超高速相机系统组成图解

视频触发测速抓拍系统概述系统由前端系统、光纤传输系统及中心综合应用与管理系统组成。

前端系统包括高清图像采集单元、视频检测器等；光纤通讯系统包括网络及网络设备；中心系统包括通信服务器、数据库服务器、综合应用服务器等组成。

系统结构见图1系统结构图。

由安装在外场的前端系统高清摄像机采集到的视频信号通过光纤传输系统传到位于中心的视频检测器，经过视频检测器的处理，传输到中心综合应用系统。

中心系统可以通过光纤传输系统，配置视频检测器的相关参数。

系统逻辑关系见图2系统逻辑图。

图1 系统拓扑图图2系统结构图图3 系统逻辑图3.1前端系统前端综合检测设备包括高清摄像机及镜头、防护罩和高清视频检测器、LED同步补光灯。

其中，高清综合视频检测器作为本部分的核心设备，负责控制高清摄像机和LED同步补光灯协调工作，处理高清摄像机传输来的高清晰视频，准确地识别车辆号牌，同时还可以检测出包括车牌信息、交通事件、交通流数据等综合信息，并将检测结果传给中心的综合检测中心应用系统进行统一存储与具体应用。

3.1.1前端综合检测设备的连接与原理前端综合检测设备的连接主要涉及高清摄像机及镜头、LED同步补光灯、防护罩和视频检测器的安装与相互间的具体连接。

其中，高清摄像机及镜头和LED同步补光灯都安装在防护罩内。

高清摄像机及镜头的安装方式与一般固定安装方式相同，只是在在防护罩前面玻璃罩的内侧增加LED同步补光灯的安装，以进行夜间低能见度情况下的同步补光。

在同一横杆上，我们采用LED频闪灯为路道灯光不足的区域补光。

防护罩固定安装在被检测道路旁的立杆向道路伸出的横臂上（拍摄方向与行车方向一致，固定位置尽量靠近两条规定待识别车牌车道的上方）；视频检测器、车检器、光端机放置在摄像机安装现场旁的室外机柜内。

安装情况见图4前端系统安装示意图。

图4 前端系统安装示意图视频检测器与高清摄像机通过光纤进行通信连接。

整个前端综合检测设备的工作原理可描述为：高清综合视频检测器通过对高清摄像机与LED同步补光灯的控制，获取全天候条件下高质量视频；通过对视频图像分析与处理，识别出三条检测车道中通行车辆的前部车牌信息并提取图片；最后将上述检测数据与车牌图片实时传回中心的综合检测中心应用系统。

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。

高速摄像机就是能够以很高的频率记录一个动态的图像，因为一个动态的图像是需要数个静止的连贯的图片按一定时间速度播放出来的，高速摄像机一般可以每秒1000~10000帧的速度记录，但这导致了每张像素不会太高，甚至不会超过一个家用数码照相机的像素水平。

高速摄像机与我们日常使用的一般普通摄像机不一样，它的优势在于我们可以选择不同的触发方式来记录物体高速运动轨迹的动态过程，捕捉人肉眼难以观察到的瞬间画面，并慢速、超慢速回放。

高速摄像机的原理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。

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，一套完整的高速摄像机由光学成像、光电成像、信号传输、控制、图像存储与处理等几部分组成。

高速摄像机就是能够以很高的频率记录一个动态的图像，因为一个动态的图像是需要数个静止的连贯的图片按一定时间速度播放出来的，高速摄像机一般可以每秒1000~10000帧的速度记录，但这导致了每张像素不会太高，甚至不会超过一个家用数码照相机的像素水平。

超高速摄影机是美国加州大学Henry Samueli工程与应用科学分校的科学家们开发了一种可以在一秒钟之内拍摄六百一十万张照片的超高速摄影机，快门速度高达440万亿分之一秒。

