一.高速摄像概述
术语“高速摄影”、“高速摄像”很容易被人们直观地理解。那就是用不同制式的相机以很高的速度一幅一幅地（即摄影频率）来拍摄快速运动的物体，将物体的运动变化过程记录下来。高速摄影是采用胶片作为记录介质，而高速摄像则是采用非胶片的摄影，使用的记录介质为存储器和磁盘，光敏器件为固体图像传感器。前者出现较早，技术成熟，但后者发展迅速，大有取代前者而成为现代主流相机的趋势。因此，谈到高速摄像就不能不提到高速摄影，本章在简要回顾高速摄影历史轨迹的同时，着重对高速摄像进行概述。
当我们观看体育运动的电影时，常常看到运动员各种慢动作的特写镜头，高速摄影能更好地体现这种艺术效果。摄影作为一种艺术，已得到广泛的应用，它的实质是记录空间两维信息的一种方法。我们知道当用相机拍摄快速运动的物体时，如近距离拍摄高速行驶的摩托车，即使采用极短的曝光时间，也往往得不到清晰的照片。其原因是在曝光时间内，物体的影像在底片上发生了移动，没有实现影像的“冻结”。此外，为了研究分析快速运动的过程，要求得到一系列不同时刻的连续画幅。因此，“高速摄影”这个词就包含着两个内容：一个是以很高的摄影频率获得一系列画幅；另一个是每个画幅的曝光时间极短，把快速运动物体的影像冻结在记录介质上。
人眼的视网膜有1/24ｓ的视觉暂留效应，所以人眼的时间分辨能力（分辨率）只有1/24ｓ。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。但对于许多瞬变现象，受到眼睛时间分辨率的限制，我们却只能看１到变化前后的结果，而看不清过程。高速摄影是一种
以高于电影拍摄频率摄影的技术，当拍摄结果以电影放映频率放映时，现象的变化就被放慢了。
二.高速摄影的定义
最初美国的电影与电视工程师学会（SMPTE）建议高速摄影定义为：摄影的曝光时间小于等于１ｍｓ，摄影速度大于或等于250幅／ｓ。后来充分考虑到各个方面修改为（fuller，1994）：以足够短的曝光时间和足够快的摄影速度记录光学及光电信息，获得的空间和时间分辨率应满足实验者的需求。2004年在美国召开的第26届国际高速摄影和光子学会议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。
三.高速摄影的历史
高速摄影已有100多年的历史。其按记录原理可分为３类：20世纪60年代的化学技术（胶片）、70年代出现的磁带技术和当代的半导体技术，这一技术已成为高速相机的主流。
１．胶片摄影的历史
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（HenryTalbot）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1/2000ｓ），拍摄了几平方厘米的原版面。最终获得了清晰的图像，它好像是从一种静止的实体上拍下来的，但实际上却是运动中的实体。那时的记录介质是采用“珂罗酊湿版法”制成的玻璃干板，即在玻璃板上镀上感光材料，其敏
感度非常低，大约在ASA4左右，在普通照明条件下，曝光时间达数秒钟以上。镜头的光圈大约是F32，但摄影非常成功。
1856年，Foucault以及随后众多人对波阵面及其在透明介质中振动影响的研究，导致了纹影摄影术（schlierenphotography）的出现。
1861年，在伦敦附近进行了一次试验。试验采用阴影摄影
（shadowgraphs）来获取弹丸飞行的照片，弹丸从照相机和100μｓ的照明光源中间穿过，采用短时间的照明，使弹丸在底片上成像。
1867年,AlfredA.Pollock制成可以在旋转的圆盘上得到50幅照片的相机，同时又指出如果胶片的灵敏度足够高，像人和动物的运动过程都可以记录下来。
1871年发明了“溴化银明胶干板法”，干板的曝光时间降低到几十分之一秒，为拍摄运动物体提供了较方便的条件。
1872年，摄影师EadweardMuybidge受加州州长LelandStanford委任，到加利福尼亚解决关于疾驰快马的脚步问题，以平息争论。争论的一方称马总是至少有一个脚是在地上，而另一方认为在瞬间所有的脚都不着地。Mubridge设计了一套摄影系统，用丝线同时控制多台相机的快门，得到了一系列在黑色背景下白马奔跑的照片。
1874年，法国宇航员PierreJulesCesarJennsen设计了一种自动相机，用来拍摄金星的运动轨迹。相机70s可拍摄８幅照片，图像记录在圆形的照相银板盘上，照相盘由发条装置驱动。
1882年，Dr.EtinneJulesMarey使这种自动相机得到了改进，称为照相枪。这种相机最初每秒可拍摄12幅照片，曝光时间为1/720s，记录介质为玻璃干板。后来胶片代替了玻璃板，曝光时间达到1/1000ｓ，速度可达100幅／ｓ。
他还发明了一种用唱针把声音记录在旋转柱面上的装置，这和后来的示波器记录原理相同。
1884年，普鲁士摄影师发明了焦平面快门的便携式摄影机，其曝光时间可达1/1000ｓ。1886年他又发了宽银幕电影系（schnellseher），用来观看12个到14个摄影机获得的图像。
早期摄影的发展同放映机的发明紧密相连JosephAntoineFerdinandPlateau在1829年提出了视觉暂留理论，并在1832年设计了放映机，1853年放映机得到了普遍的应用。
1893年ThomasAlvaEdison（爱迪生）发明了活动电影放机。1893年—1894年Ｃ．FrancisJenkins发明的电影放映机是当今电影放映机的前身。
1939年—1945年二战，战争期间推动了军事研究的发展。几种连续补偿式相机相继在美国、英国、法国、德国被研制出来；美国的Genkins，德国的AEG和Thun，法国的Merlin和Gerin，英国的Vinten等厂家都着手于Maskelyne转镜式相机的研究，德国研制出了一种新式Zeisslkon16mm和35ｍｍ转镜相机。二战期间为主的相机是Fastax和Eastman相机，Fastax相机最大速度可达800幅／ｓ（分幅可达6000幅／ｓ）。为了记录炸弹的爆炸、炮弹的飞行和降落伞的张开等过程的需要，出现了速度为250幅／ｓ的Debrie（法国）和Zeiss（德国）35ｍｍ间歇式相机。其中被公认为最快的相机是Vinten 有限公司的HS300，速度为275幅／ｓ，快门曝光时间范围为100μｓ至２ｍｓ，并在胶片边缘上记录有音叉振荡器得到的50Ｈｚ时标信号，获得了较高的计时精度。二战期间为了研究炮弹的飞行和炸弹的爆炸情况，出现了一些使用特殊胶片规格、不同记录方式的新式专用相机。比如Bowen条纹相机
（ribbonframecamera）和单幅画面的YOC（YawOb servation Camera）高速相机。YOC相机是弹道同步相机（ballis tic synchro）的前身。因为这种技术不仅可记录高速运动目标的细节，而且可给出目标的速度、转速和姿态等数据，因此直到今日还一直在使用。
普通电影摄影机由于曝光时间太长、帧速过慢，不能用于诸如子弹、雷管、等离子体中微秒级至毫微级事件的分析研究，于是一种在快速旋转鼓轮四周装上短尺寸胶片的相机产生了，从而获得离散连续的图像。该相机在250μｓ时间内帧速可达250000幅／ｓ。1940年至1945年间，英国研制出了超高速转镜摄影机（Miller相机）。该相机画幅为20ｍｍ，速度为２百万幅／ｓ，画幅为８ｍｍ，时速度可达８百万幅／ｓ，时间分辨率为１×１０－８ｓ。美国的BeckmanWhitley和Cordin公司也都相继生产了相似的Miller相机。20世纪80年代，Cordin仍在大量生产35ｍｍ和70ｍｍ鼓轮转镜式相机，速度为（1000～20000000）ｒ／ｓ，能记录８ｍｍ～８０ｍｍ的高质量彩色和黑白图像。
战后，AcmadeLimitedofDwnham制造出一种特殊的35ｍｍ旋转棱镜相机。在３个互换旋转棱镜作用下，速度可达2000幅／ｓ，两分幅后速度可达4000幅／ｓ，四分幅后速度可达8000幅／ｓ。
1955年—1975年，美国国防航空航天管理局（ＮＡＳＡ）为了空
间技术的研究，设计研制了速度为500幅／ｓ的新型间歇式摄影
