一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄系统及方法

摘要

本发明涉及一种超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄方法及系统。拍摄系统包括：脉冲激光器，沿脉冲激光光路上依次布置的反射镜、亚克力荧光板、凸透镜、喷油器、550nm高通滤波片、工业相机，与脉冲激光器相连的激光控制柜，与激光控制柜相连的手动继电器开关，分别与喷油器、工业相机和手动继电器开关分别相连的数字延时脉冲发生器；该系统和方法可以使用高性能的CCD相机或工业相机实现超高速拍摄从而得到高分辨率和较大视场的图片，弥补了高速摄相机的限制。

权利要求

1.一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄系统，其特征在于，包括：脉冲激光器(1)，沿脉冲激光光路上依次布置的反射镜(9)、亚克力荧光板(8)、凸透镜(7)、喷油器(6)、550nm高通滤波片(10)、工业相机(5)，与脉冲激光器相连的激光控制柜(2)，与激光控制柜相连的手动继电器开关(3)，分别与喷油器、工业相机和手动继电器开关分别相连的数字延时脉冲发生器(4)；

所述脉冲激光器，以10Hz的频率，10ns的脉冲持续期发射532nm波长的脉冲激光能量；

所述亚克力荧光板消除激光直接作为背景光源而产生的散斑现象，其可由脉冲激光激发而自身产生相应强度与持续期的均匀荧光；

所述数字延时脉冲发生器提供四路独立的延时通道和2路完整的脉冲输出，其延时分辨率高达5ps；

所述手动继电器开关的运行模式可实现吸合A秒自动停止，在闭合期间仅通过第一个信号，再次触发则无效，即开关触发一次，在触发时间内仅通过一个方波信号；

所述550nm高通滤波片，镀有介质膜的熔融石英材质镜片，让550nm以上光可以通过，

550nm以下光拦截。

2.在权利要求1所述系统上实现的一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄方法，其特征在于，包括如下过程：通过反射镜将亚克荧光力板发出的荧光光路与相机布置在一条直线上为背景光源；脉冲激光器以10Hz的频率和10ns的脉冲持续期发出脉冲激光来激发亚克力荧光板；为防止

532nm激光的散斑干扰，在相机前布置550nm高通滤波片以过滤532nm的激光以保证背景亮度均匀；以脉冲激光器的10Hz脉冲方波信号触发相机与喷油器，并通过数字延时脉冲发生器控制喷油时间以及相机拍摄时间，实现脉冲激光发生时相机与喷油器同步工作，并通过调节延时信号准确控制喷油时刻来记录不同的喷雾瞬间状态。

说明书

一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄系统及

方法

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄系统及方法。背景技术：

[0002] 随着我国经济的飞速增长，汽车总保有量也随之激增。汽车带给人们便利的同时，也带来了一系列环境污染问题。发达国家工业化过程中出现的环境污染问题，相应的在我国近二、三十年中不断出现。因此目前高效低排放的内燃机燃烧系统的开发成为了研究焦点。

[0003] 近几年，随着直喷汽油机小型强化程度和喷油压力的不断提升，燃油撞壁及其导致的碳烟排放、机油稀释和早燃问题日益严重，这对发动机的性能及排放均有着极大影响，而上述几种问题的关键是在于燃油与机油的相互作用机理。目前，国内外对于发动机喷雾撞壁机理进行了大量的宏观试验研究，但对于燃油撞壁的微观破碎发展深入研究的基础试验研究鲜有报道。因此，对于燃油与机油的相互作用机理难以有深入的分析与探索。其中一个重要原因是难以得到微观状态下高速运动的液滴的发展与破碎状态。因为，目前常用的高速摄像机拍摄速度最高可达到500000fps即每秒拍摄500000张图片，但受到相机及内存限制，拍摄速度越快，拍摄视场越小，分辨率受到高速相机的性能限制难以达到较高数值，且照亮图片所需要的光源光强要求越高，即导致相机在高速拍摄时拍得的图片模糊较暗且拍摄区域极小，这是常规高速摄像机难以突破的障碍。而且，随着内燃机喷射压力的不断提高汽油机的喷油压力已达到十几兆帕左右，柴油机甚至达到上百兆帕，这导致液滴的运动速度更快，破碎液滴更小。若想清晰的看到喷雾液滴500000fps的拍摄速度也难以对高速运动的液滴以及其破碎状态进行清晰的记录。

[0004] 高速摄像机的工作原理为通过快速的拍摄速度与曝光时间在短时间内来记录运动物体一连串大量的静态照片。若用传统的连续强光源如氙灯、卤素灯等照明时，相机拍摄速度若低于物体的运动速度则会产生“拉丝”的模糊现象，即记录了物体的部分运动轨迹而使实际物体发生失真现象。而目前常用的高速摄像机拍摄速度最高可达到500000fps即每秒拍摄500000张图片，但受到高速摄相机系统及其内存限制，拍摄速度越快，拍摄视场越小，且照亮图片所需要的光源光强越强，即导致高速拍摄时拍得的图片模糊较暗且拍摄区域极小。发明内容：

[0005] 本发明的目的在于提供一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄方法及系统。具体技术方案如下：

[0006] 一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄系统，包括：脉冲激光器1，沿脉冲激光光路上依次布置的反射镜9、亚克力荧光板8、凸透镜7、喷油器6、550nm高通滤波片10、工业相机5，与脉冲激光器相连的激光控制柜2，与激光控制柜相连的手动继电器开关3，分别与喷油器、工业相机和手动继电器开关分别相连的数字延时脉冲发生器4；

