专利名称：一种多火花式高速摄影数字图像阵列记录系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种多火花式高速摄影与图像处理技术，属于实验固体力学动态测试技术和高速摄影图像技术领域。
背景技术：
多火花式高速摄影是记录高速流逝过程的有效手段，在实验动态断裂力学、材料的动态力学性能测量等方面已经起到了重要的研究应用。但是随着高速摄影技术与图像处理技术的发展，传统多火花式高速摄影技术的不足也逐渐显现出来需要利用昂贵的航空用胶片记录图像，且需在暗室冲洗胶片并产生化学污染等。这些缺点很大程度上阻碍了该项技术在力学动态测试方面的发展及其在工程应用的拓展。亟待开发一种新的记录方法来代替航空用胶片，从而能更方便简洁地记录动态过程。
发明内容
为了使操作更加简便、减小工作量、提高工作效率，本发明的目的是提供一种多火花式高速摄影数字图像记录系统及方法，及同步触发与存储自动控制系统。本发明的技术方案如下一种多火花式高速摄影数字图像阵列记录装置，其特征在于该装置包括多火花式阵列点光源、第一成像透镜、第二成像透镜、CCD阵列摄像机系统、交换机、计算机数据处理系统以及时序控制同步系统；第一成像透镜和第二成像透镜设置在多火花式阵列点光源和CCD阵列摄像机系统之间，从多火花式阵列点光源中每个点光源发出的光经过第一成像透镜和第二成像透镜在CCD阵列摄像机系统中成清晰图像，该图像与点光源相对于多火花式阵列点光源中心和CCD阵列摄像机系统中心的连线成中心对称，CCD阵列摄像机系统中形成的图像通过交换机输入到计算机数据处理系统中；由时序控制同步系统通过控制线路分别和多火花式阵列点光源和CCD阵列摄像机系统相连。本发明提供的一种多火花式高速摄影数字图像记录方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)当时序控制同步系统接受到触发信号后，将其中的一路信号传递给多火花式阵列点光源，将另一路触发信号接入CCD阵列摄像机系统，控制多火花式阵列点光源和CCD阵列摄像机系统同步；2)多火花式阵列点光源收到外触发信号后依次产生火花，CCD阵列摄像机系统在收到外触发信号后依次拍摄图像，每个图像与相应的点光源相对于多火花式阵列点光源中心和CXD阵列摄像机系统中心的连线成中心对称；3)将CXD阵列摄像机系统中形成的图像通过交换机输入到计算机数据处理系统中进行分析和处理。上述技术方案中，所述的C⑶阵列摄像机系统中每个CXD的曝光时间为80-300ms。本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明使用CCD阵列摄像
3机系统替代原来的胶片式记录，同时研制一套同步触发与存储自动控制系统，实现高速图像的自动采集与处理，从而达到节省人工、简化操作，避免冲洗胶片的化学污染、方便实验结果的传输、存储、携带和降低使用成本的目的，在高速摄影技术方面产生革新性的变化。
图1是本发明提供的多火花式高速摄影数字图像阵列记录系统的结构原理示意图。图2是本发明多火花式阵列点光源某一个光源的光路图。图3是本发明中时序控制同步系统的控制时序图。图中1-多火花式阵列点光源；Ia d-4个同一列的多火花式阵列点光源；2_第一成像透镜；3-被测材料；4-第二成像透镜；5-CXD阵列摄像机系统 d-4个同一列的CCD相机；6-交换机；7-计算机；8-时序控制同步系统；A-复位信号；B-外界触发信号； C-时序控制同步系统启动信号；D-多火花式阵列点光源触发脉冲时序信号；E-第1个CCD 阵列摄像机系统触发信号；F-第2个CCD阵列摄像机系统触发信号；G-第3个CCD阵列摄像机系统触发信号；H-第η个CCD阵列摄像机系统触发信号。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明的具体结构、工作原理、工作过程，但不应以此限制本发明的保护范围。图1是本发明提供的多火花式高速摄影数字图像阵列记录系统的结构原理示意图，该装置包括多火花式阵列点光源1、第一成像透镜2、第二成像透镜4、(XD阵列摄像机系统5、交换机6、计算机数据处理系统7以及时序控制同步系统8 ；第一成像透镜2和第二成像透镜4设置在多火花式阵列点光源1和CXD阵列摄像机系统5之间，从多火花式阵列点光源1中每个点光源发出的光经过第一成像透镜2和第二成像透镜4在CXD阵列摄像机系统5中成清晰图像，该图像与点光源相对于多火花式阵列点光源1中心和CCD阵列摄像机系统5中心的连线成中心对称，CXD阵列摄像机系统5中形成的图像通过交换机6输入到计算机数据处理系统7中；由时序控制同步系统8通过控制线路分别和多火花式阵列点光源1和CXD阵列摄像机系统5相连。图2是本发明多火花式阵列点光源某一个光源的光路图，某一个多火花式阵列点光源Ib发出的光，通过第一成像透镜2，照亮被测材料3，再通过第二成像透镜4，成像到对应的CCD阵列摄像机系统5c，所成的像与点光源相对于多火花式阵列点光源1中心和CCD 阵列摄像机系统5中心的连线成中心对称。图3是本发明中时序控制同步系统8的控制时序图，首先复位信号A使系统初始化；由外界触发信号B触发时序控制同步系统启动信号C，使时序控制同步系统启动；时序控制同步系统启动后，产生多火花式阵列点光源触发脉冲时序信号D使多火花式阵列点光源依次产生火花；同时第1个CCD阵列摄像机系统触发信号E、第2个CCD阵列摄像机系统触发信号F、第3个CCD阵列摄像机系统触发信号G，……，第η个CCD阵列摄像机系统触发信号H —起被时序控制同步系统启动信号C触发，控制CCD阵列摄像机系统拍摄图像；最后复位信号A使系统初始化后进入下一个拍摄周期。
