第八講光源與同步

1、高速攝影用光源 高速攝影對(duì)光源的要求要得到一定密度的影象，首先 要大，必須光源的亮度B高；其次光源的光譜成份要和記錄介質(zhì)相適應(yīng)光能才能產(chǎn)生密度。光源的光譜成份通常用色溫來(lái)衡量。 黑體輻射的最大輻射功率的波長(zhǎng)隨溫度上升而變短。在物理學(xué)中，讓鐵、鎢等金屬?gòu)慕^對(duì)零度起始加溫，把隨溫度增高出現(xiàn)的顏色色光所對(duì)應(yīng)的溫度叫做光源色溫。色溫高，藍(lán)光成份多；色溫低，紅光成分多；色溫并不代表光源的實(shí)際溫度。光源的色溫可以用色溫表測(cè)得。日光的色溫并非固定不變。 1日光的色溫日出與日落時(shí)的陽(yáng)光 18500K正午前后二小時(shí)的陽(yáng)光 4,400-4,6000K正午直射的陽(yáng)光 5,6000K薄云遮日 6,8000K陰天 7,

2、500-8,4000K無(wú)云藍(lán)天 13,000-27,0000K由于鹵化銀對(duì)藍(lán)紫光敏感，所以，高速攝影要求光源高色溫。 對(duì)于閃光光源，高速攝影要求它時(shí)間特性（包括閃光時(shí)刻和脈寬）易于控制。2連續(xù)光源日光 是室外高速攝影常用的光源，例如，在土巖爆破、武器效應(yīng)、外彈道的高速攝影中。拍攝頻率不超過(guò)每秒幾千幅。 鹵鎢燈 充氣白熾燈的燈絲由于蒸發(fā)而損耗，因而功率受到限制。在填充氣體上摻入鹵族元素，利用鹵鎢循環(huán)，可以減少燈絲蒸發(fā)，提高光效和壽命，功率可達(dá)1000多瓦，色溫3200K。使用時(shí)必須注意管殼清潔，燈管處于水平位置。3閃光光源1- 氣體放電管 常用的是脈沖氙燈和頻閃管。原理都是利用貯存在電容器中的電

3、能使燈內(nèi)的氙氣放電，發(fā)出高強(qiáng)度的閃光。工作電路如圖11.49。直流電壓E是對(duì)電容器C充電，充至預(yù)定電壓后，加一高壓觸發(fā)脈沖至燈管外圍的觸發(fā)極，管內(nèi)的氙氣電離， 電容器C通過(guò)氙燈放電，產(chǎn)生強(qiáng)烈閃光。閃光持續(xù)時(shí)間與管內(nèi)氣體成分、電極間距、電極橫截面積以及電路中的電容、電感有關(guān)。ERL CP觸發(fā)電壓10KV以上觸發(fā)器圖 11.49 脈沖氙燈工作電原理圖4 頻閃管 頻閃管的工作電路如圖11.50。供電部分與脈沖氙燈相同。E2是觸發(fā)用直流電源。當(dāng)觸發(fā)開關(guān)斷路時(shí)， E2 通過(guò)R2對(duì)C2充電。當(dāng)觸發(fā)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，C2通過(guò)脈沖變壓器T的原邊放電，付邊就輸出一高壓脈沖，使頻閃管電離，C1通過(guò)頻閃管放電、發(fā)光。觸發(fā)

4、開關(guān)的頻率就是閃光的頻率。實(shí)現(xiàn)頻閃的關(guān)鍵是C1上的電壓必須做到：燈管消電離之前低于發(fā)光的臨界值；消電離之后，下一觸發(fā)脈沖到來(lái)之前增加到臨界值以上。否則會(huì)造成漏閃或連續(xù)發(fā)光。R1起著控制充電電流的作用，一般選取 E1R1C1PE2R2C2T觸發(fā)開關(guān)圖 11.50 頻閃管工作電原理圖其中f 為閃光頻率5爆炸光源 炸藥爆炸時(shí)發(fā)出的強(qiáng)烈閃光可以直接用作光源，也可以利用炸藥爆炸時(shí)壓縮氬氣閃光（稱作氬氣彈）。圖11.51是利用爆炸閃光實(shí)現(xiàn)高速攝影的裝置。該裝置與火花相機(jī)類似。只不過(guò)閃光是由炸藥（F1F3）爆炸產(chǎn)生的。 A是雷管，l1 l3是導(dǎo)爆索，閃光的時(shí)刻和時(shí)間間隔都由導(dǎo)爆索的長(zhǎng)度來(lái)控制C3C2C1 L