机，以适应恶劣环境下工作。期间DBMilliken、Mitchell、Photo sonics、RedLake四个厂家都生产16ｍｍ相机。Photo sonics也研发了35ｍｍ和70ｍｍ系列的高速相机，并配以半自动和全自动跟踪架。
直至20世纪60年代，以AWRE、Barr、Steoud以及BeckmanWhitley 为代表的转镜式相机始终主宰着超高速摄影领域。
２．电子成像技术的发展
光学机械式高速摄影机虽然工作稳定可靠，像质较好，使用面广，但是在时间分辩率方面要有更大的提高是有困难的。1949年Countey prett教授利用电与磁的作用使电子束偏转扫描，以达到比光学机械系统大得多的扫描速度。研制了一只变像管，时间分辨率为（10－７～10－８）ｓ。
20世纪50年代，电子摄像管可在相对暗背景下记录单幅高质量图像。1960年，美国空间技术实验室研制出了STL变像管高速摄影机。它由光电阴极、电子透镜和荧光屏组成。记录介质为（４×５）英寸Polaroid或普通胶片，可产生三帧连续图像，每幅大小为17ｍｍ×25ｍｍ，分辨率为12对线／ｍｍ，速度为（200～2000000）幅／ｓ，时间分辨率可达0.5ｎｓ，触发至第一幅图像之间的延迟仅为12ｎｓ。
1969年,Imacon相机问世,HadlandPhotonics有限公司和Imco光电有限公司因此在图像转换领域成为领头羊，制造出一大批帧速率为（10000～600000000）幅／ｓ、扫描时间分辨力为２ｐｓ的高速摄像系统。
３．磁带记录的历史
1884年，PaulNipkow提出了原始ＴＶ系统的原理。
1897年，德国人Braun研制出阴极管。一年后，Braun提出了磁信号存储原理。此后，视频磁带记录原理没有根本上的创造，仅是技术上的进步。直到1923年，Zworykin获得了映像管专利，一种高敏感ＣＲＴ取代了Nipkow的圆盘，这种技术同Braun的ＣＲＴ相结合形成了当时的电视系统。
20世纪30年代德国的电子和化学技术很发达，从而推动了
磁带录音机的发展。1928年FritzPfleumer获得磁带（在胶带上涂上磁粉）的专利，经过几年的研究探索，1935年Basf和Tele funken制作的磁带录音机在柏林电台展示，使得磁带录音机成了磁带记录机的通用名词。BingCrosby 在娱乐行业是行家里手，他的公司最终完成了一种高品质的磁带记录机。那时，一个高品质的声音要求磁带的速度是（10～20）ｃｍ／ｓ，作为视频记录需要更高的带宽。那时磁带较宽，并使用多个并行磁头。1951年BingCrosby研制的系统使用了12个磁头，磁带速度为2.5ｍ／ｓ。ＲＣＡ在1953年仅用了３个磁头，速度为９ｍ／ｓ。商业的螺旋扫描Ampex视频磁带记录机在1956年完成。同年，ＩＢＭ公司研制出磁盘内存电脑。
从1970年开始，美国生产出了许多以常速记录的高质量彩色／黑白图像、曝光时间为100μｓ的相机。两种真正的慢速运动分析系统是日本的ＮＡＣｓ
av200和美国的Instar相机，他们都是对普通视频记录系统的改进型。
1980年12月，美国EastmanKodak公司生产出SP2000视频运动分析系统。从而真正开始了视频运动分析系统的研制和广泛应用。
1986年，使用微处理器控制磁带记录的Ektapro系列1000取代了SP2000，它的速度范围是（25～1000）幅／ｓ，分幅后速度可达6000幅／ｓ。它的性能虽比不上SP2000系统，但造价约比SP2000系统少1/2以上。
４．半导体相机的发展
由计算机来存储和处理图像，是在计算机发展到大约第三代电脑的时候。在20世纪90年代，基于ＰＣ的高速相机结束了基于视频磁带的高速相机的统治。20世纪70年代的ＴＶ和视频相机体积大而且不方便携带，半导体ＴＶ传感器的
出现改变了这一切。目前，多数主流相机都是基于ＣＣＤ和ＣＭＯＳ技术。在20世纪90年代，半导体和电脑技术使得基于电脑的高速相机成为可能。ＰＣ的内存大小和ＣＰＵ的速度随时间的推移不断地提高，最终高速相机能够使用自身的半导体内存。数字存储运动分析系统比如美国视频研究机构生产的PhantomV2.0，相对于磁带存储系统来说有许多优点，系统可连续存储图像，当空间不足时，最早存储的图像则释放掉，以保证继续存储。图像在存储过程中，可选择性地存储所要保存的部分。该系统满分辨率的摄像速度可达500幅／ｓ。
1989年问世的Ektapro1000EM是一种固态电子存储系统，可以1000幅／ｓ的速度存储1200帧信息，或以6000幅／ｓ存储7200幅分幅图像信息，满画幅可连续记录1.2ｓ，可以手动控制，也可遥控。
1993年出现的EktaproHS4540运动分析系统使帧速提高至4500幅／ｓ。系统采用数字摄像技术，可在电存储器里存储5152幅图像，这些数字图像可即刻从存储器里重放。该系统的传感器大小为（256×256）像元，传感器的灵敏度为ＩＳＯ3000，可由ＲＳ232／ＩＥＥ接口同计算机进行通信。由于使用了ＰＣ，高速相机的价格降到了一个新的水平。高速影像通常记录时间不长，大多数都是在几秒的时间内。当事件结束后相机停止工作，图像采用循环记录的工作方式。视频磁带记录仪可以长时间记录，但磁带须（５～20）ｍｉｎ左右时间来重绕，而半导体相机能够连续记录，并当事件结束后相机就停止。但ＰＣ的存储空间、显示、硬拷贝设备和后期处理都很方便容易。在21世纪开始到现在（2005年），实际上所有高速相机都是基于ＰＣ，没有什么大的明显改变，只是速度和记录时间在不断增加。基于ＰＣ的数字高速影像技术才发展了10年，它的前任（磁带式）是20年，更早的（胶片式）是60年。
我国高速摄影机的研制可以追溯至20世纪50年代，然而大规模的研究开始于1963年，受国防科技研究需要的牵引，发展很快。到80年代末，我们已经研制成功几乎所有类型的光机式高速相机和主要类型的变像管高速相机，并达到了国际先进水平。1993年西安光机所研制出了ＨＴＶ－５００高速电视及录像系统，其性能指标达到了国际先进水平。
武汉中创联达科技有限公司，专业从事光电子影像产品（低照度相机、高速摄像机，超高速摄像机，高分辨率相机及其图像分析软件）的销售、研发，提供特殊环境下的拍摄、成像服务。经过多年的市场经验及技术积累，公司为国内客户提供燃烧、PIV、纤维成像、焊接、等离子体放电、材料拉伸变形、仿生学等领域提供详细、专业的解决方案。公司将在以下应用领域提供产品：
◆高速摄影（弹道学、碰撞实验、高速粒子运动实验PIV 、材料学、气囊膨胀实验、燃烧实验、电弧运动、离子束运动、流体力学、喷射实验、爆炸分析以及其他超高速运动领域）
◆高分辨率成像（弹道学、粒子运动实验PIV 、工业质量检测、喷射实验、电泳现象、火焰分析）
◆显微成像（微生物光学成像、分子细胞成像）
◆低照度成像（燃烧实验、弹道学、碰撞实验、爆炸分析、天文学领域、微光成像、工业检测监视）
◆光谱成像（红外感应范围应用、光源波谱分析）
◆高速运动分析软件及PIV系统分析软件
摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头()生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片()中加工处理，再通过接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。 注：图像传感器()是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。 注：数字信号处理芯片( )功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过等接口传到等设备。 结构框架: . ( )(镜像信号处理器) . (图像解码器) . (设备控制器) 摄像头的构成主要包括主控芯片、感光芯片、镜头和电源。好的电源也是保证摄像头工作的一个方面。摄像头镜头：五玻镜头是主流 这个问题对于大多数人来说已经不算问题了，笔者提出来也只是仅对小白而言。简单的说镜头是由透镜组成，摄像头的镜头一般是由玻璃镜片或者塑料镜片组成的。玻璃镜头能获得比塑料镜头更清晰的影像。这是因为光线穿过普通玻璃镜片通常只有～的光损失，而塑料镜片的光损失高达～。有些镜头还采用了多层光学镀膜技术，有效减少了光的折射并过滤杂波，提高了通光率，从而获得更清晰影像。
