一种平面激光拍摄装置及其方法与流程

本发明属于激光拍摄研究领域，具体涉及一种平面激光拍摄装置及其方法。

背景技术：

在进行高速物体瞬间拍摄的时候，阴影法是一种高效的方法，但是普通平面光源的频率较低，拍摄时会出现黑屏现象，采集高速运动物体的图像时也会出现拖影现象，影响对拍摄结果的分析，并且采用普通光源对拍摄相机的捕捉帧数也会大大提高，增加了拍摄成本。

而激光作为一种脉冲光源，能够轻松实现纳秒量级的脉宽提高分辨率分辨率，减少为缩小相机光圈而产生的成本。但是脉冲激光进入介质时会随着距离的增加光源强度逐渐减少，并且光强分布不均匀，这些使得激光作为平面光源受到了限制。

现有技术在解决激光高斯分布方面都进行了一定的研究，但是研究内容不够丰富。现有技术中采用多模光纤中传输光信号均匀化与消相干的方法，通过超声波振荡器使放置在液体中使光斑达到均匀化的效果。虽然该方法原理简单但是装置较大不易操作。现有技术中通过给光纤施加应力改善光纤输出激光光束的空间分布，同时由震动马达带给光纤的轻微震动匀化照射面上的干涉散斑，但这装置结构较为精密不能普及使用。现有技术中通过对相位调制器加载非正弦形射频信号源调制得到高斯形光脉冲，从而能够对传输放大后的幅频效应具有较好的抑制作用，但其结构较为复杂。现有技术中将激光通入nacl水溶液的散射媒介中，通过多次散射和反射使激光更加均匀化，这种方法原理与实施都较为简单，但是这激光利用率较低，无法实现大面积光的照射。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种与相机同步控制的平面激光拍摄装置及其方法。当相机与激光运用同步控制器同时开启时，首先利用激光作为平面光源解决了普通光源频率较低与强度不够的问题，接着利用整形器将激光光源变为片激光进行初步均匀化，然后射入有机玻璃中，运用丁达尔效应解决激光的高斯分布，形成强度均匀的平面光源。在该点拍摄成功后，相机与激光同时关闭，只有在计算机上设置的时间点才能进行拍摄，根据所需的时间点图像，实现精准的定点拍摄。

本发明的技术方案是：一种平面激光拍摄装置，包括激光器、整形器、同步控制器、图片采集设备、激光散射系和计算机；

所述同步控制器分别与图片采集设备和激光器的一端连接；

所述激光器的另一端与整形器连接，所述激光散射系位于整形器的激光出口；激光经过整形器射入激光散射系后射出形成平面光源；

所述计算机与同步控制器连接。

上述方案中，所述激光散射系包括有机玻璃与反射面；

所述有机玻璃为六个面的长方体，所述长方体的厚度大于激光厚度，其中，有机玻璃的激光入射面和出射面分别为两个相互连在一起的最小面与最大面；

所述反射面设置在长方体除激光入射面和出射面以外的面。

进一步的，所述反射面为镜面反射。

上述方案中，所述激光器包括激光器主体和变频模组；

所述变频模组安装在激光器主体前面。

进一步的，所述整形器为圆柱状，整形器与变频模组连接。

上述方案中，所述激光器为纳秒级yag激光器。

上述方案中，所述图片采集设备为ccd相机；

所述ccd相机的前面设置滤光片。

一种根据所述平面激光拍摄装置的拍摄方法，包括以下步骤：

所述计算机设定拍摄的时间，通过同步控制器给激光器和图片采集设备发出触发信号；

所述激光器主体发出脉冲激光，脉冲激光进入变频模组，变频模组改变入射的激光波长，再经过整形器，激光形状由椭圆形的激光变为扁平状的片激光，实现初步均匀化；

所述片激光从激光散射系有机玻璃的激光入射面进入，通过无反射面的有机玻璃面射出，形成强度均匀的平面光源；

所述图片采集设备进行同步拍摄。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明计算机上设定好开启时间与开启间隔，同步控制器给出触发信号到相机和激光器上，激光器发出脉冲激光通过整形器，变成具有一定厚度的片激光进入激光散射系，在散射系中经历一系列光路使光的传播方向、偏振方向和相位等无序化，光线最终通过散射系无反光材料的一侧射出，从而形成光强均匀分布的平面激光光源，实现相机与背景光源的同时触发，并且可以在毫秒量级内实现精确定点拍摄，提高拍摄精度，节省拍摄成本。

2.本发明缩短了光源照亮的时间，减少了相机为缩短曝光时间而提高快门速度的成本，同时提高了拍摄的高分辨率，保证拍摄高速运动物体时无拖影现象。

3.本发明实现纳秒级脉冲激光的均匀化，解决了激光的高斯现象；可以采用不同波长的脉冲激光，在经过相机前面的带通滤光片后，使得相机捕获的图像更加准确。

4.本发明实现定点拍摄，能够捕获物体发展过程重要的时间点，使拍摄结果更有价值。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一实施方式的系统概括图；

