超高速摄像机工作原理

超高速摄像机基本依赖于进口设备，与高速相机最大的区别在于超高速摄像机极短的曝光时间、纳秒时间分辨率和纳秒级触发精度、纳秒级的帧间间隔时间（德国standford生产的超高速摄像机可达皮秒）以及数千倍的增益。而高速相机一般只能达到毫秒或微秒级，增益也是从几倍到数十倍左右。

虽然超高速摄像机拥有如此多极其优秀的特点，但超高速摄像机每次拍摄只能获得几张图像（单通道情况下），而高速相机一次拍摄可获得的图像数量可多达几万甚至数十万张。

超高速摄像机作为一种有着尖端科学技术含量的设备，在全球范围内能够生产出优质超高速摄像机的厂家并不多，而德国standford公司可以说是业内顶尖，下面以此公司的产品为例，简单介绍一下超高速摄像机的基本工作原理和特点。

超高速摄像机的超高速图像采集系统主要由相机主机、控制分析软件、图像处理仪组成。各部分示意图如下：

图像采集系统主机内主要由分光系统和ICCD通道系统组成，示意图如下：

在CCD上产生的增强的信号是由一个系列链产生的，通过以下一些部件：超高速摄像机内部示意图：

ICCD通道系统内的基本工作原理：通过透镜将拍摄的目标对像光信号传送到增强器的光阴极上，像增强器在高压窄脉冲控制下输出具有较短曝光时间的图像，并由后续CCD接收和记录。系统曝光时间和摄影频率由像增强器驱动源以及精密同步系统控制。

多通道图像分光耦合系统工作原理：传统的图像分割技术往往使用立方或半透膜分束器将一个图像分割成两个相同的低强度二级图像。由于一般图像都不是单频的，所以传统技术都不可能预测强度比率。XXRapidFrame系列相机使用全反射镜观察所有子图像，使得所有的强度分布都能在一个镜像几何函数中反映出来。这个方法可以很容易地扩展到紫外光谱区域。在每个光学路径的通道上都装有一个滤波器，它能产生一些特殊的效果，比如对一个实验生成三种颜色的图像。对于各种通道设置的不同延迟时间，它还可以用来恢复成3-D空间信息。下图为图像分光耦合系统示意图：

Stanford Computer Optics的ICCD摄像机是独立的解决方案，可以通过RS232，Camera Link或USB连接远程操作和调整。4 Spec E软件可以作为一体化解决方案，以满足超高速ICCD摄像机系统的所有操作要求。

4 Spec E包括四个功能模块：远程摄像控制，实况监视，图像编辑和光谱分析。因此，软件可以作为全面的高速ICCD相机操作和数据分析工具。

4 Spec E软件的截图

软件主要功能有：

1.相机控制远程摄像机控制提供了对ICCD摄像机操作参数的远程访问。它可以直接在计算机上配置超高速ICCD摄像机系统。ICCD摄像机的所有参数都可远程编程。这些参数包括例如MCP电压供应，门控时间，视频增益，触发配置和曝光模式。任何曝光系列都可以编程并应用于ICCD相机。

2.实时监控实时监视可以直接访问ICCD摄像机图像。它通过ICCD摄像机的视频流模拟PC上的视频监视器。实时显示专为用户的相机对准和相机参数控制而设计。

3.图像编辑图像编辑可以抓取，编辑和存储超高速图像。它允许手动或自动背景减法和平场校正。此外，它提供广泛的图像编辑功能，并支持从基本帧添加到复杂扫描序列的许多不同的采集功能。可以用一个或多个图像执行任何数学运算作为操作数。图像可以以img-data格式保存，以bmp或tif文件格式导出，并导入进行编辑。

4.光谱分析 4 Spec E从原始图像中通过用户定义的区域提取光谱，并使处理和后处理达到215个单独的光谱曲线。后处理可包括一个或多个曲线的其他背景减法，校准，微分和数学运算作为操作数。此外，可以识别光谱的各个峰，并且可以计算和绘制峰积分。4 Spec E软件可以实现多个数据呈现选项，如重叠图和动画。因此，4 Spec E可以快速全面地评估所收集的光谱数据。

软件操作界面如下：

曝光模式简介：

单通道单次曝光模式

单通道多重曝光模式

单通道双重曝光模式

应用领域：1.计量学应用领域 2.物理学应用领域3.生命科学应用领域4.光谱应用领域

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武汉中创联达科技有限公司，专业从事光电子影像产品（低照度相机、高速摄像机，超高速摄像机，高分辨率相机及其图像分析软件）的销售、研发，提供特殊环境下的拍摄、成像服务。经过多年的市场经验及技术积累，公司为国内客户提供燃烧、PIV、纤维成像、焊接、等离子体放电、材料拉伸变形、仿生学等领域提供详细、专业的解决方案。公司将在以下应用领域提供产品：

◆高速摄影（弹道学、碰撞实验、高速粒子运动实验PIV 、材料学、气囊膨胀实验、燃烧实验、电弧运动、离子束运动、流体力学、喷射实验、爆炸分析以及其他超高速运动领域）

◆高分辨率成像（弹道学、粒子运动实验PIV 、工业质量检测、喷射实验、电泳现象、火焰分析）

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◆高速运动分析软件及PIV系统分析软件