然而，现在很多小厂，为了节约成本、追求高利润，往往减少镜片的数量，或者使用廉价的塑料镜头。虽然这些产品在价格上便宜不少，看上去很有吸引力，但实际的成像效果却实在是令人无法恭维。现在市面上大多数摄像头采用的都是五玻镜头，但是不乏少数商家将塑料镜头说成五玻镜头的。因此消费者在选购一些杂牌摄像头时，一定要详细试用一下，谨防上当受骗。 另外，镜头还有一个重要的参数那就是光圈，通过调整光圈可以控制通过镜头到达传感器的光线的多少，除了控制通光量，光圈还具有控制景深的功能，即光圈越大，则景深越小 摄像头感光器件：一定比好吗？ 在选择摄像头时，镜头是很重要的。按感光器件类别来分，现在市场上摄像头使用的镜头大多为和两种，其中（，电荷耦合组件）因为价格较高更多是应用在摄像、图象扫描方面的高端技术组件，（－，附加金属氧化物半导体组件）则大多应用在一些低端视频产品中。
Vision Research Phantom Miro M / R / LC120 Vision Research Phantom Miro M140 / M340 Vision Research Phantom Miro M / R / LC310 Vision Research Phantom Miro M / R / LC320S Vision Research Phantom Miro Airborne HD Vision Research Phantom Miro Airborne Vision Research Phantom Miro eX4 Vision Research Phantom Miro 3 Vision Research Phantom Miro C210J / C210 ?2,000 fps at 1280 x 1024 ?12 bit 1.3 Megapixel CMOS sensor ?ISO Monochrome 5,000T; 2,500D; Color 640T; 640D ?Hi-G: 170G – Shock, 17 Grms - Vibration ?Small: 73 mm x 73 mm x 72 mm (H x W x D) ?Modular: Connect to Miro Junction Box for multi-camera configurations
Overview Specifications Accessories FAQs Videos The Phantom? Miro? C210J and C210 are small, light and rugged digital high-speed cameras, designed to meet the most demanding applications. The cameras have a 12 bit ?-inch CMOS sensor and achieve up to 2,000 frames per second (fps) at full resolution of 1280 x 1024. They are also modular, and can be connected to a Miro Junction Box to create multi-camera configurations as simple or as complex as needed. Small, light & rugged: At 73 mm x 73 mm x 72 mm and weighing just over 1 lb. (.5 kg), the C210 and C210J are 3-inch cubes small enough to fit into the tightest places. Strategically placed mounting holes securely position the cameras, even in difficult places. The cameras were tested at 170 G (IAW MIL-STD-810G) for shock, and 17 Grms (IAW MIL-STD-202G) for vibration, and are rugged enough to withstand the most challenging environments. Image protection: The C210J and C210 are specifically designed to protect valuable images if a cable is severed during an experiment. Each camera has local memory, including an internal, non-removable 128G CineFlash? for image storage. The cameras can be set to save all images immediately to the non-volatile CineFlash. An internal battery provides up to 30 minutes of back-up power to allow images to be saved in the event AC power is lost. Modular and flexible: The Miro C210 has connectors compatible with other Phantom Miro cameras for power and control, allowing it to operate as a stand-alone camera. The Miro C210J is designed to operate through a single cable to Vision Research’s new Miro Junction Box (JBox). The JBox is a flexible hub designed not only to operate the cameras but to create almost any multi-camera configuration imaginable. Each JBox can accept up to six cameras, or use any one of the camera ports to daisy chain or tree branch to another JBox, significantly increasing the number of cameras in a configuration. The Miro C210, as well as other Phantom Miro cameras, can also connect to the Miro JBox, offering users additional configuration flexibility. Motion Analysis: The Miro C210J and C210 benefit from Vision Research Phantom Camera Control (PCC) software, including the motion analysis tools in the software. PCC can perform timing, position, distance, velocity, angle and angular speed measurements and provide a full suite of calculations on the data.
