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爆炸瞬态拍摄

rocketech  发表于 2015/5/21 16:14:32      420 查看 0 回复  [上一主题]  [下一主题]

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需求分析
   爆炸是一种极为迅速的物理或化学的能量释放过程。在此过程中,空间内的物质以极快的速度把其内部所含有的能量释放出来,转变成机械功、光和热等能量形态。爆炸一旦失控,就会产生巨大的破坏力而造成重大事故。因此,对爆炸进行研究,监控爆炸中心的形态,更精准地控制每一次爆破的威力、方向,也逐步成为新的科研应用需求。


技术难点
    首先,由于爆炸过程发生在一个极短时间内,如果在威力巨大的爆炸现场,用于拍摄爆炸中心的摄录设备会在爆炸后极短的时间内被损毁,如何在这段极短时间内(例如200μs),记录爆炸中心的形态,并将图像信息传至远方的终端电脑,成为一个关键的技术瓶颈。


    其次,爆炸的瞬时性决定了相机必须在极短的曝光时间内抓拍图像。在这种情况下,控制好曝光时间,并且抓拍清晰、包含有用信息的图片,才能获得令人满意的结果。


解决方案


1、系统连接原理


2、系统配置

高速摄像系统

AcutEye超远距离高速摄像系统

高速相机

德国Optronis CL600

光纤延长器

加拿大OptiCable-Full

图像采集卡

德国Silicon Software MicroEnable IV AD4-CL


3、实物连接



   

由于爆破的瞬时性、破坏性,决定了必须在极短时间内完成曝光、抓拍、信号传输这整个过程。


  1、采用Optronis CL600高速相机的Cameralink Full模式,全分辨率下帧频可达500FPS@1280x1024, 提取兴趣区域(ROI)开窗后,帧频可达到6335fps@256x256,帧间隔最小158μs,应用曝光时间小于40μs时,可在200μs内,相机接触信号,曝光捕获图像并将图像传输至远端。


  2、为了控制曝光时间、获得理想的成像质量,需要在在相机前端安装图像增强器。图像增强器拥有极快的电光快门(其快门脉冲频率可控制在几纳秒内),可以减少曝光时间、避免模糊,并显著拓宽相机的动态范围;经过图像增强器增强后,装置灵敏度可达到单光子级,获取到更加清晰的理想拍摄效果。下图是Optronis相机安装图像增强器前后的拍摄效果对比,可以看到,安装增强器后,相机能够捕获到更加清晰的喷射火焰细节图。

                                  图像增强器



   

   1a 图示为气体火焰,光强不高,需要非常短的曝光时间来观察火焰细节
   1b 图示为标准高速相机以1000fps及1ms曝光时间拍摄该火焰的结果。一方面,需要更长的曝光时间来提高相机灵敏度;另一方面,需要更短的曝光时间来避免模糊。
   1c 图示为增强后高速相机以2000fps及15μs拍摄的图像。增强后的高速相机灵敏度能够以100000fps的帧率拍摄火焰;通过运用图像增强器的电-光快门功能限制曝光时间,使运动图像不再模糊。


   3、相机捕获图像后,需要运用光纤延长器将信号传送到安全的远端主机:采用OptiCable光纤延长器OptiCable-Full,可以提供10Gb/s的传输带宽,支持Base/Medium/Full和10tap*8bit模式的 CameraLink相机/图像采集卡,完全可以满足应用需求。



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