[發明專利]一種可以實現超高速高分辨率大視場的陰影法拍攝系統及方法

有效

• 申請號: 201810033997.9
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108240968B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 裴毅強;王晨晰;劉懿;許貝;郭瑞濤;秦靜
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/64;G01N21/94
• 代理公司: 12239 天津市君硯知識產權代理有限公司
• 代理人: 張東浩

本發明涉及一種超高速高分辨率大視場的陰影法拍攝方法及系統。拍攝系統包括：脈沖激光器，沿脈沖激光光路上依次布置的反射鏡、亞克力熒光板、凸透鏡、噴油器、550nm高通濾波片、工業相機，與脈沖激光器相連的激光控制柜，與激光控制柜相連的手動繼電器開關，分別與噴油器、工業相機和手動繼電器開關分別相連的數字延時脈沖發生器；該系統和方法可以使用高性能的CCD相機或工業相機實現超高速拍攝從而得到高分辨率和較大視場的圖片，彌補了高速攝相機的限制。

技術領域：

本發明涉及一種超高速高分辨率大視場的陰影法拍攝系統及方法。

背景技術：

隨著我國經濟的飛速增長，汽車總保有量也隨之激增。汽車帶給人們便利的同時，也帶來了一系列環境污染問題。發達國家工業化過程中出現的環境污染問題，相應的在我國近二、三十年中不斷出現。因此目前高效低排放的內燃機燃燒系統的開發成為了研究焦點。

近幾年，隨著直噴汽油機小型強化程度和噴油壓力的不斷提升，燃油撞壁及其導致的碳煙排放、機油稀釋和早燃問題日益嚴重，這對發動機的性能及排放均有著極大影響，而上述幾種問題的關鍵是在于燃油與機油的相互作用機理。目前，國內外對于發動機噴霧撞壁機理進行了大量的宏觀試驗研究，但對于燃油撞壁的微觀破碎發展深入研究的基礎試驗研究鮮有報道。因此，對于燃油與機油的相互作用機理難以有深入的分析與探索。其中一個重要原因是難以得到微觀狀態下高速運動的液滴的發展與破碎狀態。因為，目前常用的高速攝像機拍攝速度最高可達到500000fps即每秒拍攝500000張圖片，但受到相機及內存限制，拍攝速度越快，拍攝視場越小，分辨率受到高速相機的性能限制難以達到較高數值，且照亮圖片所需要的光源光強要求越高，即導致相機在高速拍攝時拍得的圖片模糊較暗且拍攝區域極小，這是常規高速攝像機難以突破的障礙。而且，隨著內燃機噴射壓力的不斷提高汽油機的噴油壓力已達到十幾兆帕左右，柴油機甚至達到上百兆帕，這導致液滴的運動速度更快，破碎液滴更小。若想清晰的看到噴霧液滴500000fps的拍攝速度也難以對高速運動的液滴以及其破碎狀態進行清晰的記錄。

高速攝像機的工作原理為通過快速的拍攝速度與曝光時間在短時間內來記錄運動物體一連串大量的靜態照片。若用傳統的連續強光源如氙燈、鹵素燈等照明時，相機拍攝速度若低于物體的運動速度則會產生“拉絲”的模糊現象，即記錄了物體的部分運動軌跡而使實際物體發生失真現象。而目前常用的高速攝像機拍攝速度最高可達到500000fps即每秒拍攝500000張圖片，但受到高速攝相機系統及其內存限制，拍攝速度越快，拍攝視場越小，且照亮圖片所需要的光源光強越強，即導致高速拍攝時拍得的圖片模糊較暗且拍攝區域極小。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種可以實現超高速高分辨率大視場的陰影法拍攝方法及系統。具體技術方案如下：

一種可以實現超高速高分辨率大視場的陰影法拍攝系統，包括：脈沖激光器1，沿脈沖激光光路上依次布置的反射鏡9、亞克力熒光板8、凸透鏡7、噴油器6、550nm高通濾波片10、工業相機5，與脈沖激光器相連的激光控制柜2，與激光控制柜相連的手動繼電器開關3，分別與噴油器、工業相機和手動繼電器開關分別相連的數字延時脈沖發生器4；

所述脈沖激光器，以10Hz的頻率，10ns的脈沖持續期發射532nm波長的脈沖激光能量；所述亞克力熒光板消除激光直接作為背景光源而產生的散斑(不均勻)現象，其可由脈沖激光激發而自身產生相應強度與持續期的均勻熒光；所述數字延時脈沖發生器提供四路獨立的延時通道和2路完整的脈沖輸出，其延時分辨率高達5ps；所述手動繼電器開關的運行模式可實現吸合A秒自動停止，在閉合期間僅通過第一個信號，再次觸發則無效，即開關觸發一次，在觸發時間內僅通過一個方波信號；所述550nm高通濾波片，鍍有介質膜的熔融石英材質鏡片，讓550nm以上光可以通過，550nm以下光攔截。

在上述系統上實現的一種可以實現超高速高分辨率大視場的陰影法拍攝方法，包括如下過程：