摄像头的工作原理说明加电路图 随着中国网络事业的发展（直接的说，电脑的外部环境的变化→宽带网络的普及），大家对电脑摄像头的需求也就慢慢的加强。比如用他来处理一些网络可视电话、视频监控、数码摄影和影音处理等。话说回来，由于其的相对价格比较低廉（数码摄象机、数码照相机），技术含量不是太高，所以生产的厂家也就多了起来，中国市场就是如此，产品的质量和指标也就有比较大的差距。 一、首先来看看感光材料 一般市场上的感光材料可以分为：（电荷耦合）和（金属氧化物）两种。前一种的优点是成像像素高，清晰度高，色彩还原系数高，经常应用在高档次数码摄像机、数码照相机中，缺点是价格比较昂贵，耗功较大。后者缺点正好和前者互普，价格相对低廉，耗功也较小，但是，在成像方面要差一些。如果你是需要效果好点的话，那么你就选购元件的，但是你需要的￥就多一点了！ 二、像素也是一个关键指标 现在市面上主流产品像素一般在万左右，早些时候也出了一些万左右像素的产品，由于技术含量相对较低效果不是很好，不久就退出历史舞台了。这个时候也许有人会问，那是不是像素越高越好呢？从一般角度说是的。但是从另一个方面来看也就不是那么了，对于同一个画面来说，像素高的产品他的解析图象能力就更高，呵呵，那么你所需要的存储器的容量就要很大了。不然……我还是建议如果你选购的时候还是选购市面上比较主流的产品。毕竟将来如果出问题了保修也比较好。 三、分辨率是大家谈的比较多的问题 我想我没有必要到这里说分辨率这个东东了，大家最熟悉的应该就是： ：你的显示器什么什么品牌的。分辨率可以上到多高，刷新率呢？ ：呵呵，还好了，我用在* ，设计的时候就用在*。玩游戏一般就*了。 但是摄像头的分辨率可不完全等同于显示器，切切的说，摄像头分辨率就是摄像头解析图象的能力。现在市面上较多的的一般在*，有是也会在*。但是如果是的一般还要高些。 四、是摄像头，当然也要比较摄像的效果 摄像头的视频捕获能力是用户最关心的了，目前电脑摄像头所能够捕捉都是通过软件来实现的，因此对电脑要求比较高，一般情况下*他的速度可以到达帧，但当分辨率在*的状态下，速度稍微一快点。因而，自己在选购是，可以按照自己的作用选择一个合适自己的。 五、镜头是一个大问题 估计这么东东很多用户在购买的时候会忽视掉，但这却是摄像头对光线的最重要部位。光圈的大小、镜头可调焦的范围等等。一般按照材料分主要有中，有玻璃镜片；塑胶镜片和化合物的，这里最好的要算是玻璃的，他的通光系数大，一般好的镜头他的通光口径也会做的较大，在光线不是很好的时候也可以得到交好的效果，但是价格要高点（一分钱一分货）。塑胶的通光要差点，但是价格便宜，就这点也得到了一些中低端用户的认可。化合物的市面上不是很多，这里就不做详细介绍了。 六、其他数据
高速摄像机帧数高，用于拍摄高速运动的物体的运动轨迹，捕捉现实生活中人类肉眼无法看清的瞬间动态过程。由于高速摄像机帧数高，所拍摄的画面独具魅力，因而被广泛地应用于科研、军事及商业领域。 高速摄像机帧数能达到多少 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”。 视频是由很多张照片连续起来的，所以，一般我们觉得高端机器每秒8fps以上的，就是连拍很快的机器了，输出2千万像素以上级别，而且，快门能达到1/8000s看着似乎数据很牛，但是，仅仅是单纯意义上体现了快门速度快，能够捕捉运动场景的一瞬间。 而高速摄像机不同，它能够通过很高的fps把运动场景完整的捕捉并慢速，超慢速回放。高速或超高速摄像机，虽然像素不高，但1s内拍摄的图片数几百乃至上千张，所以可以理
解为什么有些高速拍摄视频能够把闪电或者子弹击碎物品的瞬间慢速还原。最主要还是一个动态一个静态，图像采集密度，图像数据处理量，完全不同，这样就可以想象最主要的区别了吧。 另外，也有过这样使用的：国外友人通过电子设备控制N台单反的快门，让每台机器的快门同步延迟固定，组建了一个超高速的用静态高品质照片合成高速相机效果的东西，其目的最简单的理解就是1s内拍摄尽可能多的但是并不重复的图片，从而组成一段视频，一段把1s尽可能多的记录下来的视频，再用正常速度回放，就是超级慢动作了。当然在电视上，视频是以每秒30帧的速度播放，适合于人眼观看。多数电视节目和家庭电影都是以相同的速度录制。不过高速摄像机能够以每秒325,000帧的速度录影(一秒可以作为三小时播放)。 从2003年开始，武汉中创联达科技有限公司先后与日本NAC、德国Paul Hoess、英国IVV、美国MIC以及日本SEIKA公司等特殊领域成像企业建立合作关系，成为其在国内
AF摄像头工作模式原理 AF(Auto Focus)自动对焦：自动对焦有两种方式，根据控制原理分为主动式和被动式两种。主动式自动对焦通过相机发射红外线，根据反射回来的射线信号确定被摄体的距离，再自动调节镜头，实现自动对焦。被动式对焦有一点仿生学的味道，是分析物体的成像判断是否已经聚焦，比较精确，但技术复杂，成本高，而且在低照度条件下难以准确聚焦，多用于高档专业相机。一些高智能相机还可以锁定运动的被摄体甚至眼控对焦。 有的手机平台上引出的GPIO口控制或者是Sensor中集成的AF算法，不需要单独使用MCU，有的手机平台是靠MCU集成AF算法,比如MTK的6228。Sensor 的AF算法是在ISP（DSP）的fireware里面的，就是MCU. 对于Sensor带有AF功能的一般通过I2C下命令就行了。手机平台如果是采用IO口控制的话，软件必须有AF的算法，根据图像的清晰度通过IO口控制马达的驱动IC使VCM或者Step（步进电机）动作。 实际上和音圈的原理是一样的,首先对马达供给有低到高的直流电VCM的转子由低到高走完全程,在走的过程中使用IC读取SENSOR固定位置上的亮度数值并记录实时电流数值,到达顶端后在供给马达在sensor亮度值最高时的电压,用VC开发会比较快。镜头直接就可以拧进VCM马达的镜头槽中的，在你给VCM 进行控制时可以有两种控制方式一种时PWm控制方式，还有的是IIC的控制方
式，在控制信号输入到驱动芯片时，驱动信号便发出电流来驱动VCm马达，使VCm马达机构上下移动，所以就实现了自动对焦的目的。 基于DSP的自动对焦系统，自动对焦技术是计算机视觉和各类成像系统的关键技术之一,在国外AF技术已经非常普遍，照相机、摄像机、显微镜、内窥镜等成像系统中有着广泛的用途。在我们国家这个方面应用比较少。传统的自动对焦技术较多采用测距法,即通过测出物距,由镜头方程求出系统的像距或焦距,来调整系统使之处于准确对焦的状态。随着现代计算技术的发展和数字图像处理理论的日益成熟,自动对焦技术进入一个新的数字时代,越来越多的自动对焦方法基于图像处理理论对图像有关信息进行分析计算,然后根据控制策略驱动电机,调节系统使之准确对焦。 本文利用数字式CMOS图像传感器作为感像器件,运用DSP芯片采集图像信息并计算系统的对焦评价函数,根据优化的爬山搜索算法控制驱动步进电机,调节系统光学镜头组的位置,使系统成像清晰,从而实现自动对焦。这是一种数字式的自动对焦方法,其准确性和实时性使其在视频展示台和显微镜等设备中的应用具有广泛的前景。
