網(wǎng)站導(dǎo)航
基于高速數(shù)字成像的專門技術(shù)允許對(duì)瞬時(shí)影響進(jìn)行分析
高速成像在科學(xué)和城市科學(xué)中被用于表征快速事件或過(guò)程。具體應(yīng)用包括彈道學(xué)、超高速撞擊、航空設(shè)計(jì)和發(fā)電。橫跨這些應(yīng)用的是沖擊物理學(xué)領(lǐng)域，它涵蓋了加速度技術(shù)、化學(xué)、沖擊波物理、流體力學(xué)、動(dòng)力材料等一系列相關(guān)學(xué)科行為、觀察技術(shù)、數(shù)值分析和分析。其用途包括測(cè)試現(xiàn)代和裝甲(陶瓷、纖維增強(qiáng)材料和反應(yīng)性裝甲)和汽車零部件碰撞測(cè)試，以及研究衛(wèi)星和空間站的流星體和空間碎片防護(hù)罩。再入飛行器、火箭、航天器和彈頭的非核殺傷是另外一些例子還有彗星撞擊地球和行星的模擬。
可以對(duì)撞擊速度范圍進(jìn)行實(shí)驗(yàn)調(diào)查，撞擊速度從每秒幾米(汽車撞擊)到每秒10，000米以上(隕石/空間碎片撞擊)，分別對(duì)應(yīng)500公斤至幾微克的質(zhì)量。各種類型的加速器被用來(lái)產(chǎn)生這樣的高動(dòng)能，因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)⑿螤顝?fù)雜、材料不同、質(zhì)量不同的射彈加速到高沖擊速度，所以受到青睞。外國(guó)研究所的典型發(fā)射設(shè)施包括罐、速度測(cè)量站和帶有用于研究末端彈道學(xué)、超高速撞擊和平面撞擊所需診斷儀器的撞擊室。
1).傳統(tǒng)的高速觀測(cè)技術(shù)，例如閃光輻射成像和高速攝影已經(jīng)并仍然被用于撞擊物理測(cè)試。然而，超高速數(shù)字成像技術(shù)為傳統(tǒng)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)幾納秒極短曝光時(shí)間的應(yīng)用提供了益處和更大的適用范圍。閃光X射線攝影通常用于觀察不透明的固體、流體或氣體材料(如金屬和陶瓷)中的加工過(guò)程，或伴隨灰塵、碎片或強(qiáng)光形成的事件。閃光X射線管的電壓在市場(chǎng)上可以買到在150-1200千伏范圍內(nèi)，脈沖寬度分別為35或20納秒。要穿透的材料越厚，X射線管的電壓就必須越高。由于單個(gè)X射線管的放電重復(fù)率被限制在每秒10，000次，因此需要多管系統(tǒng)。對(duì)于閃光X射線攝影，在同一膠片上按順序觸發(fā)多個(gè)X射線管。用于觀察某一過(guò)程的X射線管的數(shù)量由于管套直徑相對(duì)較大(見(jiàn)圖2)，通常順序限制為3或4個(gè)管。
2).高速攝影有兩大類:高速攝影和高速攝影。高速攝像機(jī)是用于在幾毫秒的時(shí)間范圍內(nèi)以每秒幾十微秒的速度發(fā)生相對(duì)緩慢沖擊過(guò)程的一個(gè)選擇。通常在限制的幀數(shù)和每幀的分辨率之間存在取舍，幀數(shù)越多，分辨率越低。應(yīng)用程序的一個(gè)例子是在碰撞測(cè)試中觀察汽車部件的變形。
高速電影攝影使用圖像分割技術(shù)，無(wú)論是光學(xué)技術(shù)還是機(jī)械技術(shù)，來(lái)捕捉膠片上的圖像序列。該技術(shù)可以產(chǎn)生幀速率為200萬(wàn)幀/秒的圖像，小實(shí)驗(yàn)時(shí)間為0.25us。像高功率激光器(銅蒸氣或紅寶石)通常補(bǔ)充高速攝影，以提供必要的高照明水平與短快門速度。
超高速數(shù)字成像：
超高速數(shù)碼相機(jī)使用門控圖像增強(qiáng)器，根據(jù)光效應(yīng)提供一個(gè)非?？焖俚目扉T系統(tǒng)，通過(guò)該光效應(yīng)，物體的光子誘導(dǎo)電子從光陰極發(fā)射。發(fā)射的電子通過(guò)微通道板進(jìn)行強(qiáng)化(強(qiáng)化系數(shù)可達(dá)100,000，并傳送到熒光屏上，在那里由電荷耦合器件(CCD)照相機(jī)顯示和拍攝所產(chǎn)生的物體的光致強(qiáng)化圖像。在現(xiàn)代超高速攝像機(jī)中，圖像可以通過(guò)光纖傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，而數(shù)字圖像處理可以顯著提高圖像質(zhì)量。
數(shù)字圖像可以在計(jì)算機(jī)上存檔，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或因特網(wǎng)進(jìn)行電子傳輸。（德國(guó) Excelitas PCO 公司的pco.dicam C4四通道像增強(qiáng)器相機(jī)）四通道攝像頭允許高達(dá)5億幀/秒，比較大像素分辨率為1280x1024多可達(dá)8個(gè)全幀。PCO.dicam動(dòng)態(tài)范圍為12位，曝光時(shí)間為1.5ns至1000s，幀間時(shí)間為2ns，據(jù)報(bào)道，德國(guó)PCO.dicam是目前世界上商業(yè)上快的CCD相機(jī)。
因此，能夠以5.2km/s的時(shí)速記錄鋁球形物體撞擊薄鋁屏障的沖擊閃光和碎片云的形成和擴(kuò)散，每幅照片的成像序列為5us，曝光時(shí)間為20ns。(見(jiàn)圖三)一種具有連續(xù)閃光時(shí)間的氙氣閃光燈光源在背光模式下使用80us。相比之下菲格的閃光X光照片。2,可見(jiàn)沖擊閃光的形成和擴(kuò)散以及碎片云前部由于沖擊波加熱而產(chǎn)生的高溫氧化。將傳統(tǒng)系統(tǒng)與超高速數(shù)碼相機(jī)相結(jié)合，提供了成幀率高達(dá)5億幀/秒的數(shù)字高速多幀放射攝影系統(tǒng)的可能性。
德國(guó) Excelitas PCO 公司的pco.dicam C4四分幅像增強(qiáng)相機(jī)，具備高分辨率、高感光度、快速幀重復(fù)率、精確捕捉超快速過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，將可實(shí)現(xiàn)高效的單光子檢測(cè)，為實(shí)驗(yàn)提供強(qiáng)而有力的圖像數(shù)據(jù)支持。
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