專利名稱：一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多火花式高速攝影與圖像處理技術(shù)，屬于實(shí)驗(yàn)固體力學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)和高速攝影圖像技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多火花式高速攝影是記錄高速流逝過(guò)程的有效手段，在實(shí)驗(yàn)動(dòng)態(tài)斷裂力學(xué)、材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)量等方面已經(jīng)起到了重要的研究應(yīng)用。但是隨著高速攝影技術(shù)與圖像處理技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)多火花式高速攝影技術(shù)的不足也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)需要利用昂貴的航空用膠片記錄圖像，且需在暗室沖洗膠片并產(chǎn)生化學(xué)污染等。這些缺點(diǎn)很大程度上阻礙了該項(xiàng)技術(shù)在力學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)試方面的發(fā)展及其在工程應(yīng)用的拓展。亟待開發(fā)一種新的記錄方法來(lái)代替航空用膠片，從而能更方便簡(jiǎn)潔地記錄動(dòng)態(tài)過(guò)程。

發(fā)明內(nèi)容
為了使操作更加簡(jiǎn)便、減小工作量、提高工作效率，本發(fā)明的目的是提供一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像記錄系統(tǒng)及方法，及同步觸發(fā)與存儲(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄裝置，其特征在于該裝置包括多火花式陣列點(diǎn)光源、第一成像透鏡、第二成像透鏡、CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)、交換機(jī)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及時(shí)序控制同步系統(tǒng)；第一成像透鏡和第二成像透鏡設(shè)置在多火花式陣列點(diǎn)光源和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)之間，從多火花式陣列點(diǎn)光源中每個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一成像透鏡和第二成像透鏡在CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中成清晰圖像，該圖像與點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源中心和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中心的連線成中心對(duì)稱，CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中形成的圖像通過(guò)交換機(jī)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中；由時(shí)序控制同步系統(tǒng)通過(guò)控制線路分別和多火花式陣列點(diǎn)光源和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)相連。本發(fā)明提供的一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像記錄方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)當(dāng)時(shí)序控制同步系統(tǒng)接受到觸發(fā)信號(hào)后，將其中的一路信號(hào)傳遞給多火花式陣列點(diǎn)光源，將另一路觸發(fā)信號(hào)接入CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)，控制多火花式陣列點(diǎn)光源和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)同步；2)多火花式陣列點(diǎn)光源收到外觸發(fā)信號(hào)后依次產(chǎn)生火花，CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)在收到外觸發(fā)信號(hào)后依次拍攝圖像，每個(gè)圖像與相應(yīng)的點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源中心和CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中心的連線成中心對(duì)稱；3)將CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中形成的圖像通過(guò)交換機(jī)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。上述技術(shù)方案中，所述的C⑶陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)CXD的曝光時(shí)間為80-300ms。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果本發(fā)明使用CCD陣列攝像
3機(jī)系統(tǒng)替代原來(lái)的膠片式記錄，同時(shí)研制一套同步觸發(fā)與存儲(chǔ)自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速圖像的自動(dòng)采集與處理，從而達(dá)到節(jié)省人工、簡(jiǎn)化操作，避免沖洗膠片的化學(xué)污染、方便實(shí)驗(yàn)結(jié)果的傳輸、存儲(chǔ)、攜帶和降低使用成本的目的，在高速攝影技術(shù)方面產(chǎn)生革新性的變化。