１．高速摄像系统的基本构成 １）ＣＭＯＳ摄像系统 ＣＭＯＳ高速摄像系统是借ＣＭＯＳ图像传感技术来得到高质量图像的。以瑞士Weinberger公司Visario系统为例。它采用的ＣＭＯＳ传感器是一种新式的有源像素ＣＭＯＳ传感（ActivePixelＣＭＯＳ）阵列，位于相机内部的心脏位置，在它的内部集成有电子快门，用以进一步控制曝光时间。如图1.2所示。 图1.2ＣＭＯＳ摄像系统的构成 相机内部的缓冲存储器，它用于存放当前一段时间的图像信息。这是个被设计成环形结构的存储器，当拍摄时间大于缓冲存储器所能容纳图像信息的时间长度时，最后拍摄的一帧图像就会覆盖最早拍摄的一帧图像。相机内部的时钟控制电路负责控制拍摄频率、画幅大小、电子快门频率、图像信息存储、触发方式以及与主控制计算机的数据传输，在实际工作中，这些参数的设置和具体控制都是通过主控制计算机上的软件操作来实现。 实际拍摄时，当相机内部的ＣＭＯＳ传感器接收到外部的光信号，就将其转化成模拟电压信号输出，这些模拟电压信号通过相机内集成的Ａ／Ｄ转换器阵列转换成数字量阵列信息并暂时存储在相机内部的缓冲存储器中。拍摄结束后，根
据需要将存储在缓冲存储器中的图像信息通过相机与主控制计算机的数字接口和信号线传送到主控制计算机的存储器中，经过进一步的处理或格式转换输出。 ２）ＣＣＤ摄像系统 ＣＣＤ摄像系统分为模拟摄像和数字摄像两种。图1.3为模拟摄像，图1.4为数字摄像。 图1.3ＣＣＤ模拟摄像 图1.4ＣＣＤ数字摄像 ２．原理简述
图像传感系统首先通过透镜收集并聚焦来自目标的反射光线，将之投射于光探测器阵列上，在像元阵列中光信号被转换为电信号，并经过信号处理电路，最后以模拟信号或数字信号输出。 为产生彩色图像，可在像元表面覆盖彩色光滤阵列（ＣＦＡ），即在每个像元表面覆盖一个独立的滤波器，这样在随后的信号处理中就可实现修复和重建彩色图像，其中较为普遍的一种模式是红绿蓝模式。此外，还使用微透镜把入射到像素非敏感区的光集中射到像素敏感区，把有效填充系数提高２倍到３倍。微透镜是通过制备一层聚合物薄膜或刻蚀沉积在芯片上的玻璃来实现的。 ＣＣＤ和ＣＭＯＳ两种固态图像传感器的基本共同点是在光探测方面都利用了硅在光照下的光电效应原理，而且都支持光敏二极管型和光栅型。基本不同点是像元里光生电荷的读出方式不同。ＣＣＤＳ是用时序电压输入邻近电容把电荷从积累处迁移到放大器里，因此这种电荷迁移过程导致一些根本缺点：必须一次性读出整行或整列的像素值，不能提供随机访问；需要复杂的时钟芯片来使时序电压同步，需要多种非标准化的高压时钟和电压偏置；ＣＣＤＳ的硅处理专用制作工艺与现今微电子器件的主流制作工艺不同；无法低成本地把控制处理电路集成在同一图像芯片上，这也就造成了基于ＣＣＤ的图像系统体积庞大和功耗大（ＣＣＤ可携式照相机功耗近10Ｗ）。而ＣＣＤ在市场上能保持优势的原因是它的出色的分辨率、较高的动态范围、一致性好、低噪声和像素面积小。在ＣＭＯＳ传感器中，积累电荷不是转移读出，而是立即被像元里的放大器所检测，通过直接寻址方式读出信号。ＣＭＯＳＡＰＳ 的主要优势是低成本、低功耗（为ＣＣＤＳ的1/100～1/1000）、简单的数字接口、随机访问、运行简易（单一的ＣＭＯＳ兼容电源供给）、高速率（可
JMK MODEL: JK-316 1/4 索尼高清CCD 内置自动变焦、自动光圈镜头 16倍光学变焦镜头 12倍数字变焦 可调视频传输距离（3步骤） 最低照度：0.001 Lux(DSS) RS-485协议and PTZ 控制器接口 监控摄像头的分类 分类包括： 枪形摄像机 半球形摄像机 一体化摄像机 红外摄像机 智能高速球型摄像机 智能中速球型摄像机 数字视频会议摄像机 微型针 从色彩分为：彩色，黑白，彩转黑从外形分为：枪击，半球，球机从原理分为：模拟，数字
摄像头工作原理 摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。 注1：图像传感器(SENSOR)是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。 注2：数字信号处理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。 DSP结构框架: 1. ISP(image signal processor)(镜像信号处理器) 2. JPEG encoder(JPEG图像解码器) 3. USB device controller(USB设备控制器) 摄像头的构成主要包括主控芯片、感光芯片、镜头和电源。好的电源也是保证摄像头工作的一个方面。 摄像头镜头：五玻镜头是主流 这个问题对于大多数人来说已经不算问题了，笔者提出来也只是仅对小白而言。简单的说镜头是由透镜组成，摄像头的镜头一般是由玻璃镜片或者塑料镜片组成的。玻璃镜头能获得比塑料镜头更清晰的影像。这是因为光线穿过普通玻璃镜片通常只有5%～9%的光损失，而塑料镜片的光损失高达11%～20%。有些镜头还采用了多层光学镀膜技术，有效减少了光的折射并过滤杂波，提高了通光率，从而获得更清晰影像。
摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB 接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。 注1：图像传感器(SENSOR)是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。 注2：数字信号处理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。 DSP结构框架: 1. ISP(image signal processor)(镜像信号处理器) 2. JPEG encoder(JPEG图像解码器) 3. USB device controller(USB设备控制器) 摄像头的构成主要包括主控芯片、感光芯片、镜头和电源。好的电源也是保证摄像头工作的一个方面。摄像头镜头：五玻镜头是主流 这个问题对于大多数人来说已经不算问题了，笔者提出来也只是仅对小白而言。简单的说镜头是由透镜组成，摄像头的镜头一般是由玻璃镜片或者塑料镜片组成的。玻璃镜头能获得比塑料镜头更清晰的影像。这是因为光线穿过普通玻璃镜片通常只有5%～9%的光损失，而塑料镜片的光损失高达11%～20%。有些镜头还采用了多层光学镀膜技术，有效减少了光的折射并过滤杂波，提高了通光率，从而获得更清晰影像。
