基于高速数字成像的专门技术允许对瞬时影响进行分析

高速成像在科学和城市科学中被用于表征快速事件或过程。具体应用包括弹道学、超高速撞击、航空设计和发电。横跨这些应用的是冲击物理学领域，它涵盖了加速度技术、化学、冲击波物理、流体力学、动力材料等一系列相关学科行为、观察技术、数值分析和分析。其用途包括测试现代和装甲(陶瓷、纤维增强材料和反应性装甲)和汽车零部件碰撞测试，以及研究卫星和空间站的流星体和空间碎片防护罩。再入飞行器、火箭、航天器和弹头的非核杀伤是另外一些例子还有彗星撞击地球和行星的模拟。

可以对撞击速度范围进行实验调查，撞击速度从每秒几米(汽车撞击)到每秒10，000米以上(陨石/空间碎片撞击)，分别对应500公斤至几微克的质量。各种类型的加速器被用来产生这样的高动能，因为它们能够将形状复杂、材料不同、质量不同的射弹加速到高冲击速度，所以受到青睐。外国研究所的典型发射设施包括罐、速度测量站和带有用于研究末端弹道学、超高速撞击和平面撞击所需诊断仪器的撞击室。

1).传统的高速观测技术，例如闪光辐射成像和高速摄影已经并仍然被用于撞击物理测试。然而，超高速数字成像技术为传统方法无法实现几纳秒极短曝光时间的应用提供了益处和更大的适用范围。闪光X射线摄影通常用于观察不透明的固体、流体或气体材料(如金属和陶瓷)中的加工过程，或伴随灰尘、碎片或强光形成的事件。闪光X射线管的电压在市场上可以买到在150-1200千伏范围内，脉冲宽度分别为35或20纳秒。要穿透的材料越厚，X射线管的电压就必须越高。由于单个X射线管的放电重复率被限制在每秒10，000次，因此需要多管系统。对于闪光X射线摄影，在同一胶片上按顺序触发多个X射线管。用于观察某一过程的X射线管的数量由于管套直径相对较大(见图2)，通常顺序限制为3或4个管。

2).高速摄影有两大类:高速摄影和高速摄影。高速摄像机是用于在几毫秒的时间范围内以每秒几十微秒的速度发生相对缓慢冲击过程的一个选择。通常在限制的帧数和每帧的分辨率之间存在取舍，帧数越多，分辨率越低。应用程序的一个例子是在碰撞测试中观察汽车部件的变形。

高速电影摄影使用图像分割技术，无论是光学技术还是机械技术，来捕捉胶片上的图像序列。该技术可以产生帧速率为200万帧/秒的图像，小实验时间为0.25us。像高功率激光器(铜蒸气或红宝石)通常补充高速摄影，以提供必要的高照明水平与短快门速度。

超高速数字成像：

超高速数码相机使用门控图像增强器，根据光效应提供一个非常快速的快门系统，通过该光效应，物体的光子诱导电子从光阴极发射。发射的电子通过微通道板进行强化(强化系数可达100,000，并传送到荧光屏上，在那里由电荷耦合器件(CCD)照相机显示和拍摄所产生的物体的光致强化图像。在现代超高速摄像机中，图像可以通过光纤传输到计算机系统中，而数字图像处理可以显著提高图像质量。

数字图像可以在计算机上存档，也可以通过网络或因特网进行电子传输。（德国 Excelitas PCO 公司的pco.dicam C4四通道像增强器相机）四通道摄像头允许高达5亿帧/秒，比较大像素分辨率为1280x1024多可达8个全帧。PCO.dicam动态范围为12位，曝光时间为1.5ns至1000s，帧间时间为2ns，据报道，德国PCO.dicam是目前世界上商业上快的CCD相机。

因此，能够以5.2km/s的时速记录铝球形物体撞击薄铝屏障的冲击闪光和碎片云的形成和扩散，每幅照片的成像序列为5us，曝光时间为20ns。(见图三)一种具有连续闪光时间的氙气闪光灯光源在背光模式下使用80us。相比之下菲格的闪光X光照片。2,可见冲击闪光的形成和扩散以及碎片云前部由于冲击波加热而产生的高温氧化。将传统系统与超高速数码相机相结合，提供了成帧率高达5亿帧/秒的数字高速多帧放射摄影系统的可能性。

德国 Excelitas PCO 公司的pco.dicam C4四分幅像增强相机，具备高分辨率、高感光度、快速帧重复率、精确捕捉超快速过程的优点，将可实现高效的单光子检测，为实验提供强而有力的图像数据支持。

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