利用它将解决众多科研难题。

超高速摄像机简介美国Vision Research公司推出世界上最快4百万像素高速摄像机Phantom V640，超大2560×1600分辨率CMOS传感器，满幅摄速率为1,400帧/秒，最高拍摄速率300,000帧/秒，独立HD-SDI 4:2:2和4:4:4双端口设计可实现4中模式数字视频输出，支持256GB 和512GB超大容量CineMag存储器，满足超长时间拍摄的需要。

这台相机使用不同频率的激光束来照射被摄物。

相机的每个像素点都具备独立的信号，将这些信号放大处理后，便可形成影像。

科学家将这种技术命名为STEAM（serialtime-encoded amplified microscopy）。

STEAM技术所具备的分辨率仅有3000像素，不过目前研究小组正在研发百万像素级别，每秒能拍摄1亿张图片的产品。

超高速摄像机应用超高速摄像机具有广泛用途，例如：要想开发低噪音的洗衣机，就可以通过慢动作图像分析防噪音零件震动的情况，以制造更加安静的产品；在汽车的冲撞实验中，也可以验证气囊的膨胀方式是否对人体产生不良影响。

此外，还可以用来调查瓶装工厂的机械故障原因、了解混凝土的破坏、昆虫翅膀的振动、爆炸发生时的冲击波等详细过程，使人们看到许多未知世界。

超高速摄像机意义这项技术的研究由美国国防部出资赞助。

赞助的项目中包括一种流式细胞计的研究，这项技术将被用于进行血液分析。

传统的血液分析器能够计算血细胞流动的数量，并能计算出血细胞的大小尺寸，但由于拍摄速度的限制，现有的技术并不能对血细胞进行详细拍摄。

要在人体中发现染病细胞，就必须对细胞进行拍摄。

而目前的细胞拍摄只能采用少量血液取样的方法进行。

新技术将能对快速流动的血液中的细胞进行直接拍摄，有助于尽早发现血流中的少量染病细胞，如瘤细胞等。

每秒4.4万亿帧的超极高速相机：能拍摄冲击波
近日日本科学家开发出了一种新型高速相机，这款相机的光敏元件帧间隔达每秒4.4万亿帧。

而为了达到这样的目的，日本科学家使用了一种被称为“连续定时全光学映射摄影”的新技术。

据悉，这种超高速相机可以拍摄到此前被认为不可能拍摄到的场景或事物，比如鸡蛋破碎或气球爆炸等，之前这样的场景只能通过高速摄像系统拍摄，然后进行截图，而现在已经可以通过这种超高速相机进行直接拍照。