然而，现在很多小厂，为了节约成本、追求高利润，往往减少镜片的数量，或者使用廉价的塑料镜头。虽然这些产品在价格上便宜不少，看上去很有吸引力，但实际的成像效果却实在是令人无法恭维。现在市面上大多数摄像头采用的都是五玻镜头，但是不乏少数商家将塑料镜头说成五玻镜头的。因此消费者在选购一些杂牌摄像头时，一定要详细试用一下，谨防上当受骗。 另外，镜头还有一个重要的参数那就是光圈，通过调整光圈可以控制通过镜头到达传感器的光线的多少，除了控制通光量，光圈还具有控制景深的功能，即光圈越大，则景深越小 摄像头感光器件：CCD一定比CMOS好吗？ 在选择摄像头时，镜头是很重要的。按感光器件类别来分，现在市场上摄像头使用的镜头大多为CCD 和CMOS两种，其中CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合组件）因为价格较高更多是应用在摄像、图象扫描方面的高端技术组件，CMOS（Complementary Metal－Oxide Semiconductor，附加金属氧化物半导体组件）则大多应用在一些低端视频产品中。
USB摄像头的工作原理 2010-04-06 15:03 摄像头的工作原理 摄像头的工作原理大致为：景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。 注1：图像传感器(SENSOR)是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。 注2：数字信号处理芯片DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSING)功能：主要是通过一系列复杂的数学算法运算，对数字图像信号参数进行优化处理，并把处理后的信号通过USB等接口传到PC等设备。 DSP结构框架: 1. ISP(image signal processor)(镜像信号处理器) 2. JPEG encoder(JPEG图像解码器) 3. USB device controller(USB设备控制器) 四、摄像头的主要结构和组件 从摄像头的工作原理就可以列出摄像头的主要结构和组件： 1、主控芯片（详情请参阅：《影响摄像头的关键
元器件是什么？》） 2、感光芯片（详情请参阅：《影响摄像头的关键元器件是什么？》） 3、镜头（详情请参阅：《影响摄像头的关键元器件是什么？》） 4、电源 摄像头内部需要两种工作电压：3.3V和2.5V，因此好的摄像头内部电源也是保证摄像头稳定工作的一个因素。 五、摄像头的一些技术指标 1、图像解析度/分辨率(Resolution)： ●SXGA(1280 x1024)又称130万像素 ●XGA(1024 x768)又称80万像素 ●SVGA(800 x600)又称50万像素 ●VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488) ●CIF(352x288) 又称10万像素 ●SIF/QVGA(320x240) ●QCIF(176x144) ●QSIF/QQVGA(160x120) 2、图像格式(image Format/ Color space) RGB24,I420是目前最常用的两种图像格式。 ●RGB24：表示R、G、B三种颜色各8bit，最多可表现256级浓淡， 从而可以再现256*256*256种颜色。 ●I420：YUV格式之一。 ●其它格式有: RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。 3、自动白平衡调整(AWB) 定义：要求在不同色温环境下，照白色的物体，屏幕中的图像应也是白色的。 色温表示光谱成份，光的颜色。色温低表示长波光成分多。 当色温改变时，光源中三基色(红、绿、蓝)的比例会发生变化， 需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节的实际。 4、图像压缩方式 JPEG：(joint photographic expert group)静态图像压缩方式。 一种有损图像的压缩方式。压缩比越大，图像质量也就越差。当图像精度要求 不高存储空间有限时，可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。 5、彩色深度(色彩位数) 反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，实际就是A/D转换器的量
收稿日期:2001-05-28 作者简介:王军波,男,1973年出生,硕士,在读博士生 基金项目:国家自然科学基金项目(编号:59975050),清华大学“211”、“985”经费资助. 高速CCD 摄像系统及其应用 王军波,孙振国,陈 强 (清华大学机械工程系,北京 100084) 摘 要:介绍了DA LSA 公司生产的CA —D6型高速CCD 摄像系统的基本组成、工作原理,以 及其在CO 2短路焊接过程及熔滴尺寸检测、压铸充型模拟实验过程检测、激光深熔焊等离子 体形态检测、人体运动分析等科研领域的典型应用。此类应用为“高速CCD 摄像系统原理及 应用”实验课程的教学提供了丰富的素材。 关键词:高速CCD 摄像系统;激光焊接;CO 2焊;压铸充型;人体运动分析 中图分类号:T B853.1+7文献标识码:A 文章编号:1002-4956(2001)06-0016-04 当今世界进入信息时代,以数字化、计算机、通讯、电视和多媒体为主要特征的新的信息革命正在兴起。CCD (Charge Coupled Device )作为近几年新兴的固体成像器件,具有体积小、重量轻、动态范围大、灵敏度高、可靠性好等优点,广泛应用于机器人视觉系统、安全保卫系统、智能交通系统以及Internet 接入装置等领域,为人类探索微观世界和瞬态运动过程作出和提供了丰富的视觉信息。近年来,CCD 摄像机在分辨率、拍摄速度和智能化水平等性能指标上有了质的飞跃。目前国产线阵CCD 器件的分辨率已有128、256、512和1024象素等,面阵CCD 的分辨率也有100×100、120×150和320×256象素等,拍摄速度为每秒钟几十帧。国外线阵CCD 的分辨率已达4096象素以上,面阵CCD 分辨率已达到4096×4096象素以上,而图像摄取速度则可达到每秒钟上千帧,最快的达到每秒钟1万帧(64×64象素)。 本着提高相关课程教学水平,同时服务于科研工作的宗旨,在“211工程”资助下,我系于2000年1月引进了一套高速CCD 摄像系统。许多学生在学习、了解高速CCD 摄像系统的基本组成、工作原理和操作方法后,与其从事的科研工作紧密结合,使得该系统已经在CO 2短路焊接过程及熔滴尺寸检测、压铸充型模拟实验过程检测、激光深熔焊等离子体形态检测、人体运动分析、电弧放电过程检测等众多科研工作中发挥了重要作用。而从这些研究工作中取得的成果又进一步丰富了课程教学内容,为今后的教学工作提供了大量的素材和使用经验。本文着重介绍高速CCD 摄像系统的基本组成及其在科研工作中的典型应用实例,供相关的科研和教学工作人员参考。 16中国科技论文统计源期刊 实 验 技 术 与 管 理 Vol .18 No .6 2001
