微光高速电影摄影综述

低照度、低对比下的高速摄影不断增长的需要促进了新型摄影系统的发展,其中在镜头与高速运动胶片之间加入象增强器所构成的微光高速电影摄影系统可使摄影的灵敏度有显著的提高。它具有高光增益、高成象质量、同时由于高速电子快门取代了常规的机械快门,更使此类摄影系统面目一新。     

高速摄影与数据处理

在工业、军事以及科学研究中,有许多快得使人无法接受的瞬变现象.这种现象可以用高速摄影机拍摄下来,再以慢到人眼可以接受的速度再现出来,从而可供观察或分析用.现代的高速摄影技术已经可以诊断数万亿分之一秒里所发生的事件,它使人们从中得到前所未见的空间信息和时间信息. 一、高速摄影机1.高速电影摄影机 高速电影摄影机所拍摄的胶片很长.长胶片运动限制了摄影频率.间歇式高速电影摄影机依靠抓片机构使胶片在片窗处作间歇运动,实现间歇摄影.这种摄影机的成像质量和画幅稳定性极佳,在体育、生物力学及箭弹发射等运动速度不很高的研究项目…     

TGS—200/35同步高速电影摄影机

现代的高速电影摄影机的发展,可追朔到本世纪30年代末期。随着导弹发射、人造卫星发射等实验的发展,迫切的出现了对高速摄影的要求。此时胶片做连续运动的高速摄影机新品种不断问世、但对于运动着的胶片在曝光的瞬间不动的高速摄影机——通称为间歇式高速摄影机,虽然有象畸变小而清晰这一特点,但由于设计和制造上技术难度大,直到20世纪60年代,由于技术上的突破,才得到了广泛的发展。     

中国科学院西安光机所高速摄影机系列简表

序号 1型号(名称)GS24o/35型间歇高速电影摄影机改进型GS 240/35间歇高速电影摄影机TGS一200型同步高速电影摄影机 主要技术性能须率:24一240幅/秒;画幅尺寸:18 x 22毫米2;摄影分辨率:35一40线对/毫米,胶片容量:150米;配有Fls、40、75、100、300五种焦距物镜,可记录四种信号标记;电源:22。伏交流或24伏直流。须率:巧一240幅/秒;画幅尺寸:18 x 22毫米2,胶片:35毫米电影胶片,150米;摄影分辨率:40线对/毫米;画幅稳定性:0.015、0.025毫米;胶片上可同时记录四种信号标记,配有F18、40、75、100、300五种焦距物镜;采用高速直流电机驱动,电源为2…     

高速摄影中胶片用量的计算、安装与测定

如同确定高速摄影其它重要的参数一样,确定胶片用量也是高速摄影工作所必须掌握的基本技术之一。在高速电影摄影中确定胶片用量的准确与否,对经济而有效地使用胶片和准确控制摄影时间有着密切的利弊关系。 众所周知,胶片以高速连续运行的高速电影摄影机是常见的,应用最为广泛的一种高速摄影机。这类摄影机依其采用不同的光学补偿方式分别有棱镜补偿、反射镜补偿、透镜补偿等多种型式,但不论何种型式,其共同一个特点是一次装片,一次拍摄完毕。     

一种用于距离选通的ICCD设计与实现

研制了一种短余辉、高分辨率、快时间响应的高速选通超二代像增强器,通过光纤锥与CCD进行耦合成高性能距离选通ICCD,理论分析各部件的性能及其对系统空间分辨率的影响;采用FPGA设计电路控制系统,该系统产生出纳秒级的选通门宽以实现对ICCD的数字控制,同时可以对选通脉冲宽度和延时时间进行调整以实现不同亮度以及距离目标的清晰成像,降低背景噪音以及增大成像的动态范围.此外,该系统具有增益监控和调节功能,信噪比达到20∶1dB,在超二代像增强器阴极和微通道板输入面之间加幅度为-200V、宽度为3ns直流连续可调的选通脉冲以实现对增强器的选通,为了提高光电阴极补充电子的速度,在输入窗内表面光刻有线宽为5μm、间距为50μm正方形格栅以保证选通门宽为3ns时光电阴极有足够快的响应速度,选通频率最高可达到300kHz,实验测试在微通道板电压为700V、荧光屏电压为5 000 V时增强器增益可达10 718cd/m2 lx,ICCD系统空间分辨率达到29.7lp/mm.     