[0007] 所述脉冲激光器，以10Hz的频率，10ns的脉冲持续期发射532nm波长的脉冲激光能量；所述亚克力荧光板消除激光直接作为背景光源而产生的散斑(不均匀)现象，其可由脉冲激光激发而自身产生相应强度与持续期的均匀荧光；所述数字延时脉冲发生器提供四路独立的延时通道和2路完整的脉冲输出，其延时分辨率高达5ps；所述手动继电器开关的运行模式可实现吸合A秒自动停止，在闭合期间仅通过第一个信号，再次触发则无效，即开关触发一次，在触发时间内仅通过一个方波信号；所述550nm高通滤波片，镀有介质膜的熔融石英材质镜片，让550nm以上光可以通过，550nm以下光拦截。

[0008] 在上述系统上实现的一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄方法，包括如下过程：

[0009] 通过反射镜将亚克荧光力板发出的荧光光路与相机布置在一条直线上为背景光源；脉冲激光器以10Hz的频率和10ns的脉冲持续期发出脉冲激光来激发亚克力荧光板；为防止532nm激光的散斑干扰，在相机前布置550nm高通滤波片以过滤532nm的激光以保证背景亮度均匀；以脉冲激光器的10Hz脉冲方波信号触发相机与喷油器，并通过数字延时脉冲发生器控制喷油时间以及相机拍摄时间，实现脉冲激光发生时相机与喷油器同步工作，并可以通过调节延时信号准确控制喷油时刻来记录不同的喷雾瞬间状态。

[0010] 本发明相对于现有技术的优点在于：目前常用的脉冲激光器可以产生波长为532nm，频率为10Hz，脉冲持续期为10ns的单次脉冲激光，由于10ns的照亮时间极端，仅照亮一瞬间物体运动的状态，除此时刻外的图像由于工业相机或CCD(Charge-coupled Device)相机进光亮少而均为黑色背景，即相当于曝光时间只有极短的10ns。因此，拍摄时只要在相机曝光时间内捕捉该图像即可记录照亮瞬间的状态。因为10ns极短暂且精确的脉冲持续时间(即照亮时间)，其相当于100000000fps的曝光拍摄速度，即每秒钟拍摄100000000张图片的速度，已高于目前高速摄相机最大拍摄速度200倍，且该方法可以使用高性能的CCD相机或工业相机实现超高速拍摄从而得到高分辨率和较大视场的图片，弥补了高速摄相机的限制。但由于脉冲激光固定频率为10Hz的限制，每次拍摄仅有一张图片被激光照亮，即每次仅能拍摄某一特定时刻的一张图片，该问题可以通过数字延时脉冲发生器改变微秒甚至皮秒级的喷雾触发时刻，保证激光与相机的工作同步来进行多次拍摄以记录喷雾不同时刻的发展状态。
附图说明：

[0011] 图1为实施例中拍摄系统的结构示意图；图中，1代表脉冲激光器，2代表激光控制柜，3代表手动继电器开关，4代表数字延时脉冲发生器，5代表工业相机，6代表喷油器，7代表凸透镜，8代表亚克力荧光板，9代表反射镜，10代表550nm高通滤波片。具体实施方式：

[0012] 实施例：

[0013] 一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄系统，包括：脉冲激光器1，沿脉冲激光光路上依次布置的反射镜9、亚克力荧光板8、凸透镜7、喷油器6、550nm高通滤波片10、工业相机5，与脉冲激光器相连的激光控制柜2，与激光控制柜相连的手动继电器开关3，分别与喷油器、工业相机和手动继电器开关分别相连的DG535数字延时脉冲发生器4；

[0014] 所述脉冲激光器，以10Hz的频率，10ns的脉冲持续期发射532nm波长的脉冲激光能量；所述工业相机安装显微距拍摄镜头，可将图像放大5倍，实现近距离微观拍摄；所述亚克力荧光板消除激光直接作为背景光源而产生的散斑(不均匀)现象，其可由脉冲激光激发而自身产生相应强度与持续期的均匀荧光；所述DG535数字延时脉冲发生器提供四路独立的延时通道和2路完整的脉冲输出，其延时分辨率高达5ps；所述手动继电器开关的运行模式可实现吸合A秒自动停止，在闭合期间仅通过第一个信号，再次触发则无效，即开关触发一次，在触发时间内仅通过一个方波信号；所述550nm高通滤波片，镀有介质膜的熔融石英材质镜片，让550nm以上光可以通过，550nm以下光拦截。

[0015] 在上述系统上实现的一种可以实现超高速高分辨率大视场的阴影法拍摄方法，包括如下过程：

[0016] 通过反射镜将亚克荧光力板发出的荧光光路与相机布置在一条直线上为背景光源；脉冲激光器以10Hz的频率和10ns的脉冲持续期发出脉冲激光来激发亚克力荧光板；为防止532nm激光的散斑干扰，在相机前布置550nm高通滤波片以过滤532nm的激光以保证背景亮度均匀；以脉冲激光器的10Hz脉冲方波信号触发相机与喷油器，并通过DG535数字延时脉冲发生器控制喷油时间以及相机拍摄时间，实现脉冲激光发生时相机与喷油器同步工作，并可以通过调节延时信号准确控制喷油时刻来记录不同的喷雾瞬间状态。