使用电荷耦合器件（CCD）或CMOS有源像素传感器的电子设备取代，通常每秒超过1000帧记录到DRAM上，慢慢地回放研究瞬态现象的科学研究动作。

摄像机种类繁多，其工作的基本原理都是一样的：把光学图象信号转变为电信号，以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像器件的受光面（例如摄像管的靶面）上，再通过摄像器件把光转变为电能，即得到了“视频信号”。光电信号很微弱，需通过预放电路进行放大，再经过各种电路进行处理和调整，最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来，或通过传播系统传播或送到监视器上显示出来。

高速摄像机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，当以常规速度放映时，所记录目标的变化过程就清晰、缓慢地呈现在我们眼前。高速摄像机技术具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等突出优点。

工作原理

高速运动目标受到自然光或人工辅助照明灯光的照射产生反射光，或者运动目标本身发光,这些光的一部分透过高速成像系统的成像物镜。经物镜成像后，落在光电成像器件的像感面上，受驱动电路控制的光电器件，会对像感面上的目标像快速响应，即根据像感面上目标像光能量的分布，在各采样点即像素点产生响应大小的电荷包，完成图像的光电转换。带有图像信息的各个电荷包被迅速转移到读出寄存器中。读出信号经信号处理后传输至电脑中，由电脑对图像进行读出显示和判读，并将结果输出。因此，一套完整的高速成像系统由光学成像、光电成像、信号传输、控制、图像存储与处理等几部分组成。

高速摄像在流体力学中的应用

高速摄像在工业应用中应用广泛，高速摄像机能拍摄到肉眼无法看清楚的图像和运动过程。流体力学中的湍流、流体的流速、流场、气泡、沸腾、两相流等运动规律的观察和分析更是少不了高速摄像机的参与。如用高速摄像拍摄的石头进入水中一刹那的细节。通过高速摄像机影像，研究人员能够了解石头水下的受力情况，并通过流体动力学，分析出为何石头能在水面上连续多次漂浮。

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