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2024年7月3日发(作者:)
超高速相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相机极
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生产的超高速相机可达皮秒)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。虽然超高速相机拥有如
此多极其优秀的特点,但超高速相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。
超高速相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
出优质超高速相机的厂家并不多,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相机的基本工作原理和特点。
超高速相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:
超高速相机内部示意图:
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:
1. 单通道单次曝光模式
2. 单通道多重曝光模式
3. 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
相关案例:
1. 氙闪光管多次曝光,单词放电,120微秒内10次曝光
2. 高压放电实验(武汉高压研究院特高压实验基地雷电波击穿模拟实验)
3. 等离子体释放实验
4. 水中放电实验(水电开关的电触发触发分解的时间发展,曝光时间为0.5
纳秒,负时间是击穿时间之前的时间。)
注:以上案例均来自武汉中创联达科技有限公司更多有关超高速相机的相关
信息可咨询/
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