制造流程-设计篇 外观设计： 据天敏工业设计小组介绍，摄像头前期设计的工作也很复杂。 一个新的摄像头的诞生，最初由设计师的灵感而成，设计师首先用手画草图，将自己的的想法粗略地在纸上体现，画出简易的大体外观。 （天敏子弹头的设计草图） 在 ID 小组讨论后决定后，用 Rhino 犀牛工业造型软件先画几个三维的外观效果图，经讨论大致确认后，把这个粗略的外观图纸文件送去打版中心进行 CNC 三维雕刻打“手版”，然后对实体模型进行评审，然后会根据模型计师进行不断的修改，这个过程是要将摄像头的最后所要实现的外观确认。外观打样后，即进行结构论证和设计工作，一般使用“ PRO-E ”软件，结构设计。 在设计底座时，就打了很多个样版。设计师根据市场的调研，发现现大多数的摄像头的底座都是“夹子”，这种夹子在夹笔记本就还可以，但在设计很个性的液晶显示器上很多是夹不着的，有太厚的原因，背板是不规则。设计师专门设计了一个万能的“挂座”，这是一个根据力学原理来设计的底座，不用夹子也可以很轻松的挂在笔记本和液晶显示器上，同样也可以放在桌面或 CRT 显示器上。这个“挂座”很费精力，材料、模具应如何设计、出模方式等，都跟模具设计师做了大量的讨论构通，也打了很多的样版来做试验。在结构设计阶段，需要丰富的模具知识，跟模具设计师的大量沟通
（天敏子弹头三维外观效果图） 具体的内部尺寸确定，那时设计师就可以将 PCB 板的尺寸给硬件工程师，在设计同时， PCB 的设计从现在开始也在同步地进行，相互之间也要做大量的沟通，有时为了争一点点空间，相互争个面红耳斥。 为了检查结构尺寸和 PCB 板的配合，还要做结构手板，经过检测，如果外观有问题或者内部结构与 PCB 板不合，再进行修改。修改外观其实是一个反复的过程，直到所有的设计达到最好的配合，最终确定模具，才正式开始交 PRO-E 图纸给专业的模具厂制造模具。从外观到结构，这个设计的时间最长，不确定的因素也很多，通常要两三个月，之后就快起来了。 外观设计的工序： ?灵感：手绘草图确认大体外观 ?实践：软件 pro-e 或犀牛等画出大致外观 ?初期颜色确定：用 3D MAX 进行渲染 ?用 pro-e 做出内部的结构，实现外观所需要的 ?做手版，目的：确认外观、检查结构与 PCB 配合 ?修改结构图 ?制造模具（大约 30 天）
随着系统的曝光时间越来越短，摄像速度越来越快，分辨率越来越高，高速摄像系统的应用领域也越来越广。其中一些应用领域为： 流体和燃烧研究；飞行及武器研究；机械加工和工具设计；物理和化学过程；运动和生理研究；动物行为和运动；光电工程研究；医药研究；天体物理学研究；意外事故研究；比赛记时；传输和交通工具研究；材料研究；原子能研究；学习教育；广告和娱乐。 1.在军事上的应用 用于武器系统的发射、飞行、攻击过程记录和参数测试。图1.5为PhantomV5.0系统获得的导弹发射序列图像（摄像机视场固定），图1.6为SVR Ⅱ摄像系统获得弹丸脱壳图像，图1.7为摄像机放置在跟踪架上跟踪炮弹的飞行过程。 图1.5 PhantomV5.0系统获得的导弹发射序列图像 图1.6 SVRⅡ摄像系统获得弹丸脱壳图像
图1.7摄像机放置在跟踪架上跟踪炮弹飞行的过程 2.风沙流中颗粒运动参数及分布特征的测试 要研究颗粒的跃移特点及规律，除了可以用力学方程式来描述并建立各运动参数之间的关系之外，还可以将颗粒的跃移运动视为随机运动来研究变量之间的关系。由于数学上的困难，现在还难以直接得到力学方程式的解析解，因此利用实测资料来分析、确定颗粒的跃移参数的统计分布函数也不失为一种实用、有效的方法。 为清楚地观测颗粒的实际跃移轨迹，采用高速摄像技术，这样，每隔一个极短的时间，颗粒就成像一次，最后根据拍摄到的一系列连续的图像（即代表颗粒在不同时间所处的不同位置）便可以确定出颗粒的跃移轨迹。 从得到的图像中对颗粒运动轨迹的数据判读处理，可以得到跃移颗粒的粒径Ｄ、起跃角α、降落角α、跃高Ｈ、跃长Ｌ、跃高点长等物理量。经过进一步整理、分析和计算，则可得到颗粒在跃移过程中的速度ｕ、ｖ和加速度α、α以及各个相应物理量的统计分布。 3.智能交通 智能交通是20世纪末提出的新概念，现在正以极快的速度形成新的产业，已展现了极大的市场前景。高速摄像技术可获取高速行驶车辆的清晰图像，包括
实车碰撞实验过程中，车辆车身的形变、假人运动的位移、安全气囊的点爆等具有不可预见性，仅使用简单的测量方法无法全面的了解碰撞过程。想要全面掌握瞬间即逝的汽车碰撞过程，高速摄像系统发挥了非常重要的作用。 如上图所示，实车碰撞实验中的NAC高速摄像系统主要由高速摄像机和灯光照明设备及控制PC组成。高速摄像机包括地面相机与车载相机是整个高速摄像系统的核心。灯光照明设备包括顶部灯光和车载灯光作为高速摄像系统的辅助设备，对高速摄像机能否完好及完整记录试验过程起到决定性的作用。 在实车碰撞实验过程中地面与车载两种类型的NAC高速摄像机可以满足于各种应用条件下的拍摄，记录碰撞实验过程中高速运动瞬间肉眼捕捉不到的画面，比如车辆形变的动态变化，车内假人运动的位移变化、气囊点爆的动态变化、门把手等狭小区域内部结构的动态变化等。
除此之外，NAC高速摄像机还可以配合高速运动图像分析软件使用，用来分析位移、速度、加速度以及汽车零部件的其他碰撞所需要的数据，获取过程全自动化，操作便捷，为用户呈现更精准的数据。
NAC高速摄像系统在实车碰撞中的应用可以弥补以往对过程现象描述不直观，不全面的缺憾。为了能够全方位的记录整个实验过程，一整套的高速摄像系统通常需要多台高速摄像机，针对碰撞瞬间要求，在不同区域和角度放置设置相机。为设计人员提供和改进车辆状态提供重要的参考和依据，也是改进汽车安全设计的重要手段。 上海威测是NAC高速摄像机在中国的官方合作伙伴，深耕高速摄像机领域十年，具有丰富的应用经验和完善的服务体系，尤其在汽车安全测试领域在中国市场应用非常广泛，是专业提供测试实验设备、系统、软件以及相关解决方案的企业。
