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高速成像系统用于对子弹动态运动进行分析
点击次数:578 发布时间:2016-04-06
 高速成像系统多重曝光
  图像是利用todim::streamer图形用户界面GUI软件捕获的。该软件作为一种开源软件供每台相机使用。相机和PC主机之间的所有配置和数据传输,都是通过一个标准GigE Vision接口以及与GenICam兼容的API一起来实现的,zui后将图像存储为原始二进制16位文件的形式。
可以看到子弹的三处独立的曝光点。每个脉冲能够捕获到飞行子弹的一幅曝光良好的图像。此外,一个BP-880带通滤波器,能在500μs的总曝光时间内削弱背景光的影响。通过使用该滤波器,由IL-0900模块提供的红外光脉冲比背景光更加强大,它能有效照亮并“冻结”子弹的运动。
在这个试验中,测量到子弹的运行速度为751m/s,而制造商提供的数据为854m/s。
 
冻结时间
为了测量子弹的出口速度,光脉冲之间的延迟被设定为100ms,对于以800m/s高速行进的子弹而言,大约为8cm。此延迟用来分离合成图像中子弹的多次曝光。子弹的长度可以从制造商的说明书中得知,用于为图像提供准确的数据。然后,子弹的三次曝光间隔可被提取。
  多脉冲方法的一个关键优势是:不受任何帧到帧变化的影响。子弹的每次曝光均由相机传感器的单一激活捕获,加上的照明时间控制,尽可能减少可变因素,从而使得分析得以优化,实现更高的度。这可以在子弹的减速分析中窥见一斑。速度的两个瞬时测量结果足够,这样便可获得子弹减速的测量。从该捕获序列中获得的一个独特的输出是子弹“摇摆”或“偏转”,这在多张曝光图像中清晰可见。这种类型的运动很难预料,这将为子弹制造商提供宝贵的信息。
 
在弹道成像系统,成像过程的所有三个关键因素——触发、照明和图像捕获,必须由一个软件界面控制。
尽管高速成像系统并未具备传统的专用型超高速视频拍摄相机的全部功能,但是其板上触发、高速图像采集和高功率照明光源所形成的一套组合,已经预示着该系统将在测试和分析应用中斩获用武之地。
 
作为传统高速成像系统的一个补充;在该试验设备中也使用了传统高速成像系统,其用于提供整个场景的全景。尽管该系统能够提供高帧率和高分辨率的图像,但是它不能捕获飞行中子弹的详细静态图像;然而膛线检测却需要这样的图像,此外这些图像还能“对子弹运动时产生的任何不必要的倾斜或偏转”提供一种可视化分析;子弹的这种倾斜或偏转运动,增加发射阻力、降低精度。
 
客户要求在距枪口很短处捕获飞行中的子弹的图像,并且要具有足够的放大率,这样才能对飞行中的子弹特征进行可视化分析。该试验设备中使用了一个落地配重以启动步枪射击,但是该机制所固有的定时不确定性,意味着不大可能直接从配重上触发相机。因此,有必要利用正在运动中的子弹直接触发图像捕获功能。
 
红外照明模块发射波长905nm的光,其用于照明视场,并提供足够的光强以获得高对比度图像。这些照明单元直接由相机头触发,可以在输入触发器中设置一个延迟时间,以确保子弹即使处于高速运行中也能瞬间捕获到它的图像。
 
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