超高速照相技术论文.doc

超高速照相技术论文为了研究超高速照相技术，我对这一技术展开了一系列的研究参考了一些资料对什么是超高速照相，超高速照相的原理，超高速照相的应用进行了了解，并写了这篇论文什么是高速摄影？[1]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，受到人眼时间分变率的限制，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摄像机种类繁多，其工作的基本原理都是一样的：把光学图象信号转变为电信号，以便于存储或者传输当我们拍摄一个物体时，此物体上反射的光被摄像机镜头收集，使其聚焦在摄像器件的受光面（例如摄像管的靶面）上，再通过摄像器件把光转变为电能，即得到了“视频信号” 光电信号很微弱，需通过预放电路进行放大，再经过各种电路进行处理和调整，最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来，或通过传播系统传播或送到监器上显示出来顾名思义， “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在 信 息 论 中 的 定 义 ： 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 个 耦合 的 时 空 信 息 系 列 ， 其 中 空 间 信 息 用 图 像 来 表 示 ， 时 间 信 息 用 拍 摄 频 率 来 表 示 。

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 现 在 ， 构 成 高 速 摄 影 的 含 义 远远 超 过 这 些 普 通 摄 影 范 畴 ， 最 短 的 曝 光 极 限 也 必 须 不 断 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 历史第 一 次 真 正 意 义 上 的 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 （ Henry Talbot） 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 能 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 确 实 运 动 中 的 实 体 闪 光 摄 影 之 父 ---哈 罗 德 ·埃 杰 顿 ： 如 果 能 够 控 制 闪 光 ， 使 之 与 旋 转 者 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 告 诉 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 1940 年 ， 他 应MGM 电 影 公 司 的 紧 急 请 求 ， 证 明 了 用 来 拍 摄 电 影 的 摄 影 数 度 至 少 要 快 到 什 么 程 度 ， 使 得 由该 公 司 制 作 的 《 眨 眼 之 间 》 夺 得 奥 斯 卡 金 像 奖 第 二 次 世 界 大 战 ， 他 曾 指 导 美 军 飞 行 大队 怎 么 使 用 闪 光 弹 进 行 夜 间 空 中 侦 查 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 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 照相机的快门及其发展帘 幕 快 门 打 开 和 遮 挡 片 窗 的 启 闭 零 件 ， 是 两 个 彼 此 前 后 相 排 列 的 帘 幕 快 门 上 弦 时 ，两 个 帘 幕 有 一 部 分 相 互 迭 合 不 漏 光 地 由 一 端 拉 向 另 一 端 ， 这 时 与 二 帘 幕 相 连 接 的 动 力 弹 簧同 时 被 上 紧 ， 储 藏 能 量 当 快 门 作 开 启 运 动 时 ， 前 帘 幕 首 先 开 始 运 动 ， 后 帘 幕 仍 被 钩 住 ，根 据 调 定 的 快 门 时 间 值 ， 使 前 后 帘 幕 间 形 成 该 曝 光 时 间 所 需 缝 隙 Ｃ 后 ， 缝 隙 Ｃ 以 一 定 速 度在 胶 片 前 端 通 过 ， 使 胶 片 逐 次 进 行 曝 光 运 动 结 束 后 ， 前 后 帘 幕 相 互 迭 合 ， 准 备 下 一 次 曝光 运 动 帘 幕 快 门 曝 光 时 间 直 接 由 缝 宽 Ｃ 和 帘 幕 运 动 速 度 Ｖ 所 决 定 ， 这 两 个 参 数 的 改 变 ，都 可 以 改 变 帘 幕 快 门 曝 光 时 间 。

目 前 帘 幕 快 门 都 是 采 用 改 变 帘 幕 缝 宽 Ｃ 得 到 不 同 的 曝 光 时间 ， 而 不 采 用 改 变 Ｖ 的 方 式 但 是 ， 帘 幕 快 门 只 是 在 比 较 短 的 曝 光 更 多 还 原 [2]高 速 摄 影 的 应 用1、 科 学 领 域 ： 高 速 摄 影 在 科 学 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 2、 体 育 竞 技 ： 人 们 用 高 速 摄 影 技 术 ， 分 析 优 秀 运 动 员 的 技 术 特 色 ， 查 找 自 己 运 动员 的 差 距 和 不 足 ， 有 针 对 性 地 改 进 训 练 方 法 ， 使 竞 技 水 平 迅 速 提 高 3、 军 事 领 域 ： 一 、 可 以 检 验 ， 侦 查 武 器 性 能 二 、 可 以 分 析 爆 炸 效 果 三 、 研 究不 同 弹 速 的 破 坏 效 果 ， 子 弹 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 。