图2是本发明一实施方式的同步控制器工作信号；

图3是本发明一实施方式的纳秒级激光器组成；

图4是本发明一实施方式的整形器效果图；

图5是本发明一实施方式的散射系细节图；

图6是本发明一实施方式的ccd相机。

图中，11、同步控制器；12、激光器；13、整形器；14、激光散射系；15、图片采集设备；16、计算机；31、激光器主体；32、变频模组；511、上表面；512、右表面；513、下表面；514、后表面；515、左表面；516、前表面521、上反射面；522、右反射面；523、下反射面；524、后反射面；61、ccd相机；62、滤光片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

图1所示为本发明所述平面激光拍摄装置的一种实施方式，所述平面激光拍摄装置，包括激光器12、整形器13、同步控制器11、图片采集设备15、激光散射系14和计算机16；

所述同步控制器1分别与图片采集设备15和激光器12的一端连接；所述激光器12的另一端与整形器13连接，所述激光散射系14位于整形器13的激光出口；激光经过整形器13射入激光散射系14后射出形成平面光源；所述计算机16与同步控制器1连接。

所述同步控制器11可以同时给激光器12和图片采集设备15给出信号，并且时间点可以实现毫秒级精确控制。优选的，触发频为10mhz，计算机16能够设置重要的时间点，在这个时间点同步控制器11才能给出触发信号，使图片采集设备15和激光器12同步控制。具体的，如图2所示，当同步控制器11给出触发信号，ccd相机61给出触发反馈后相机开启，光圈进行曝光，激光在触发延迟后开启，在激光开始的这段时间内相机感光元件进行采光，最后通过ccd相机61自带程序储存图像。

如图3所示，优选的，所述激光器12为纳秒级yag激光器；所述激光器12包括激光器主体31和变频模组32；所述变频模组32安装在激光器主体31前面。优选的，所述纳秒级yag激光器为纳秒级脉宽的脉冲激光器能够提供纳秒级脉宽的激光光源，波长固定为1064nm；变频模组与激光器相连接，更换变频模组可以改变激光的波长，包括532nm、355nm、266nm。可以采用不同波长的脉冲激光，在经过ccd相机61的前面设置的滤光片62后，使得相机捕获的图像更加准确。

如图4所示，优选的，所述整形器13与变频模组32连接。所述整形器13为黑色圆柱状，优选的，长度为15cm，内部含有镜片组，可以将激光器13椭圆形的激光改变为均匀的厚度为8mm的片激光，初步使激光均匀化，具有一定的厚度。

如图5所示，所述激光散射系14包括内部具有丁达尔效应的透明固体与反射壁面，激光在进入内部具有丁达尔效应的透明固体后，经过多次散射与折射到达壁面时，由于其中四个面装有反射壁面，激光无法射出，只有从无反射面的壁面射出，此时激光由于固体散射系的丁达尔效应，变得更加均匀化，使得这面成为平面光源。

优选的，所述激光散射系14包括有机玻璃与反射面；所述有机玻璃为六个面的长方体，材料为甲基丙烯酸甲酯，内部具有丁达尔效应。所述长方体的厚度大于激光厚度，在该实施例中优选有机玻璃的尺寸长*高*宽为150*150*8mm，宽度为厚度；其中，有机玻璃的激光入射面和出射面分别为两个相互连在一起的最小面与最大面；所述反射面设置在长方体除激光入射面和出射面以外的面。优选的，所述反射面为镜面反射。反射面的大小与长方体贴合的面大小重合。在本实施例中，所述反射面包括上反射面521、右反射面522、下反射面523、后反射面524，分别与有机玻璃的上表面511、右表面512、下表面513、后表面514粘合、并且大小一致，其中，激光从有机玻璃左表面515射入，从前表面516射出。

如图6所示，优选的，所述图片采集设备15为ccd相机61；所述ccd相机61的前面设置滤光片62。ccd相机61频率为35hz，分辨率为1600*1200。ccd相机61设有通滤光片62能够接受激光光源相应的激光波长，滤除其他波长的光源，降低环境光源对其的影响，保证了拍摄精度。

在计算机16设定拍摄的时间后，同步控制器11发出触发信号给激光器12和ccd相机61，激光器主体31发出脉冲激光；脉冲激光进入变频模组32，变频模组32改变入射的激光波长，再经过整形器13，激光形状由椭圆形的激光变为扁平状的片激光，实现初步均匀化；片激光从有机玻璃的一侧进入，由于有机玻璃内部存在丁达尔效应，激光在其中经历一系列的光路转换使光的传播方向、偏振方向和相位差等无序化，光线最终通过无反射面的有机玻璃面射出，形成强度均匀的平面光源，由于激光是瞬态触发，所以形成的平面光源时间极短，能够在ccd相机61的曝光时间内开启，在所需的时间点进行同步拍摄。

实施例2

一种根据实施例1所述平面激光拍摄装置的拍摄方法，包括以下步骤：

所述计算机16设定拍摄的时间，通过同步控制器11给激光器12和图片采集设备15发出触发信号；

所述激光器主体31发出脉冲激光，脉冲激光进入变频模组32，变频模组32改变入射的激光波长，再经过整形器13，激光形状由椭圆形的激光变为扁平状的片激光，实现初步均匀化；

所述片激光从激光散射系14有机玻璃的激光入射面进入，通过无反射面的有机玻璃面射出，形成强度均匀的平面光源；

所述图片采集设备15进行同步拍摄。

本发明涉及发动机喷雾测量可视化技术，可用于解决在运用纹影法获取发动机喷雾发展过程图像时，图像有拖影，准确度不够高的问题。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。