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1、高速摄影用光源 高速摄影对光源的要求要得到一定密度的影象，高速摄影对光源的要求要得到一定密度的影象，首先首先 要大，要大，必须光源的亮度必须光源的亮度B高高；其次光源的光其次光源的光谱成份要和记录介质相适应光能才能产生密度谱成份要和记录介质相适应光能才能产生密度。光。光源的光谱成份通常用色温来衡量。源的光谱成份通常用色温来衡量。黑黑体体辐辐射射的的最最大大辐辐射射功功率率的的波波长长随随温温度度上上升升而而变变短短。在在物物理理学学中中，让让铁铁、钨钨等等金金属属从从绝绝对对零零度度起起始始加加温温，把把随随温温度度增增高高出出现现的的颜颜色色色色光光所所对对应应的的温温度度叫叫做做光光源源色
2、色温温。色色温温高高，蓝蓝光光成成份份多多；色色温温低低，红红光光成成分分多多；色色温温并并不不代代表表光光源源的的实实际际温温度度。光光源源的的色温可以用色温表测得。日光的色温并非固定不变。色温可以用色温表测得。日光的色温并非固定不变。日光的色温日出与日落时的阳光日出与日落时的阳光 18500K正午前后二小时的阳光正午前后二小时的阳光 4,400-4,6000K正午直射的阳光正午直射的阳光 5,6000K薄云遮日薄云遮日 6,8000K阴天阴天 7,500-8,4000K无云蓝天无云蓝天 13,000-27,0000K由由于于卤卤化化银银对对蓝蓝紫紫光光敏敏感感，所所以以，高高速速摄摄影影要
3、要求求光光源高色温。源高色温。对于闪光光源，高速摄影要求它时间特性（包括闪对于闪光光源，高速摄影要求它时间特性（包括闪光时刻和脉宽）易于控制。光时刻和脉宽）易于控制。连续光源日光日光 是室外高速摄影常用的光源，例如，在土岩爆破、武器效应、外弹道的高速摄影中。拍摄频率不超过每秒几千幅。卤钨灯卤钨灯 充气白炽灯的灯丝由于蒸发而损耗，因而功率受到限制。在填充气体上掺入卤族元素，利用卤钨循环，可以减少灯丝蒸发，提高光效和寿命，功率可达1000多瓦，色温3200K。使用时必须注意管壳清洁，灯管处于水平位置。闪光光源1-气体放电管 常常用用的的是是脉脉冲冲氙氙灯灯和和频频闪闪管管。原原理理都都是是利利用用
4、贮贮存存在在电电容容器器中中的的电电能能使使灯灯内内的的氙氙气气放放电电，发发出出高高强强度度的的闪闪光光。工工作作电电路路如如图图11.49。直直流流电电压压E是是对对电电容容器器C充充电电，充充至至预预定定电电压压后后，加一高压触发脉冲至灯管外围的触发极，管内的氙气电离，加一高压触发脉冲至灯管外围的触发极，管内的氙气电离，电电容容器器C通通过过氙氙灯灯放放电电，产产生生强强烈烈闪闪光光。闪闪光光持持续续时时间间与与管管内内气气体体成成分分、电电极极间间距距、电电极极横横截截面面积积以以及及电电路路中中的的电电容容、电感有关。电感有关。ERL CP触发电压10KV以上触发器图 11.49 脉
5、冲氙灯工作电原理图 频闪管 频频闪闪管管的的工工作作电电路路如如图图11.50。供供电电部部分分与与脉脉冲冲氙氙灯灯相相同同。E2是是触触发发用用直直流流电电源源。当当触触发发开开关关断断路路时时，E2 通通过过R2对对C2充充电电。当当触触发发开开关关导导通通时时，C2通通过过脉脉冲冲变变压压器器T的的原原边边放放电电，付付边边就就输输出出一一高高压压脉脉冲冲，使使频频闪闪管管电电离离，C1通通过过频频闪闪管管放放电电、发发光光。触触发发开开关关的的频频率率就就是是闪闪光光的的频频率率。实实现现频频闪闪的的关关键键是是C1上上的的电电压压必必须须做做到到：灯灯管管消消电电离离之之前前低低于于
