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7 高速摄影技术
转镜式高速扫描摄影仪的技术参数 （1）扫描速度
狭缝在胶片上形成的像沿胶片某一方向运动的速度，称为扫描速度：
v 2 L (1 a / L cos )
7.6.2 转镜式高速分幅摄影仪
转镜式高速分幅摄影仪可以得到高速事件的一系列间断的平面图像，它 的二维空间信息是连接的，时间信息却是间断的，分幅摄影用于研究燃烧爆 炸、冲击过程的速度、加速度、对称性和一致性等物理参数。
图7.9 转镜式分幅型摄影光学原理 BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLGY
D v 2 2 2 2 v 2 2 (y) 2 (x) 2 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) D v sin 2 v y x
式中
v / v — 扫描速度测为量相对误差， / — 光学系统放大倍数的相对误差，
V ZH 2
式中， 棱镜旋转速度
Z 棱镜面数
H 幅距
图7.3 补偿式高速摄影机
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7.5 鼓轮式高速摄影仪
图7.4 鼓轮示高速摄影机 (a)狭缝式；（b）转鼓分幅式
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7.2 高速摄影及分类 7.2.1 高速摄影的描述
高速摄影是一种光学测量技术，利用光对物体的反射、透 射、折射、衍射等特性，观察事物的变化规律。 可见光、激光摄影利用光的反射、折射机理； X光摄影依据的是光的透射、吸收原理； 全息照相利用的是光的干涉和衍射理论。
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7.3 间歇式高速摄影仪
图7.2 间歇式摄影机结构
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7.4 补偿式高速摄影仪 输片速度
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描述一个高速流逝过程，总可以采用空间位置坐标x，y，z， 和时间坐标t来表示，如: F (x，y，z，t) 若某一个过程可以用函数F(x,t)描述，则称为一维运动，这 个 过程可以利用高速狭缝扫描摄影记录。 若某一过程可以用函数F(x，y，t)表示，则称为二维运动， 相应地可以采用高速分幅摄影拍摄， 相应的光学测试技术是高速分幅全息摄影。
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7.2.2.3 摄影仪工作原理分类
（1）间歇式
（2）光学补偿式 （3）鼓轮式 （4）转镜式 （5）变像管式
（6）固态数字式
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（2）时间分辨率 转镜扫描摄影机的时间分辨率定义为能分辨的最小时间间隔 τ 。时间分辨率取决于狭缝的宽度b和扫描速度V：
b/v
提高时间分辨率有两条途径，一是提高像的扫描速度，也就是 提高反射镜的旋转速度；二是减小狭缝宽度。除此之外，提高被摄 物体的发光强度、改善感光胶片的性能也可增强时间分辨率。
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D dh / dt
或：
若令爆轰过程的扩展速度： 则：
tg

v

dh D dt v
D
v tg

dyi dxi v
v
根据以上公式可以求各时刻的爆速，也可求爆轰的平均速度 D


y 。 x
图7.5 扫描型摄影光学原理 BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLGY
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转镜式高速摄影仪是由控制台（包括电路、电源和电机三个模 块）、摄影机（包括转镜机构部件和快门部件）、电缆等组成。
图7.6 GSJ 型高速摄像机结构框图
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图7.10 光栏与排透镜的对应关系
被摄目标通过第一物镜成像在阶梯光栏平面上，由场镜二次成像到旋
转反射镜的镜面，得到中间像。排透镜也称为分幅光栏，它与阶梯光栏通 过场镜共轭，把中间像成像到胶片上。当反射镜旋转时，反射光线相继扫
高速摄影技术先进国家：美国、英国、德国、前苏联、法国、
瑞士、日本等。 1958年，我国一些学校、工厂、研究单位开始生产高速摄影
机，1962年成立了专门的研究所。 目前，我国已经能够自制三十多种类型的高速摄影机。
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7.9 摄影相关技术
7.10 高速摄影和摄像技术应用
7.5 鼓轮式高速摄影仪
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高速摄影技术是用照相的方法拍摄高速运动过 程或快速反应过程，它把空间信息和时间信息一次 记录下来，具有形象逼真和动画效果。 高速摄影的“高速”指的是拍摄频率高，曝光时
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第七章 高速摄影技术
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本章主要内容
7.1 概述 7.2 高速摄影及分类 7.3 间歇式高速摄影仪 7.4 补偿式高速摄影仪 7.6 转镜式高速摄影仪 7.7 变像管高速摄影仪 7.8 高速摄像系统
若某一过程可以用函数F(x，y，z，t)表示，则属于三维运动，
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高速摄影技术的整个过程包括：
• 光信息变换
• 信息传输
• 时间分解
• 信息记录和信息处理
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7.7 变像管高速摄影机
图7.11 变像管高速摄影原理 BEIJING INSTITUTE OF TECHNOLGY
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7.8 高速摄像系统 高速摄像具有以下方面的优点： （1）摄像机体积小，便于携带； （2）启动快； （3）同步性好；
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（3）速度测量与精度分析
狭缝扫描在底片上记录了某一物体的物理化学反应过程沿狭缝 长度方向扩展的距离—时间函数，如雷管的破裂状态、药柱的爆轰 过程等，其图像是一条或多条黑密度突变的曲线（包括直线）。
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7.2.2.2 摄影速度分类
（1）快速 拍摄频率102～104幅/s，曝光时间10-3～10-5s，扫描速 率10-3～10-1mm/μ s。 （2）高速 拍摄频率104～106幅/s，曝光时间10-5～10-7s，扫描速 率10-1～10mm/μ s。 （3）超高速 拍摄频率＞106幅/s，曝光时间＜10-7s，扫描速率＞ 10mm/μ s。
dyi tg dxi
其中：
d yi dh , d xi v dt
式中 β— 光学系统的放大比(像物之比), dh — 平行于0y方向的被测物长度的增量， v — 狭缝像在底片上的扫描速度， dt — 平行于0x方向上的时间增量。
图7.8 狭缝扫描的药柱
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间短，扫描速率快，具备三者之一即可称为高速摄影。
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7.1 概述


1839年，世界上出现了第一台摄影机。
二战后，世界各国将高速摄影技术作为武器研究重要工具。
（4）即时重放。
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7.8 高速摄像系统
固态图像传感器 ：
（1）CCD（电荷耦合器件）
（2）CMOS（互补金属氧化物半导体器件）
L是转镜转轴中心0点到虚像坐标的距离； Ω是反射镜的旋转角速度 ； a是反射镜的1/2厚度 ； φ是光轴入射角 。