圖1是本發(fā)明提供的多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是本發(fā)明多火花式陣列點(diǎn)光源某一個(gè)光源的光路圖。圖3是本發(fā)明中時(shí)序控制同步系統(tǒng)的控制時(shí)序圖。圖中1-多火花式陣列點(diǎn)光源；Ia d-4個(gè)同一列的多火花式陣列點(diǎn)光源；2_第一成像透鏡；3-被測(cè)材料；4-第二成像透鏡；5-CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng) d-4個(gè)同一列的CCD相機(jī)；6-交換機(jī)；7-計(jì)算機(jī)；8-時(shí)序控制同步系統(tǒng)；A-復(fù)位信號(hào)；B-外界觸發(fā)信號(hào)； C-時(shí)序控制同步系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)；D-多火花式陣列點(diǎn)光源觸發(fā)脈沖時(shí)序信號(hào)；E-第1個(gè)CCD 陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)；F-第2個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)；G-第3個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)；H-第η個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1是本發(fā)明提供的多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖，該裝置包括多火花式陣列點(diǎn)光源1、第一成像透鏡2、第二成像透鏡4、(XD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5、交換機(jī)6、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7以及時(shí)序控制同步系統(tǒng)8 ；第一成像透鏡2和第二成像透鏡4設(shè)置在多火花式陣列點(diǎn)光源1和CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5之間，從多火花式陣列點(diǎn)光源1中每個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一成像透鏡2和第二成像透鏡4在CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5中成清晰圖像，該圖像與點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源1中心和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5中心的連線成中心對(duì)稱，CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5中形成的圖像通過(guò)交換機(jī)6輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)7中；由時(shí)序控制同步系統(tǒng)8通過(guò)控制線路分別和多火花式陣列點(diǎn)光源1和CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5相連。圖2是本發(fā)明多火花式陣列點(diǎn)光源某一個(gè)光源的光路圖，某一個(gè)多火花式陣列點(diǎn)光源Ib發(fā)出的光，通過(guò)第一成像透鏡2，照亮被測(cè)材料3，再通過(guò)第二成像透鏡4，成像到對(duì)應(yīng)的CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5c，所成的像與點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源1中心和CCD 陣列攝像機(jī)系統(tǒng)5中心的連線成中心對(duì)稱。圖3是本發(fā)明中時(shí)序控制同步系統(tǒng)8的控制時(shí)序圖，首先復(fù)位信號(hào)A使系統(tǒng)初始化；由外界觸發(fā)信號(hào)B觸發(fā)時(shí)序控制同步系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)C，使時(shí)序控制同步系統(tǒng)啟動(dòng)；時(shí)序控制同步系統(tǒng)啟動(dòng)后，產(chǎn)生多火花式陣列點(diǎn)光源觸發(fā)脈沖時(shí)序信號(hào)D使多火花式陣列點(diǎn)光源依次產(chǎn)生火花；同時(shí)第1個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)E、第2個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)F、第3個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)G，……，第η個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)H —起被時(shí)序控制同步系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)C觸發(fā)，控制CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)拍攝圖像；最后復(fù)位信號(hào)A使系統(tǒng)初始化后進(jìn)入下一個(gè)拍攝周期。
利用本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像記錄，其特征在于該方法包括如下步驟1)在圖1所示裝置中沿光軸移動(dòng)第一成像透鏡和第二成像透鏡，改變第一成像透鏡和第二成像透鏡的物距和像距，從而使多火花式陣列點(diǎn)光源發(fā)出的光通過(guò)第一成像透鏡，照亮被測(cè)材料，再通過(guò)第二成像透鏡，在CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中成清晰圖像。2)首先復(fù)位信號(hào)使系統(tǒng)初始化。當(dāng)時(shí)序控制同步系統(tǒng)接受到外界觸發(fā)信號(hào)后，產(chǎn)生時(shí)序控制同步系統(tǒng)啟動(dòng)信號(hào)。而后時(shí)序控制同步系統(tǒng)便產(chǎn)生兩路信號(hào)，一路為多火花式陣列點(diǎn)光源觸發(fā)脈沖時(shí)序信號(hào)，傳遞給多火花式陣列點(diǎn)光源；另一路為第1個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)、第2個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)、第3個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)，……，第η個(gè)CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)，接入CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)。