论文部分内容阅读
摘要：摄影可以分为很多种，其中在高速率拍摄时对高速摄影机的照明要求非常高，照明灯的供电系统必须采用直流供电，用以保证图像拍摄出来的质量，同时需要为目标提供足够的照明强度。为保证图像的清晰明亮，高速摄影机需要大光圈的镜头。本文主要试用在不同的照明、电源、镜头、参数等环境下，对高速摄影机进行水下应用的测试，不仅取得最新实验测试数据，还为水下照明灯的设计构造提供了基础要素。
关键词：高速摄影机;照明灯;测试
随着时代的发展，经济文化的进步，人们生活水平逐渐提高的同时电子技术、高速摄影技术同样在不断的进步。随之对高速运动分析的市场需求也越来越多，高速摄影技术的应用也越来越广泛。高速摄影在许多领域当中已经成为了一种至关重要的技术测试手段，包括汽车碰撞试验、科研试验、体育运动等。除此之外，高速摄影在水下科研试验、水下监视等领域也逐渐投入到应用当中。
在水下进行高速摄影时，常常会因为拍摄过程中的拍摄速率过高、快门速度过快、现场照明度不足的原因导致拍摄效果不行，尤其是照明强度，因为是在水下进行高速摄影，所以更需要进行照明补充。为了理解使用CMOS图像传感器高速摄影机对照明的要求，并且在不同照明条件下，高速摄影机的拍摄效果，和不同拍摄条件下拍摄情况，记录高速摄影机在不同光照条件下的拍摄效果，对所拍摄出来的图像质量的优劣进行对照分析，如性能、图像质量等方面，为水下高速摄影的水下照明灯设计取得重要的实验数据。
1、测试样机及测试方法
使用美国Redlake公司CMOS高速摄影机HG-100K作为测试样机，其感光灵敏度相当于ISO400摄影胶片，拍摄图像为彩色图像，最大分辨率为1504*1128像素，拍摄速率满幅可达到1000帧秒，最大拍摄速率可达20000帧秒。在正式进行测试时，准备一个专用电源进行供电，将高速摄影机设置在一个三脚架上固定住。测试过程采用三个镜头拍摄，分别是Nikon50mmf/1.2、Nikon24mmf/2、和NikonZoom70-210mmf/4.5-5.6。照明灯采用OSRAM公司的12V/100W的卤灯，其发光强度是2800cd，色温是3000K。采用交流和直流方式為照明灯电源进行供电，交流电源采用市电，由变压器转换成l2V供电照明灯。直流供电方式也采用市电，通过变压器进入12V后，对照明灯进行整流供电。
2、测试框图
高速摄影机照明测试框图如图1所示。
3、测试结果
为避免杂散光的干扰，所有试验均在夜间进行。采用不同的电源、不同的光照条件、不同的镜头和不同的拍摄参数对高速摄影机拍摄目标进行拍摄，得到了几组测试数据见表1。
4、效果分析
4.1电源
本次测试采用交流和直流电源供电照明灯具。从表1所列数据可以看出，在其他条件相同的情况下，两种供电源在目标处的照明灯产生的光照强度相差不大。电源电压与光强强度有着直接性的联系，照明灯所形成的光强强度随着电源电压的高低而随之改变。从数据中同样可以看出，照明灯对高速摄影机拍摄的图像影响根据供电方式的不同也有所变化，采用交流供电方式拍摄出来的图像都有闪烁情况出现，而直流供电方式拍摄出来的图像就没有这类情况。
4.2照明灯
测试中采用的12V/100W卤灯，其发光强度、色温、图像色彩均正常，从表1可以看出当照明灯距离目标距离越近，目标的照明强度越大，且采用多灯照明比单灯照明的照明强度大。
4.3镜头