5、 場(chǎng) 鏡OF1F2F3l2l1l3A圖 11.51 用爆炸光源的高速攝影 試件6火花光源 火花隙放電也可以得到強(qiáng)烈閃光。圖11.52是一種火花光源的電路圖。利用抽頭電感可以調(diào)節(jié)閃光持續(xù)時(shí)間，最長(zhǎng)可達(dá)1000微秒。圖 11.52 火花光源電原理圖工作電容充電電阻觸發(fā)訊號(hào)火花開關(guān)抽頭電感變壓器同軸電纜火花光源7 激光不僅亮度高，持續(xù)時(shí)間短（毫微秒量級(jí)）是高速攝影的理想光源，而且由于高單色性、相干性，使高速全息攝影成為可能。另外，X射線具有穿透力強(qiáng)的特殊本領(lǐng)，專門用于拍攝物體內(nèi)部不可見的高速過(guò)程，例如固體中激波、穿甲彈內(nèi)的射流等。其他脈沖光源8高速攝影的同步問(wèn)題 同步問(wèn)題是指拍攝時(shí)刻，瞬態(tài)現(xiàn)象和光源

6、三者同時(shí)發(fā)生。由于瞬態(tài)現(xiàn)象轉(zhuǎn)瞬即逝，高速攝影機(jī)的全記錄時(shí)間也很短，因此，同步問(wèn)題是能否捕捉目標(biāo)的關(guān)鍵。由于拍攝對(duì)象，相機(jī)原理和光源的千差萬(wàn)別，解決同步問(wèn)題不可能是同一種模式。有的采用運(yùn)動(dòng)物體的某一部分去接通或斷開某個(gè)觸點(diǎn)；有的用拾音器接受高速現(xiàn)象的聲響，再去產(chǎn)生一個(gè)電脈沖；有的利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)切斷光束，或用現(xiàn)象的自發(fā)光給出信號(hào)。圖11.53是用火花隙光源拍攝飛行彈丸的同步原理。v火花隙運(yùn)動(dòng)方向燈照相機(jī)光電管放大器感應(yīng)線圈圖11.53 一種同步方法直流高壓電源9各種相機(jī)的同步和快門問(wèn)題 棱鏡補(bǔ)償高速相機(jī)的裝片量至少為30米。全記錄時(shí)間是秒的量級(jí)，而高速現(xiàn)象一般是毫秒量級(jí)。因此，拍攝時(shí)刻與高速現(xiàn)象采用

7、人工同步。所用光源為連續(xù)光源，不需同步。膠片是一次通過(guò)片門，也無(wú)需保護(hù)快門。 高速數(shù)字?jǐn)z像機(jī)與波存、記憶示波器相同，有TTL電平與手動(dòng)同步 可預(yù)先設(shè)置同步時(shí)刻在總畫幅數(shù)的位置。 鼓輪相機(jī)裝片量有限，拍攝目標(biāo)速度高，需要外加光源。因此，要有同步裝置。而且，鼓輪是一經(jīng)啟動(dòng)，膠片就反復(fù)出現(xiàn)在拍攝位置上。因此，需要保護(hù)快門，防止二次曝光和重復(fù)曝光。 轉(zhuǎn)鏡掃描型相機(jī)與鼓輪相機(jī)類似。例如CP相機(jī)拍空中沖擊波。選定拍頻為25萬(wàn)幅/秒。該機(jī)在拍攝時(shí)刻發(fā)出一個(gè)4050千伏的高壓脈沖。用此脈沖去觸發(fā)脈沖氙燈和電爆炸裝置，就可以做到三者同步。轉(zhuǎn)鏡在上述拍頻轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為2毫秒。選擇氙燈的閃光時(shí)間小于2毫秒，即可避免二次曝光，即：總拍攝時(shí)間轉(zhuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間。為了防止重復(fù)曝光則需要電磁快門和布置成暗室。10等待型轉(zhuǎn)鏡掃描相機(jī)的同步問(wèn)題 等待型轉(zhuǎn)鏡掃描相機(jī)的拍攝時(shí)刻與目標(biāo)無(wú)需考慮同步，但光源與