(推荐)1.3、第三课时-高速摄影技术

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。
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。
多彩的牛奶
炮弹飞出炮膛
苹果被子弹击穿的瞬间
历史
顾名思义，“高速摄影”，就是拍摄速 度很快，曝光时间很短的一种摄影方法。 但是，不同的历史时期，“高速摄影” 的概念也是在不断变化的。
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。
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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。
所以，现在所说的高速摄影起点就 是数千分之一秒，在科技摄影领域， 曝光时间在几亿分之一秒甚至几兆 分之一秒的已不显见，已经诞生了 每秒钟可连续拍摄6亿幅画面的高速 摄影机。
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 。
科研领域
高速摄影在科研领域应用非常广泛，常被 用作记录分析物体的运动变化，甚至生物 器官、微生物、分子的运动。
很快，埃杰顿和几位志同道合者，利用充有水 银蒸汽和其他气体的闪光灯，实现了能够产生 时间非常短促的闪光灯——短到只有百万分之 一秒，亮度超过阳光。
1940年，他应MGM电影制片公司的紧急请 求，证明了用来拍电影的摄影速度至少要快 到什么程度，使得由该公司制作的一部名为 《眨眼之间》的影片夺得了一项奥斯卡金像 奖。
高速摄影机的分类
按照摄影频率分类
低高速摄影机：24～300 fps
中高速摄影机：300～104 fps
高速摄影机： 104～ 105 fps
超高速摄影机： >105 fps
按照工作原理和结构形式
间歇式高速摄影机
光学补偿式高速摄影机
鼓轮转镜式高速摄影机 夹缝式高速摄影机
转镜式高速摄影机
变象管高速摄影机
第二次世界大战期间，他曾指导美军飞行大 队怎样使用闪光弹进行夜间空中侦察摄影。 这项技术后来在1944年的盟军“D日”(6月6 日)突袭战中发挥了极大的作用。
他还曾为美国原子能委员会发明地一种拍摄 核爆炸的方法，拍摄距离可以近到十英里。
目前一些普通的35毫米照相机已具 有最高速度可达1／4000秒的焦平面 快门，发光时间在1／10000秒到1／ 25000秒之间的小型电子闪光也比比 皆是。
闪光摄影之父——哈罗德·埃杰顿
埃杰顿的关键之处是意识到了闪光灯与相 机一旦结合起来，将会发挥出巨大的潜力。
他的实验与亨利·塔尔博特有类似之处：
一部同步发电机的旋转着的转子，只能见到 一片模模糊糊的影像。
这次实验的目的，是为了了解这类电机在经 受强烈的震动后如何仍然会保持同步。
埃杰顿根据实验的部分内容，用汞弧整流器 加强发电机转子的励磁。突然间，埃杰顿发 现在汞弧整流器发出的明亮的闪光照耀下， 旋转着的转子似乎一直都是静止不动的。
脉冲频闪光高速摄影机 x光高速摄影机 等等
高速摄影在爆炸测试中的应用
1. 测量炸药爆轰波速度
2. 测量固体中冲击波速度
3. 聚能效应研究
4. 进行沿途爆破研究 例如：鼓包→破裂→向空间抛掷飞散 不同瞬间只直观图像
高速摄影测试技术与光测力学
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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。
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。
军事领域
高速摄影能记录肉眼难以分辨的瞬间变化， 在军事领域自然也有非常广泛的用途。
可以分析爆炸效果
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。
2.相应爆破测试技术
在摄影技术诞生的初期，由于感光材料 的灵敏度很低，拍摄一张照片往往需要 曝光数十分钟乃至几个小时，那个时候， 凡以秒计的摄影都可算得上“高速”了。
摄影先驱——亨利·塔尔博特（HENRY TALBOT）
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。
如果能够控制闪光，使之与旋转着的机器同步， 就有可能创造出史无前例的奇迹，使运动“凝 结”，藉以研究在运动中的高速发电机。
在1931年出版的《电气工程》杂志上，埃杰顿 正式宣布了他的这一发现
埃杰顿想到，如能控制用以照明被摄者的光线， 则比控制快门来得方便，利用这种方法，他甚 至能够用普通的相机来凝结非常快速的运动。