测试共使用3个镜头，每个镜头的特性参数直接影响到拍摄时的效果，从表1数据中可以看出。Nikon 50mm f/1.2镜头光圈大，对照明灯的照明强度要求是三个镜头中最低的，这样可以进行高速拍摄，在大多数情况下，拍摄的图像是明亮和清晰的，但在大光圈的情况下，目标景深很小。Nikon 24mm f/2 镜头光圈也比较大，对照明灯强度要求一般，可以进行较高速拍摄，拍摄图像是比较明亮和清晰的，因为光圈较大，目标深景较小。Nikon Zoom 70-210mm f/4.5-5.6镜头光圈比较小，对照明灯强度要求高，只能进行一般速率拍摄，因为光圈较小，目标深景大一些，拍色图像很暗。在其他方面3个镜头效果差别不大。
5、测试结论
通过以上多项测试，进行比对分析后可以得出以下结论：1、采用交流供电方式进行拍摄会出现闪烁现象，直流供电拍摄不会出现闪烁现象;2、高速摄影机对照明要求高，在水下进行拍摄应采用多灯照明;3、镜头应采用光圈大的镜头拍摄，拍摄图像清晰，对照明要求较低;4、快门速率和拍摄速率是高速摄影机最敏感的参数，高速率拍摄情况下，图像偏暗。
结论：
在本次测试中，为掌握高速摄影机的性能，以及对镜头、照明灯的要求，采用不同的电源、镜头、拍摄参数进行拍摄。经过测试表明，高速摄影机对于照明的要求很高，不仅要控制拍摄速率与快门时间，还要为目标提供足够的照明强度，同时采用直流供电，保证拍摄图像不闪烁。镜头应采用光圈大的镜头拍摄，保证图像清晰。经过本次水下测试，为今后高速摄影机的水下应用取得了宝贵的测试数据和宝贵经验。
参考文献：
[1]李景镇. 相干光照明下高速摄影系统时间分辨率评价标准的初步研究[J]. 高速摄影与光子学， 1987（3）：103-103.
[2]吴中平. 利用高速摄影测量水下物体的运动速度[J]. 水雷战与舰船防护， 2007（1）：25-27.
[3]W. G. Hyzer. 高速摄影与光子学（Ⅲ）[J]. 光子学报， 1982， 10（4）.
[4]赖鸣， 兰山， 黄广炎，等. 数字式高速摄像测试技术及其应用[J]. 实验技术与管理， 2012， 29（6）：51-54.
关键词：高速摄影机;照明灯;测试
随着时代的发展，经济文化的进步，人们生活水平逐渐提高的同时电子技术、高速摄影技术同样在不断的进步。随之对高速运动分析的市场需求也越来越多，高速摄影技术的应用也越来越广泛。高速摄影在许多领域当中已经成为了一种至关重要的技术测试手段，包括汽车碰撞试验、科研试验、体育运动等。除此之外，高速摄影在水下科研试验、水下监视等领域也逐渐投入到应用当中。
在水下进行高速摄影时，常常会因为拍摄过程中的拍摄速率过高、快门速度过快、现场照明度不足的原因导致拍摄效果不行，尤其是照明强度，因为是在水下进行高速摄影，所以更需要进行照明补充。为了理解使用CMOS图像传感器高速摄影机对照明的要求，并且在不同照明条件下，高速摄影机的拍摄效果，和不同拍摄条件下拍摄情况，记录高速摄影机在不同光照条件下的拍摄效果，对所拍摄出来的图像质量的优劣进行对照分析，如性能、图像质量等方面，为水下高速摄影的水下照明灯设计取得重要的实验数据。
1、测试样机及测试方法
使用美国Redlake公司CMOS高速摄影机HG-100K作为测试样机，其感光灵敏度相当于ISO400摄影胶片，拍摄图像为彩色图像，最大分辨率为1504*1128像素，拍摄速率满幅可达到1000帧秒，最大拍摄速率可达20000帧秒。在正式进行测试时，准备一个专用电源进行供电，将高速摄影机设置在一个三脚架上固定住。测试过程采用三个镜头拍摄，分别是Nikon50mmf/1.2、Nikon24mmf/2、和NikonZoom70-210mmf/4.5-5.6。照明灯采用OSRAM公司的12V/100W的卤灯，其发光强度是2800cd，色温是3000K。采用交流和直流方式為照明灯电源进行供电，交流电源采用市电，由变压器转换成l2V供电照明灯。直流供电方式也采用市电，通过变压器进入12V后，对照明灯进行整流供电。