日本科学家开发出了一种新型高速相机
对于研究人员来说，这种新技术也可以用来进行物理现象的研究，比如冲击波或机械过程。

而这也是为什么日本庆应义塾大学和东京大学科学家花了三年时间来研制出这种超高速相机，这种新相机每秒可以拍摄出4.4万亿帧的画面，是之前传统高速相机的一千倍。

该研究小组在《自然光子学》期刊上发表了自己最新的成果，同时详细的介绍了相机的工作原理和性能。

据悉，这种新的高速相机采用的是基于运动的飞秒成像摄影术，其表现就是一次即可成像，也就意味着不再需要反复测量。

新相机通过对拍摄目标的空间轮廓进行光学映射。

除了极高的帧频外,新相机的分辨率也高达450×450像素。

为了这项成果，联合研发团队攻关了三年之久，他们计划将继续改进，试图将相机造得更小，从而更贴近实用。

目前，新相机占地约1平方米。

这种相机用途将会非常广泛，研究人员希望利用该技术，相机可以对化学反应瞬间、等离子体动力学、热传导等现象进行拍摄，甚至应用于医学领域。

超高速摄影技术原理及其应用研究在摄影领域，超高速摄影技术是一种非常重要的工具，它能够捕捉到瞬间的细微变化，并提供给我们一种全新的视角来观察事物。

本文将介绍超高速摄影技术的原理和其在各个领域的应用研究。

一、超高速摄影技术的原理超高速摄影技术是通过使用高速摄像机来捕捉高速运动的过程。

它的原理主要涉及到两个方面：高速摄像机的高帧率和快门速度的控制。

高速摄像机的高帧率是指摄像机每秒钟能够拍摄的图像数量。

常见的高速摄像机帧率可达到几千帧至数十万帧，远超普通相机的帧率。

高帧率使得摄像机能够在极短的时间内捕捉到多个连续的图像，从而还原出高速运动的过程。

快门速度的控制是指摄像机的曝光时间。

由于高速运动的过程非常短暂，如果曝光时间过长，图像会因为运动模糊而失真。

因此，在超高速摄影中，需要将快门速度控制在几毫秒乃至几微秒的范围内，以确保图像的清晰度和准确性。

二、超高速摄影技术的应用研究1. 科学研究领域超高速摄影技术在科学研究领域有着广泛的应用。

例如，在物理学研究中，可以利用超高速摄影技术观察高速碰撞、爆炸和物体形变等现象，帮助科学家深入了解物质的性质和反应机制。

在生物学研究中，超高速摄影技术可以用于观察细胞分裂、昆虫飞行和动物行为等，帮助研究者揭示自然界中一些细微而瞬间的动态过程。

2. 工程领域超高速摄影技术在工程领域的应用也非常广泛。

例如，在航天航空领域，超高速摄影技术可以用于研究飞行器起飞、着陆和空气动力学等问题，为改进飞行器设计提供参考。

在汽车工程领域，超高速摄影技术可以用于研究汽车碰撞、气囊展开和轮胎滑动等，为汽车安全性能的提升做出贡献。

3. 艺术创作领域除了科学和工程领域，超高速摄影技术还在艺术创作领域有着独特的应用。

通过超高速摄影技术，摄影师可以捕捉到人类眼睛难以察觉的瞬间美景，创作出令人惊叹的艺术作品。

例如，超高速摄影可以捕捉到水珠飞溅的瞬间、花瓣飘落的瞬间以及碎裂玻璃的瞬间等，呈现给观众一种静止时间的错觉，让人们对事物的运动和变化有了新的认识。

介绍千眼狼超高速相机
超高速相机就是有着超高速拍摄频率的相机，它与高速相机的区别只是叫法不同，国外统一称为“High-speed Camera”。

超高速相机的拍摄频率能够达到几千甚至上万帧每秒，而普通相机却只是几十帧，这和超高速相机比起来，简直是小巫见大巫。

国产高速相机千眼狼2F04为例，它有着512GB—1T的大容量内存，更是具有高达5GB/S 的图像采集速度，所以可以捕捉到的任何高速移动物体都可以快速的记录在其高闪存里，然后再便于连接到电脑上进行回放观察，以便得到精确的数据。

国产超高速相机——千眼狼超高速相机是由合肥君达高科自主研发的，有着强大的中国科技大学博士后团队作为技术支持。

千眼狼超高速相机有着自己的核心技术，是国人智慧的结晶，它也有着自己独创的技术，如USB3.0的设计，方便国人的操作习惯。

千眼狼超高速相机轻巧的设计，坚固的材质，经济的价格，完善的售后都是它作为国内唯一一款国产超高速相机的优点，不是进口的超高速相机所能比拟的，它也是超高速相机在中国历史上一个重要的里程碑。

单反相机内部结构（实物解剖）单以结构性上来看，数码单反相机（DSLR）和一般数码相机（DC）最大区别，在于数码单反相机的感光组件前方有设置一个反光镜，而一般数码相机则是直接透过液晶屏幕（LCD）取景。

除此之外，DSLR还有哪些特殊设计？以下我们就来介绍数码单反相机的结构及工作原理吧！按下数码单反相机的快门前，光线从镜头进入相机内部，透过斜斜的反光板，将那道光向上反射给五棱镜，其作用最终射入观景窗内，而我们便是经由观景窗来观察拍摄物体以及决定构图。

相较于一般数码相机的电子观景窗，数码单反相机的光学观景窗更为精确，即便在昏暗的光线条件下也能拍摄出清晰影像，而且色彩也更加真实。

当按下快门时，数码单反相机的反光板向上翻转，位于感光组件前方的快门帘开启，感光组件在感光后透过对信号的分析和处理，将影像信息储存于记忆卡内，一张数字照片就此产生。