4、 纯 艺 术 摄 影 ： 除 了 以 上 列 举 的 明 确 用 途 之 外 ， 高 速 摄 影 也 是 获 取 令 人 惊 异 的 艺术 效 果 的 一 种 摄 影 方 法 高 速 照 相 系 统 ： 首 次 提 出 二 次 序 列 闪 光 高 速 照 相 系 统 结 构 利 用 二 次 序 列 闪 光 激 光 光源 在 CCD 相 机 曝 光 时 间 内 两 次 发 出 超 短 激 光 脉 冲 ,实 现 在 一 幅 图 像 中 捕 获 两 个 不 同 位 置处 高 速 运 动 目 标 图 像 此 系 统 可 实 现 在 一 个 照 相 站 内 两 次 成 像 ,相 当 于 实 现 两 个 照 相 站的 功 能 ,在 现 代 弹 道 测 量 中 有 广 泛 的 应 用 前 景 [3]古 老 的 光 学 仍 在 不 断 地 前 进 中 ,最 近 几 年 的 新 成 就 主 要 在 微 光 加 强 、 光 学 量 子 振 荡 器及 放 大 器 、 高 速 照 相 、 纤 维 光 学 等 方 面 [4]高 速 摄 影 原 理空 间 分 辨 率 ： 影 像 空 间 分 辨 率 也 叫 解 像 能 力 ， 是 表 征 图 像 清 晰 程 度 的 指 标 ， 即 是 分 析图 像 细 节 的 能 力 。

空 间 分 辨 率 一 般 指 在 摄 影 物 镜 的 像 平 面 上 ， 能 测 得 分 辨 率 的 图 像 最 小二 黑 线 之 间 的 距 离 d， 它 的 倒 数 N 定 义 为 空 间 分 辨 率 时 间 分 辨 率 ： 是 表 征 摄 影 机 曝 光 时 间 快 慢 的 指 标 ， 是 指 能 够 识 别 运 动 物 体 的 最 小 时 间间 隔 时 间 分 辨 率 越 小 ， 则 可 以 拍 摄 像 速 度 越 快 的 目 标 时 间 分 辨 率 有 两 种 度 量 的 方 法 ，即 画 幅 摄 影 和 扫 描 摄 影 摄 影 频 率 ： 普 通 电 影 摄 影 机 的 频 率 为 24 幅 /s， 而 高 速 摄 影 机 的 摄 影 频 率 要 高 出 很 多 ，约 为 102~109 幅 /s， 超 高 速 摄 影 机 甚 至 更 高 高 速 摄 影 机 分 类进 行 高 速 摄 影 的 机 器 称 为 高 速 摄 影 机 按 工 作 原 理 分 为 ： 光 机 式 ； 光 电 子 式 高 速 摄 影 机按 工 作 结 果 分 为 ： 扫 描 相 机 ； 分 幅 相 机按 拍 摄 速 度 分 为 ： 中 低 速 相 机 ； 高 速 相 机 ； 超 高 速 相 机总 结来 自 牛 津 大 学 生 理 解 剖 和 遗 传 学 系 ， 物 理 学 系 的 研 究 人 员 发 明 了 一 种 革 命 性 的 高 分 辨率 ， 高 速 照 像 成 像 技 术 ： temporal pixel multiplexing (TPM) ， 这 种 最 新 科 技成 果 能 结 合 感 光 元 件 和 解 析 元 件 来 拍 摄 静 态 与 动 态 画 面 。

这 对 于 科 学 基 础 研 究 ， 工 业 应 用 ，以 及 未 来 消 费 者 市 场 而 言 具 有 重 要 的 意 义 ， 这 一 研 究 成 果 公 布 在 2 月 14 日 的 《 Nature Methods》 杂 志 上 研 究 人 员 将 常 见 照 相 机 的 现 有 技 术 ， 与 数 码 动 态 放 映 技 术 结 合 起 来 ， 从 而 能 转 换 许 多种 格 式 的 精 细 科 学 图 片 ， 利 用 目 前 消 费 者 市 场 合 适 价 格 的 相 同 照 相 机 获 得 高 速 ， 高 分 辨 率静 态 图 像 这 种 技 术 应 用 广 泛 ， 包 括 了 从 CCTV 到 运 动 拍 摄 的 各 个 方 面 ， 而 且 也 吸 引 了 一些 科 学 成 像 部 分 的 注 意 ——这 种 技 术 能 捕 捉 质 量 非 常 高 的 静 态 图 像 ， 以 及 速 度 非 常 快 的影 像 ， 这 对 于 科 学 成 像 而 言 简 直 可 以 说 是 “量 身 定 做 ”的 技 术 随 着 社 会 的 进 步 ， 科 技 的 发 展 。

我 相 信 高 速 照 相 技 术 还 会 有 所 发 展 和 改 进 ， 它 将 给 我们 的 科 学 事 业 ， 生 活 ， 社 会 ， 国 家 带 来 更 多 的 福 利 高 速 照 相 技 术 已 经 是 科 技 发 展 中 不 可或 缺 的 部 分 了 [1]《 超 高 速 工 业 相 机 说 明 》[2]《 照 相 机 的 快 门 及 其 发 展 》 向 卫 东[3]《 光 学 技 术 》 罗 红 娥 ； 陈 平 ； 顾 金 良 ； 夏 言 ； 栗 保 明[4]《 物 理。