6、发发光光的的临临界界值值；消消电电离离之之后后，下下一一触触发发脉脉冲冲到到来来之之前前增增加加到到临临界界值值以以上上。否否则则会会造造成成漏闪或连续发光。漏闪或连续发光。R1起着控制充电电流的作用，一般选取起着控制充电电流的作用，一般选取 E1R1C1PE2R2C2T触发开关图 11.50 频闪管工作电原理图其中其中f 为闪光频率为闪光频率爆炸光源 炸药爆炸时发出的强烈闪光可以直接用作光源，也可以利用炸药爆炸时压缩氩气闪光（称作氩气弹）。图11.51是利用爆炸闪光实现高速摄影的装置。该装置与火花相机类似。只不过闪光是由炸药（F1F3）爆炸产生的。A是雷管，l1 l3是导爆索，闪光的时刻和时
7、间间隔都由导爆索的长度来控制C3C2C1 L 场 镜OF1F2F3l2l1l3A图 11.51 用爆炸光源的高速摄影 试件火花光源 火花隙放电也可以得到强烈闪光。图11.52是一种火花光源的电路图。利用抽头电感可以调节闪光持续时间，最长可达1000微秒。图 11.52 火花光源电原理图工作电容充电电阻触发讯号火花开关抽头电感变压器同轴电缆火花光源 激光不仅亮度高，持续时间短（毫微秒量级）是高速摄影的理想光源，而且由于高单色性、相干性，使高速全息摄影成为可能。另外，X射线具有穿透力强的特殊本领，专门用于拍摄物体内部不可见的高速过程，例如固体中激波、穿甲弹内的射流等。其他脉冲光源其他脉冲光源高速摄
8、影的同步问题 同步问题是指拍摄时刻，瞬态现象和光源三者同时发生。由于瞬态现象转瞬即逝，高速摄影机的全记录时间也很短，因此，同步问题是能否捕捉目标的关键。由于拍摄对象，相机原理和光源的千差万别，解决同步问题不可能是同一种模式。有的采用运动物体的某一部分去接通或断开某个触点；有的用拾音器接受高速现象的声响，再去产生一个电脉冲；有的利用运动目标切断光束，或用现象的自发光给出信号。图11.53是用火花隙光源拍摄飞行弹丸的同步原理。v火花隙运动方向灯照相机光电管放大器感应线圈图11.53 一种同步方法直流高压电源各种相机的同步和快门问题 棱镜补偿高速相机的装片量至少为30米。全记录时间是秒的量级，而高速
9、现象一般是毫秒量级。因此，拍摄时刻与高速现象采用人工同步。所用光源为连续光源，不需同步。胶片是一次通过片门，也无需保护快门。高速数字摄像机与波存、记忆示波器相同，有TTL电平与手动同步 可预先设置同步时刻在总画幅数的位置。鼓轮相机装片量有限，拍摄目标速度高，需要外加光源。因此，要有同步装置。而且，鼓轮是一经启动，胶片就反复出现在拍摄位置上。因此，需要保护快门，防止二次曝光和重复曝光。转镜扫描型相机与鼓轮相机类似。例如CP相机拍空中冲击波。选定拍频为25万幅/秒。该机在拍摄时刻发出一个4050千伏的高压脉冲。用此脉冲去触发脉冲氙灯和电爆炸装置，就可以做到三者同步。转镜在上述拍频转镜旋转一周的时间为2毫秒。选择氙灯的闪光时间小于2毫秒，即可避免二次曝光，即：总拍摄时间转镜旋转一周的时间。为了防止重复曝光则需要电磁快门和布置成暗室。等待型转镜扫描相机的同步问题 等待型转镜扫描相机的拍摄时刻与目标无需考虑同步，但光源与现象有同步问题需要解决。等待型相机的转镜若是多面体，则二次曝光很容易发生。光源的闪光时间必须满足下式：闪光脉宽转镜旋转一周的时间 比较以上两式可知等待型转镜相机对光源闪光时间的要求要苛刻一些。因此，需要防止二次曝光的快门。