基于摄像头得图像采集与处理应用 1、摄像头工作原理 图像传感器,就是组成数字摄像头得重要组成部分。根据元件得材料不同,可分为 CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合元件)与CMOS(plementary MetalOxide Semiconductor,金属氧化物半导体元件)两大类。 电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度得半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部得闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机得处理手段,根据需要与想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有得感光单位所产生得信号加在一起,就构成了一幅完整得画面。 互补性氧化金属半导体CMOS(plementary MetalOxide Semiconductor)与CCD一样同为在图像传感器中可记录光线变化得半导体。CMOS主要就是利用硅与锗这两种元素所做成得半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电)与P(带+电)级得半导体,这两个互补效应所产生得电流即可被处理芯片纪录与解读成影像。然而,CMOS得缺点就就是太容易出现杂点, 这主要就是因为早期得设计使CMOS在处理快速变化得影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热得现象。 CCD与CMOS在制造上得主要区别就是CCD就是集成在半导体单晶材料上,而CMOS就是集成在被称做金属氧化物得半导体材料上,工作原理没有本质得区别。CCD制造工艺较复杂,采用CCD得摄像头价格都会相对比较贵。事实上经过技术改造,目前CCD与CMOS得实际效果得差距已经减小了不少。而且CMOS得制造成本与功耗都要低于CCD不少,所以很多摄像头生产厂商采用得CMOS感光元件。成像方面:在相同像素下CCD得成像通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS得产品往往通透性一般,对实物得色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性得原因,CMOS得成像质量与CCD还就是有一定距离得。但由于低廉得价格以及高度得整合性,因此在摄像头领域还就是得到了广泛得应用 工作原理:为了方便大家理解,我们拿人得眼睛来打个比方。当光线照射景物,景物上得光线反射通过人得晶状体聚焦,在视网膜上就可以形成图像,然后视网膜得神经感知到图像将信息传到大脑,我们就能瞧见东西了。摄像头成像得原理与这个过程非常相似,光线照射景物,景物上得光线反射通过镜头聚焦,图像传感器就会感知到图像。 具体部分就是这样得,摄像头按一定得分辨率,以隔行扫描得方式采集图像上得点,当扫描到某点时,就通过图像传感芯片将该点处图像得灰度转换成与灰度一一对应得电压值,然后将此电压值通过视频信号端输出。如图1所示,摄像头连续地扫描图像上得一行,则输出就就是
一、摄像头工作原理 上一篇我们讲了摄像头模组的组成，工作原理，作为一种了解。下面我们析摄像头从寄存器 角度是怎么工作的。如何阅读摄像头规格书（针对驱动调节时用到关键参数，以GT2005为例）。 规格书，也就是一个器件所有的说明，精确到器件每一个细节，软件关心的寄存器、硬件关 心的电气特性、封装等等。单单驱动方面，我们只看对我们有用的方面就可以了，没必要全部看完。主要这些资料全都是鸟语,全部看完一方面时间上会用的比较多，找到关键的地方 就行了。 1、camera的总体示意图如下：控制部分为摄像头上电、I2C控制接口，数据输出为摄像头 拍摄的图传到主控芯片，所有要有data、行场同步和时钟信号。GT2005/GT2015是CMOS 接口的图像传感器芯片，可以感知外部的视觉信号并将其转换为数字信号并输出。 我们需要通过MCLK给摄像头提供时钟，RESET是复位线，PWDN在摄像头工作时应该始终为低。PCLK是像素时钟（这个应该是等同于CSI中的普通差分时钟通道），HREF是行参考信号，VSYNC是场同步信号。一旦给摄像头提供了时钟，并且复位摄像头，摄像头 就开始工作了，通过HREF，VSYNC和PCLK同步传输数字图像信号。数据是通过D0~D7这八根数据线并行送出的。
（1）、Pixel Array GT2005阵列大小为1268 列、1248 行,有效像素为1616 列, 1216 行。也就是说摄像头为1600X1200的时候，像素点要多于这个，去除边缘一部分，保证图像质量吧。 （2）、I2C这个不用说了，摄像头寄存器初始化的数据都从这里传输的，所有的I2C器件都一样的工作，来张图吧，后面做详细分析； 下面这一部分在调试驱动的过程中比较重要了： （3）、MCLK 电子元件工作都得要个时钟吧，摄像头要工作，这个就是我们所要的时钟，在主控制芯片提供，这个时钟一定要有，要不然摄像头不会工作的。 （4）、上下电时序，这个要接规格书上来，注意PWDN、RESETB这两个脚，不同的摄像 头不太一样，这个图是上电时序，上电时参考一下，知道在那里看就行；
高速摄像机是一种能够以小于1/1000秒的曝光或超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像的设备。高速摄像机用于将快速移动的物体作为照片图像记录到存储介质上。录制后，存储在媒体上的图像可以慢动作播放。早期的高速摄像机使用胶片记录高速事件，但被完全使用电荷耦合器件（CCD）或CMOS有源像素传感器的电子设备取代，通常每秒超过1000帧记录到DRAM上，慢慢地回放研究瞬态现象的科学研究动作。 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视器上显示出来。
高速摄像机可以在很短的时间内完成对高速目标的快速、多次采样，当以常规速度放映时，所记录目标的变化过程就清晰、缓慢地呈现在我们眼前。高速摄像机技术具有实时目标捕获、图像快速记录、即时回放、图像直观清晰等突出优点。 工作原理 高速运动目标受到自然光或人工辅助照明灯光的照射产生反射光，或者运动目标本身发光,这些光的一部分透过高速成像系统的成像物镜。经物镜成像后，落在光电成像器件的像感面上，受驱动电路控制的光电器件，会对像感面上的目标像快速响应，即根据像感面上目标像光能量的分布，在各采样点即像素点产生响应大小的电荷包，完成图像的光电转换。带有图像信息的各个电荷包被迅速转移到读出寄存器中。读出信号经信号处理后传输至电脑中，由电脑对图像进行读出显示和判读，并将结果输出。因此，一套完整的高速成像系统由光学成像、光电成像、信号传输、控制、图像存储与处理等几部分组成。 高速摄像在流体力学中的应用 高速摄像在工业应用中应用广泛，高速摄像机能拍摄到肉眼无法看清楚的图像和运动过程。流体力学中的湍流、流体的流速、流场、气泡、沸腾、两相流等运动规律的观察和分析更是少不了高速摄像机的参与。如用高速摄像拍摄的石头进入水中一刹那的细节。通过高速摄像机影像，研究人员能够了解石头水下的受力情况，并通过流体动力学，分析出为何石头能在水面上连续多次漂浮。 武汉中创联达科技有限公司，专业从事光电子影像产品（低照度相机、高速摄像机，超高速摄像机，高分辨率相机及其图像分析软件）的销售、研发，提供特殊环境下的拍摄、成像服务。经过多年的市场经验及技术积累，公司为国内