CN103685949A

CN103685949A - 超高速摄像装置

Info

Publication number: CN103685949A
Application number: CN201310652943.8A
Authority: CN
Inventors: 王天友; 杨晟华
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2014-03-26

Abstract

本发明公开了一种超高速摄像装置，其技术方案是：待拍摄对象的图像通过多个分光镜的分光，分别进入各个对应的相机，由时序控制器为每个相机提供触发信号，使相机按照设定时间间隔依次拍摄。每个相机每次只拍摄一张图像，每个相机每次获得的图像依次传输至图像存储器。由于本发明采用多个相机依次分别拍摄的方式，解决了数据传输速度对图像分辨率和拍摄频率的限制，从而实现了千万像素分辨率下，10¹⁵fps超高速的连续拍摄。因此根据需要选择相机及时序控制器，可将制造成本降低到5万至10万元，从而达到低成本的、具有超高分辨率和超高拍摄速度的摄像装置。

Description

超高速摄像装置

技术领域

本发明属于高速摄像技术，具体涉及一种用于超高速连续拍摄的照相机序列装置。

技术背景

众所周知，高速摄像技术在多种行业中具有广泛的用途，尤其是随着科学技术发展的需要，照相机连续拍摄的功能越发显得重要。高速以及连续摄影可以记录被拍摄对象在极短时间内的图像变化过程。现有的高端高速摄像机可以在1024×1024像素的分辨率下，实现每秒一万次的拍摄（10⁴fps）；或是在100×100像素的分辨率下，实现每秒百万次的拍摄（10⁶fps），由此可见高分辨率和高速度不可兼得。究其技术原因是，相机数据的传输速度所限。因为不论是高分辨率模式或是高速模式，其单位时间获得的数据总量是一样的，而且这类高性能专业相机的价格也非常昂贵，一般单价都在50万元以上。为了解决高分辨率和高速度的矛盾关系，并大幅降低这类高速摄像设备的成本，本发明提出了一种具有超高速摄像性能、并基于低端工业相机或家用相机的装置，可以同时获得更高的分辨率和更高的摄影速度。

发明内容

本发明的目的是，提供一种基于低端工业或家用并同时具备超高速摄像性能的相机装置，在提供较高分辨率和高速度等前提下，可大幅降低设备的制造成本。

以下结合附图对本发明的原理技术进行说明。超高速摄像装置包括：分光镜、相机、时序控制器以及图像存储器等，其技术方案是：待拍对象的图像通过多个分光镜的分光，分别进入各个对应的相机，由时序控制器为每个相机提供触发信号，使相机按照设定时间间隔依次拍摄。每个相机每次只拍摄一张图像，每个相机每次获得的图像依次传输至图像存储器。

本发明的技术原理是：待拍摄对象的影像光线经过分光镜后，会形成透射光和反射光。从第一分光镜分出两个光束（每个光束均含有透射光和反射光）的一支直接进入所对应的第一相机；另一支光束进入第二个分光镜并再次被分为两束光……。通过调整待测对象、分光镜和相机的各相对位置，以及相机的焦距，使多个相机均获得拍摄角度、放大倍率完全相同的（待测对象）图像。时序控制器的作用是为相机提供触发信号，使相机按照预先设定的时间间隔依次拍摄。每个相机拍摄的图像，依次传输至图像存储器，至此整个拍摄过程完成。

本发明的特点及有益效果是：（1）只要选择适合的相机参数，就可实现400万至2000万像素的超高分辨率；（2）调整时序控制器的触发时间间隔，可以实现相当于10⁹fps至10¹⁵fps的超高拍摄速度；（3）根据需要选择相机及时序控制器，可将制造成本降低到5万至10万元，从而达到低成本的、具有超高分辨率和超高拍摄速度的摄像装置。

附图说明

所示附图为本发明装置的技术原理及系统连接示意图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例，本发明的结构原理、工作过程及参数设定作进一步的说明。

超高速摄像装置，其技术结构为：待拍对象的图像通过多个分光镜1a、1b、1c、1d……的分光，分别进入各个对应的相机2a、2b、2c、2d……。由时序控制器3为每个相机提供触发信号，使相机按照设定时间间隔依次拍摄。每个相机每次只拍摄一张图像，每个相机每次获得的图像依次传输至图像存储器4。

本实施例设备参数选择和设定：欲达到2048×2048像素、10⁹fps的拍摄速度获取4张连续图像。选择4台400万像素的普通相机，将时序控制器的触发信号时间间隔设置为1ns。

若待拍摄或待测对象为瞬态，则需要将其拍摄时刻与时序控制器同步。待拍对象在拍摄的瞬态将信号发送给时序控制器，时序控制器向4台相机依次发出时间间隔为1ns的触发信号。4台相机分别拍摄到的4张图像将依次传输给图像存储器。相机的选择取决于对图像分辨率的要求，设置时序控制器触发信号的时间间隔，取决于对拍摄频率的要求。因此，高速摄像的图像分辨率和拍摄频率可不受数据传输速度的限制，可以实现更大分辨率下（千万像素）的超高速连续拍摄（10¹⁵fps）。

本发明与传统高速摄像机的主要差别是：（1）本发明利用分光镜使不同的相机可以获得拍摄角度、放大倍率完全相同的待测对象图像，每台相机只拍摄一张图像，其拍摄图像的最大分辨率与最高拍摄频率互不影响。而传统高速摄像机使用一台相机连续拍摄多张图像，其拍摄图像的最大分辨率与最高拍摄频率成反比。（2）本发明所得图像的分辨率可以设为所用相机的最大分辨率，可以实现400万至2000万像素的超高分辨率，且不受拍摄频率的影响。而传统高速摄像机采用最高拍摄频率时，其对应的分辨率大约仅为1万像素。（3）该装置的拍摄频率由时序控制器决定，利用自制单片机或信号发生器，可以实现10¹⁵fps的超高拍摄速度，不受拍摄分辨率的影响。而传统高速摄像机在采用最高分辨率拍摄时，其对应的拍摄频率仅能达到约10⁴fps。

Claims

1.超高速摄像装置，包括分光镜、相机、时序控制器以及图像存储器，其特征在于：待拍对象的图像通过多个分光镜（1a、1b、1c、1d……）的分光，分别进入各个对应的相机（2a、2b、2c、2d……），由时序控制器（3）为每个相机提供触发信号，使相机按照设定时间间隔依次拍摄，每个相机每次只拍摄一张图像，每个相机每次获得的图像依次传输至图像存储器（4）。