3)多火花式陣列點(diǎn)光源收到多火花式陣列點(diǎn)光源觸發(fā)脈沖時(shí)序信號(hào)后依次產(chǎn)生火花；CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)在收到第1個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)、第2個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)、第3個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)，……，第η個(gè)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)觸發(fā)信號(hào)后依次拍攝圖像，CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)CCD的曝光時(shí)間并根據(jù)實(shí)際情況在80-300毫秒之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，CCD在接到觸發(fā)信號(hào)的時(shí)候打開相機(jī)的電子快門，開始進(jìn)行積分運(yùn)算并將一幅圖像存儲(chǔ)在相機(jī)的緩存中。每個(gè)圖像與相應(yīng)的點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源中心和CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中心的連線成中心對(duì)稱。4)將CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中形成的圖像通過(guò)交換機(jī)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。復(fù)位信號(hào)再次通過(guò)時(shí)，系統(tǒng)初始化后進(jìn)入下一個(gè)拍攝周期。
權(quán)利要求
1.一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄裝置，其特征在于該裝置包括多火花式陣列點(diǎn)光源(1)、第一成像透鏡O)、第二成像透鏡G)、CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)(5)、交換機(jī) (6)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(7)以及時(shí)序控制同步系統(tǒng)(8)；第一成像透鏡( 和第二成像透鏡(4)設(shè)置在多火花式陣列點(diǎn)光源(1)和C⑶陣列攝像機(jī)系統(tǒng)(5)之間，從多火花式陣列點(diǎn)光源(1)中每個(gè)點(diǎn)光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)第一成像透鏡( 和第二成像透鏡(4)在CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)(5)中成清晰圖像，該圖像與點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源(1)中心和 C⑶陣列攝像機(jī)系統(tǒng)(5)中心的連線成中心對(duì)稱，C⑶陣列攝像機(jī)系統(tǒng)(5)中形成的圖像通過(guò)交換機(jī)(6)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(7)中；由時(shí)序控制同步系統(tǒng)(8)通過(guò)控制線路分別和多火花式陣列點(diǎn)光源(1)和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)(5)相連。
2.采用如權(quán)利要求1所述裝置的一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)當(dāng)時(shí)序控制同步系統(tǒng)接受到觸發(fā)信號(hào)后，將其中的一路信號(hào)傳遞給多火花式陣列點(diǎn)光源，將另一路觸發(fā)信號(hào)接入CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)，控制多火花式陣列點(diǎn)光源和CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)同步；2)多火花式陣列點(diǎn)光源收到外觸發(fā)信號(hào)后依次產(chǎn)生火花，CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)在收到外觸發(fā)信號(hào)后依次拍攝圖像，每個(gè)圖像與相應(yīng)的點(diǎn)光源相對(duì)于多火花式陣列點(diǎn)光源中心和 CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中心的連線成中心對(duì)稱；3)將CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中形成的圖像通過(guò)交換機(jī)輸入到計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中進(jìn)行分析和處理。
3.按照權(quán)利要求2所述裝置的一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄方法，其特征在于CXD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)中每個(gè)CXD的曝光時(shí)間為80-300ms。
全文摘要
一種多火花式高速攝影數(shù)字圖像陣列記錄系統(tǒng)及方法，屬于實(shí)驗(yàn)固體力學(xué)動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)和高速攝影圖像技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明為通過(guò)CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)作為多火花式高速攝影感光底板的高速圖像陣列記錄系統(tǒng)，系統(tǒng)包括CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)，多火花式陣列點(diǎn)光源與時(shí)序控制同步系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等。通過(guò)光學(xué)設(shè)計(jì)，每個(gè)多火花式陣列點(diǎn)光源發(fā)出的光，通過(guò)第一成像透鏡，照亮被測(cè)材料，再通過(guò)第二成像透鏡，成像到對(duì)應(yīng)的CCD陣列攝像機(jī)系統(tǒng)。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的膠片記錄系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速圖像的自動(dòng)采集與處理，從而達(dá)到節(jié)省人工、簡(jiǎn)化操作，避免沖洗膠片的化學(xué)污染。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102176735SQ20111004539
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者姚學(xué)鋒, 孫越霆, 方岱寧, 李一兵, 樊東興, 許駿, 郝文峰, 馬寅佶 申請(qǐng)人:清華大學(xué)