2、测试框图
高速摄影机照明测试框图如图1所示。
3、测试结果
为避免杂散光的干扰，所有试验均在夜间进行。采用不同的电源、不同的光照条件、不同的镜头和不同的拍摄参数对高速摄影机拍摄目标进行拍摄，得到了几组测试数据见表1。
4、效果分析
4.1电源
本次测试采用交流和直流电源供电照明灯具。从表1所列数据可以看出，在其他条件相同的情况下，两种供电源在目标处的照明灯产生的光照强度相差不大。电源电压与光强强度有着直接性的联系，照明灯所形成的光强强度随着电源电压的高低而随之改变。从数据中同样可以看出，照明灯对高速摄影机拍摄的图像影响根据供电方式的不同也有所变化，采用交流供电方式拍摄出来的图像都有闪烁情况出现，而直流供电方式拍摄出来的图像就没有这类情况。
4.2照明灯
测试中采用的12V/100W卤灯，其发光强度、色温、图像色彩均正常，从表1可以看出当照明灯距离目标距离越近，目标的照明强度越大，且采用多灯照明比单灯照明的照明强度大。
4.3镜头
测试共使用3个镜头，每个镜头的特性参数直接影响到拍摄时的效果，从表1数据中可以看出。Nikon 50mm f/1.2镜头光圈大，对照明灯的照明强度要求是三个镜头中最低的，这样可以进行高速拍摄，在大多数情况下，拍摄的图像是明亮和清晰的，但在大光圈的情况下，目标景深很小。Nikon 24mm f/2 镜头光圈也比较大，对照明灯强度要求一般，可以进行较高速拍摄，拍摄图像是比较明亮和清晰的，因为光圈较大，目标深景较小。Nikon Zoom 70-210mm f/4.5-5.6镜头光圈比较小，对照明灯强度要求高，只能进行一般速率拍摄，因为光圈较小，目标深景大一些，拍色图像很暗。在其他方面3个镜头效果差别不大。
5、测试结论
通过以上多项测试，进行比对分析后可以得出以下结论：1、采用交流供电方式进行拍摄会出现闪烁现象，直流供电拍摄不会出现闪烁现象;2、高速摄影机对照明要求高，在水下进行拍摄应采用多灯照明;3、镜头应采用光圈大的镜头拍摄，拍摄图像清晰，对照明要求较低;4、快门速率和拍摄速率是高速摄影机最敏感的参数，高速率拍摄情况下，图像偏暗。
结论：
在本次测试中，为掌握高速摄影机的性能，以及对镜头、照明灯的要求，采用不同的电源、镜头、拍摄参数进行拍摄。经过测试表明，高速摄影机对于照明的要求很高，不仅要控制拍摄速率与快门时间，还要为目标提供足够的照明强度，同时采用直流供电，保证拍摄图像不闪烁。镜头应采用光圈大的镜头拍摄，保证图像清晰。经过本次水下测试，为今后高速摄影机的水下应用取得了宝贵的测试数据和宝贵经验。
参考文献：
[1]李景镇. 相干光照明下高速摄影系统时间分辨率评价标准的初步研究[J]. 高速摄影与光子学， 1987（3）：103-103.
[2]吴中平. 利用高速摄影测量水下物体的运动速度[J]. 水雷战与舰船防护， 2007（1）：25-27.
[3]W. G. Hyzer. 高速摄影与光子学（Ⅲ）[J]. 光子学报， 1982， 10（4）.
[4]赖鸣， 兰山， 黄广炎，等. 数字式高速摄像测试技术及其应用[J]. 实验技术与管理， 2012， 29（6）：51-54.