反光板是个很特殊的配备，却也阻碍了数码单反相机小型化的发展，这也是数码单反相机无法拥有如同消费机般轻巧便利外型的最重要原因。

反光板升起前/后，数码单反相机工作示意图。

左边为DSLR金属机壳架构图，右边的则是机身透视图。

透过结构透视图和数码单反相机的金属机壳架构图可以看出，数码单反相机是由各式各样的电子和光学零件所组成，为了能更有效地保护这些零件，数码单反相机大多拥有一个轻质金属材质的机身骨架，因此数码单反相机相较一般数码相机更加坚固耐用。

五棱镜五棱镜和反光板一样，都是数码单反相机特有的零件。

五棱镜位于相机的前端，而也正是数位单眼相机前端突起的原因，即便目前市面上的数码单反相机所使用的五棱镜，有着体积上或大或小的差异，但工作方式和原理却仍是相通的。

数码单反相机内部的五棱镜。

图像处理芯片图像处理芯片在数字影像的生成过程中发挥着重要的作用，当原始数字信号被感光组件收集后，它们被送入图像处理芯片，图像处理芯片再为数字影像进行色彩校正，如白平衡处理以及图像处理后，数字照片最终才能被存入存储卡中。

高速摄像机的原理高速摄像机通过采用特殊的传感器和成像技术，能够实现对高速运动物体进行高清、高帧率的拍摄。

它的原理主要包括传感器、机械部件、光学系统和数据处理等几个方面。

首先，高速摄像机的传感器。

一般采用的传感器有CCD（Charge-Coupled Device）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）两种。