象增强高速电影摄影系统MTF及其改善

象增强高速电影摄影在提高探测能力的同时,也引起了成象质量的变化。文章讨论了引起这一变化的各种因素的调制传递函数,给出了在不同的参数下,系统总的调制传递函数数值。并且提出了改善系统MTF的途径。     

旋转多面体的研制工艺

在光学补偿式高速电影摄影中,因胶片在曝光的瞬间仍处于运动状态。为了消除图象与胶片之间的相对位移,而采用了光学补偿器。它可以使图象在曝光时间内随胶片做同步运动,达到二者相对静止,从而得到足够清晰的影象。旋转多面体亦称旋转棱镜补偿器,它是光学补偿器中最常用的一种元件。     

基于雪崩级联电路控制激光照明源的水下激光选通成像

基于雪崩级联原理研发了用于水下激光选通成像的MARX级联电路激光照明源。相对于普通激光驱动器,该MARX级联电路有输出脉冲窄、峰值高、上升沿短、重复频率高、成本低、体积小、质量轻等优点。采用级联电路研发的脉冲激光照明光源在实现ns量级脉冲宽度性能的基础上保持了照光源系统体积的小型化。该脉冲照明源结合激光整形及匀化光学技术进行了水下选通成像验证实验,在10 ns的脉冲宽度下,实现水下7倍衰减长度范围内的选通成像。该文涉及的电路、光学方面的改进对降低激光选通成像系统的体积、成本及实际应用具有重要意义。     

高速电影摄影机动态性能的检测

高速电影摄影机是胶片高速运动的摄影机械。如果,相机经常发生堆断片,这样就无法开机工作,此乃相机之大弊。因此,跑片成功率是高速电影摄影机最重要的动态性能。次之,象质良好和画幅跳动小也是相机力求的动态指标。 为检测相机的跑片性能,我所试做了一套配用微机的跑片性能监测装置;并总结了长期研制高速摄影机的实践,提出了相机动态性能指标,有望尽早过渡为专业标准。     

门控型像增强器开门时间测量

提出了采用超快激光脉冲与光纤阵列形成的光延时、跟CCD相机相结合的方法,对门控型像增强器进行了开门时间的测量,分析了该测量方法的可行性,建立了门控型像增强器开门时间的测量系统。用该测量方法对超高速光电分幅相机中的门控型像增强器开门时间进行了测量,得到了10,20,30,50 ns档开门时间的实验图片,与所加的快高压脉冲时间12.50,18.50,28.75,48.60 ns相比较,开门时间的测量精度得到了提高,该测量方法可用于超高速光电分幅相机曝光时间的标定。     

双近贴管纳秒单幅高速摄影机

作为一种性能优越的二维图象记录设备,双近贴管纳秒单幅高速摄影机在高速摄影领域已越来越受到人们的重视。这方面的研究成果已经而且正在为核物理研究及其它学学科的发展提供有效的测量工具。     

象增强器高帧频选通下的动态特性

本文通过实验、比较、分析,搞清楚了影响象增强器在这加续选通方式下高频特性异常的因素及其物理机制.并为解决这样一些动态特性中出现的问题提出了行之有效的办法.     