利用本发明可实现一种多火花式高速摄影数字图像记录，其特征在于该方法包括如下步骤1)在图1所示装置中沿光轴移动第一成像透镜和第二成像透镜，改变第一成像透镜和第二成像透镜的物距和像距，从而使多火花式阵列点光源发出的光通过第一成像透镜，照亮被测材料，再通过第二成像透镜，在CXD阵列摄像机系统中成清晰图像。2)首先复位信号使系统初始化。当时序控制同步系统接受到外界触发信号后，产生时序控制同步系统启动信号。而后时序控制同步系统便产生两路信号，一路为多火花式阵列点光源触发脉冲时序信号，传递给多火花式阵列点光源；另一路为第1个CCD阵列摄像机系统触发信号、第2个CCD阵列摄像机系统触发信号、第3个CCD阵列摄像机系统触发信号，……，第η个CXD阵列摄像机系统触发信号，接入CXD阵列摄像机系统。3)多火花式阵列点光源收到多火花式阵列点光源触发脉冲时序信号后依次产生火花；CCD阵列摄像机系统在收到第1个CCD阵列摄像机系统触发信号、第2个CCD阵列摄像机系统触发信号、第3个CCD阵列摄像机系统触发信号，……，第η个CCD阵列摄像机系统触发信号后依次拍摄图像，CCD阵列摄像机系统中每个CCD的曝光时间并根据实际情况在80-300毫秒之间进行调节，CCD在接到触发信号的时候打开相机的电子快门，开始进行积分运算并将一幅图像存储在相机的缓存中。每个图像与相应的点光源相对于多火花式阵列点光源中心和CXD阵列摄像机系统中心的连线成中心对称。4)将CXD阵列摄像机系统中形成的图像通过交换机输入到计算机数据处理系统中进行分析和处理。复位信号再次通过时，系统初始化后进入下一个拍摄周期。
权利要求
1.一种多火花式高速摄影数字图像阵列记录装置，其特征在于该装置包括多火花式阵列点光源(1)、第一成像透镜O)、第二成像透镜G)、CCD阵列摄像机系统(5)、交换机 (6)、计算机数据处理系统(7)以及时序控制同步系统(8)；第一成像透镜( 和第二成像透镜(4)设置在多火花式阵列点光源(1)和C⑶阵列摄像机系统(5)之间，从多火花式阵列点光源(1)中每个点光源发出的光经过第一成像透镜( 和第二成像透镜(4)在CCD阵列摄像机系统(5)中成清晰图像，该图像与点光源相对于多火花式阵列点光源(1)中心和 C⑶阵列摄像机系统(5)中心的连线成中心对称，C⑶阵列摄像机系统(5)中形成的图像通过交换机(6)输入到计算机数据处理系统(7)中；由时序控制同步系统(8)通过控制线路分别和多火花式阵列点光源(1)和CCD阵列摄像机系统(5)相连。
2.采用如权利要求1所述装置的一种多火花式高速摄影数字图像阵列记录方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)当时序控制同步系统接受到触发信号后，将其中的一路信号传递给多火花式阵列点光源，将另一路触发信号接入CCD阵列摄像机系统，控制多火花式阵列点光源和CCD阵列摄像机系统同步；2)多火花式阵列点光源收到外触发信号后依次产生火花，CCD阵列摄像机系统在收到外触发信号后依次拍摄图像，每个图像与相应的点光源相对于多火花式阵列点光源中心和 CXD阵列摄像机系统中心的连线成中心对称；3)将CCD阵列摄像机系统中形成的图像通过交换机输入到计算机数据处理系统中进行分析和处理。
3.按照权利要求2所述装置的一种多火花式高速摄影数字图像阵列记录方法，其特征在于CXD阵列摄像机系统中每个CXD的曝光时间为80-300ms。
全文摘要
一种多火花式高速摄影数字图像阵列记录系统及方法，属于实验固体力学动态测试技术和高速摄影图像技术领域。本发明为通过CCD阵列摄像机系统作为多火花式高速摄影感光底板的高速图像阵列记录系统，系统包括CCD阵列摄像机系统，多火花式阵列点光源与时序控制同步系统，计算机数据处理系统等。通过光学设计，每个多火花式阵列点光源发出的光，通过第一成像透镜，照亮被测材料，再通过第二成像透镜，成像到对应的CCD阵列摄像机系统。本发明相对于传统的胶片记录系统，实现高速图像的自动采集与处理，从而达到节省人工、简化操作，避免冲洗胶片的化学污染。
文档编号H04N5/232GK102176735SQ20111004539
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月24日 优先权日2011年2月24日
发明者姚学锋, 孙越霆, 方岱宁, 李一兵, 樊东兴, 许骏, 郝文峰, 马寅佶 申请人:清华大学