传感器是摄像机的核心部件，能将光信号转化为电信号，并进行信号放大和转换。

高速摄像机的传感器具有高感光度、低噪声、低暗电流和快速响应等特点，能够捕捉到高速物体的瞬间运动。

其次，机械部件。

高速摄像机的机械部件包括快门、镜头和取景器等。

快门控制着机械器件的开关，用于控制传感器的曝光时间。

高速摄像机快门具有高开关速度和精确的曝光控制能力，使得在高速运动的拍摄过程中能够快速收集图像信息。

镜头则负责对物体进行聚焦，选择合适的焦距和光圈能够提高图像的清晰度和对比度。

取景器则用于观察拍摄的场景，帮助确定拍摄角度和范围。

接下来，光学系统。

光学系统包括物镜、投影镜和滤波器等。

物镜是指在高速摄像机前部的光学器件，能够通过调整镜片的移动来改变焦距和放大倍数。

投影镜则用于将物体的图像投影到传感器上。

滤波器能够根据需要选择特定的波长范围，通过滤除不需要的光线，提高图像的质量和清晰度。

最后，数据处理。

高速摄像机通常配备高性能的图像处理器，能够对捕捉到的图像进行快速处理。

首先，图像采集和压缩模块将传感器捕捉到的原始图像数据进行采集和压缩，以减少数据量。

然后，预处理模块对图像进行去噪、矫正和增强等处理，提高图像的质量和细节。

最后，图像编码和存储模块将处理后的图像数据进行编码和压缩，并存储到内存或外部介质中。

综上所述，高速摄像机的原理涉及到传感器、机械部件、光学系统和数据处理等多个方面。

通过高感光度、快速响应和精确控制等技术手段，高速摄像机能够实现对高速运动物体的高清、高帧率拍摄。

工业相机零部件组成
工业相机是一种专门用于工业领域的摄像设备，用于在工业生产过程中进行监控、检测和识别。

它的零部件组成通常包括以下几个方面：
1. 图像传感器，工业相机的核心部件之一，用于将光学图像转换成电子信号。

常见的图像传感器包括CMOS和CCD传感器，它们负责捕捉图像并将其转换为数字信号供后续处理。

2. 适配器和镜头，适配器用于连接图像传感器和镜头，而镜头则负责调节光线，使其在图像传感器上形成清晰的影像。

不同的应用场景可能需要不同种类的镜头，如定焦镜头、变焦镜头等。

3. 控制电路板，包括图像处理芯片、接口芯片、存储芯片等，用于控制图像采集、传输和处理。

控制电路板通常还包括接口，如USB、GigE、CameraLink等，用于与计算机或其他设备进行连接。

4. 机械结构，工业相机的外壳和支架等机械部件，用于保护内部零部件并固定相机在需要的位置。

5. 冷却系统（部分高端工业相机），用于降低图像传感器的工
作温度，以提高图像质量和稳定性。

除了上述主要零部件外，工业相机还可能包括滤光片、光源模块、电源模块等其他辅助部件，以满足不同的应用需求。

总的来说，工业相机的零部件组成是一个复杂而精密的系统，各个部件的协同
作用才能保证其在工业生产中的稳定可靠运行。

千眼狼2F04高速相机使用说明
1.内存设置
由于千眼狼2F系列高速相机直接使用计算机的内存进行高速图像采集，因此计算机内存的大小决定每次连拍的最长时间。

每次打开参数设置对话框，程序自动计算目前计算机内空闲的内存有多大。

用户可以在计算机可用物理内存范围内设置供高速图像采集系统使用的内存容量。

分配内存的大小改变后，点击参数设置对话框的“确定”按键时，高速图像采集系统尝试分配内存给相机使用。

当用户设置的内存容量接近于系统最大的可用内存容量时，可能会出现内存分配失败。

这是由于千眼狼高速图像采集系统只能使用连续的内存，而系统中可用的内存有可能是分段的，这样就会出现内存分配失败的情况。

出现内存分配失败时，可以把分配容量减小再试试；或者重新启动计算机，再尝试。

2.亮点和对比度设置
用鼠标拖动“亮度”和“对比度”的滑块，可以改变视频的亮度和对比度，提高图像的清晰度。

3 保存设置
2F系列高速相机每秒钟可以产生400MB以上的数据，而一般计算机内存只有几个GB，因此很快就会占满用户分配的内存空间。

在高速采集模式下，当内存已满时，新的图像必须覆盖旧的图像才能继续进行采集。

通常用户真正需要的视频时长只有1～2秒。

为了在高速采集过程中保留下需要的视频，用户需要及时保存数据。

超高速相机中的转像机构
谭显祥;李剑;等
【期刊名称】《光子学报》
【年(卷),期】2000(29)Z01
【摘要】转镜式超高速相机中增配了别汉棱镜转像机构后，对光学系统像差计算结果表明：相机的成像质量不受影响，甚至略有改善。

鉴于转像机构在相机使用中带来的种种方便，提出了把棱镜转像机构作为相机固定组成部分的建议。

特别是当高速分幅相机中配置棱镜转像机构后，可以充分利用相机的最高空间分辨方向，从而成倍地提高相机的时间分辨本领。

【总页数】4页(P47-50)
【关键词】爆轰实验;转像机构;超高速相机;像差计算;最高分辨方向
【作者】谭显祥;李剑;等
【作者单位】中物院流体物理研究所，绵阳621900
【正文语种】中文
【中图分类】TB853.17
【相关文献】
1.超高速转镜扫描相机扫描速度的校准及应用方法 [J], 汪伟;畅里华;李剑;尚长水;肖正飞
2.基于超高速相机的数字图像相关性全场应变分析在SHTB实验中的应用 [J], 申海艇;蒋招绣;王贝壳;李成华;王礼立;王永刚
3.FJZ-1000型超高速转镜分幅相机及其应用 [J], 李剑;畅里华;谭显祥
4.超高速分幅相机中的无鬼像光学系统 [J], 赵新才;李剑;刘宁文;温伟峰;李泽仁;张昆林
5.棱镜转像机构在超高速转镜相机中的应用 [J], 畅里华;李剑;汪伟;王旭;张光升;高鹏;肖正飞;尚长水
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