圆扫描变像管人卫激光测距技术研究

在本文中,我们设计并研制了用于毫米级精度人卫激光测距的圆扫描时间分析系统。研制的圆扫描变像管理论时间分辨率可优于3ps,可用于双色测距;偏转灵敏度高达10cm/kV,偏转空间分辨率优于24lp/mm;利用双MCP内增强,增益～1×10⁶,并有门控功能以进一步提高信噪比和动态范围。扫描控制电路能提供300MHz、10W的正弦信号,其频率、幅度、相位稳定度均可满足要求。调试过程中较好地解决了阻抗变换、空间干扰和相位正交等关键问题。在仅2W的RF功率驱动下,即可实现稳定的φ24mm的圆扫描,系统实测时间分辨率达4.8ps。在实验室实测测距精度达亚毫米级。动态实验及模拟测距表明,该时间分析系统可满足第四代人卫激光测距系统的需要。     

一种激光像亮度增强的显微高速摄影系统

首次在显微高速摄影中成功地引入溴化亚铜蒸汽激光器作为像亮度增强器,动态分辨率接近物镜的衍射分辨极限,并对布朗运动,浮游生物的动态情况进行观察、记录。     

一种应用距离选通成像技术的微光望远镜

利用红外波长的激光对微光系统进行辅助照明,改善目标区域的环境照度和对比度,使目标从视场中凸显出来,提高微光系统的探测距离,改善观察效果。采用距离选通技术,合理匹配激光脉冲与选通像增强器的工作时序,屏蔽目标前后非目标反射光以及来自大气中悬浮微粒产生的杂散光干扰,解决同轴照明后向散射问题,达到只观察选定距离内目标的目的。通过微光选通望远镜的工程实践,将激光距离选通技术成功地运用于微光探测领域中,在无月星光,照度为110-3lx,大气能见度为10 km条件下,对中型坦克或卡车侧面目标的识别距离可达到1 400 m。     

一种基于光纤阵列的高速电光开关系统

提出了一种基于光纤阵列的新型电光开关,设计了高速电光选通电路.经实验测得,高压选通电路可获得电压幅度6 000 V可调,前、后沿小于30 ns,触发晃动小于1 ns,脉冲宽度为100 ns可调的高压矩形脉冲.用小口径电光晶体实现了大的通光口径、快的开关速度的惯性约束核聚变驱动系统光开关.选出了在100 ns标称开关速度内所关心的光信息,满足了惯性约束核聚变驱动系统中大的通光口径和均匀性的要求.     

Development of a laser-based fluorescence microscope with subnanosecond time resolution

This report describes the development of a fluorescence microscope based on a standard inverted optical microscope which incorporates a pulsed picosecond dye laser excitation source and a detector consisting of a gated image intensifier coupled to a CCD camera. Fluorescence images have been obtained using gate durations of 0.5 ns from this apparatus, representing a reduction in gate duration of an order of magnitude compared with similar instruments reported by others recently. Subnanosecond gated fluorescence images of V79-4 Chinese hamster lung fibroblasts stained with a phthalocyanine photosensitizer used in photodynamic therapy are presented. The results of these measurements are discussed in terms of the intracellular distribution of the sensitizer. Other potential applications and limitations of this technique are also outlined.     

Photon-counting laser ranging with InGaAs/InP avalanche photodiode in the passively quenched and 1-GHz sinusoidally gated

We experimentally studied photon-counting laser ranging at 1550 nm using InGaAs/InP avalanche photodiode based single-photon detectors (SPDs). The SPDs operated in the passive quenching and 1-GHz sinusoidal gating Geiger modes, corresponding to continuous and quasi-continuous photon-counting ranging, respectively. Despite that the passively quenched SPD provided relatively high effective detection efficiency, quasi-continuous photon-counting ranging excelled the continuous one with fast acquisition speed and improved depth resolution due to the short deadtime and low timing jitter of the SPD in 1-GHz sinusoidally gated mode.     

主动成像系统距离选通实验方案设计

 距离选通技术是克服大气后向散射，提高主动成像系统信噪比的有效方法。分析了距离选通的技术要求，分别使用电源调制和机械调制的方法获得了适合用于主动成像系统脉冲光源,并进行了距离选通实验，机械调制方法适用于大功率连续半导体激光器。使用氙灯泵浦YAG激光器实现了对675 m和1 509 m距离目标的主动成像，详细分析了几种方案的利弊并提出了改进方法。