淺談高速攝影的照明測(cè)試及分析

吳涵

摘要：攝影可以分為很多種，其中在高速率拍攝時(shí)對(duì)高速攝影機(jī)的照明要求非常高，照明燈的供電系統(tǒng)必須采用直流供電，用以保證圖像拍攝出來(lái)的質(zhì)量，同時(shí)需要為目標(biāo)提供足夠的照明強(qiáng)度。為保證圖像的清晰明亮，高速攝影機(jī)需要大光圈的鏡頭。本文主要試用在不同的照明、電源、鏡頭、參數(shù)等環(huán)境下，對(duì)高速攝影機(jī)進(jìn)行水下應(yīng)用的測(cè)試，不僅取得最新實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，還為水下照明燈的設(shè)計(jì)構(gòu)造提供了基礎(chǔ)要素。

關(guān)鍵詞：高速攝影機(jī);照明燈;測(cè)試

隨著時(shí)代的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)文化的進(jìn)步，人們生活水平逐漸提高的同時(shí)電子技術(shù)、高速攝影技術(shù)同樣在不斷的進(jìn)步。隨之對(duì)高速運(yùn)動(dòng)分析的市場(chǎng)需求也越來(lái)越多，高速攝影技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。高速攝影在許多領(lǐng)域當(dāng)中已經(jīng)成為了一種至關(guān)重要的技術(shù)測(cè)試手段，包括汽車碰撞試驗(yàn)、科研試驗(yàn)、體育運(yùn)動(dòng)等。除此之外，高速攝影在水下科研試驗(yàn)、水下監(jiān)視等領(lǐng)域也逐漸投入到應(yīng)用當(dāng)中。

在水下進(jìn)行高速攝影時(shí)，常常會(huì)因?yàn)榕臄z過程中的拍攝速率過高、快門速度過快、現(xiàn)場(chǎng)照明度不足的原因?qū)е屡臄z效果不行，尤其是照明強(qiáng)度，因?yàn)槭窃谒逻M(jìn)行高速攝影，所以更需要進(jìn)行照明補(bǔ)充。為了理解使用CMOS圖像傳感器高速攝影機(jī)對(duì)照明的要求，并且在不同照明條件下，高速攝影機(jī)的拍攝效果，和不同拍攝條件下拍攝情況，記錄高速攝影機(jī)在不同光照條件下的拍攝效果，對(duì)所拍攝出來(lái)的圖像質(zhì)量的優(yōu)劣進(jìn)行對(duì)照分析，如性能、圖像質(zhì)量等方面，為水下高速攝影的水下照明燈設(shè)計(jì)取得重要的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1、測(cè)試樣機(jī)及測(cè)試方法

使用美國(guó)Redlake公司CMOS高速攝影機(jī)HG-100K作為測(cè)試樣機(jī)，其感光靈敏度相當(dāng)于ISO400攝影膠片，拍攝圖像為彩色圖像，最大分辨率為1504*1128像素，拍攝速率滿幅可達(dá)到1000幀秒，最大拍攝速率可達(dá)20000幀秒。在正式進(jìn)行測(cè)試時(shí)，準(zhǔn)備一個(gè)專用電源進(jìn)行供電，將高速攝影機(jī)設(shè)置在一個(gè)三腳架上固定住。測(cè)試過程采用三個(gè)鏡頭拍攝，分別是Nikon50mmf/1.2、Nikon24mmf/2、和NikonZoom70-210mmf/4.5-5.6。照明燈采用OSRAM公司的12V/100W的鹵燈，其發(fā)光強(qiáng)度是2800cd，色溫是3000K。采用交流和直流方式為照明燈電源進(jìn)行供電，交流電源采用市電，由變壓器轉(zhuǎn)換成l2V供電照明燈。直流供電方式也采用市電，通過變壓器進(jìn)入12V后，對(duì)照明燈進(jìn)行整流供電。

2、測(cè)試框圖

高速攝影機(jī)照明測(cè)試框圖如圖1所示。

3、測(cè)試結(jié)果

為避免雜散光的干擾，所有試驗(yàn)均在夜間進(jìn)行。采用不同的電源、不同的光照條件、不同的鏡頭和不同的拍攝參數(shù)對(duì)高速攝影機(jī)拍攝目標(biāo)進(jìn)行拍攝，得到了幾組測(cè)試數(shù)據(jù)見表1。

4、效果分析

4.1電源

本次測(cè)試采用交流和直流電源供電照明燈具。從表1所列數(shù)據(jù)可以看出，在其他條件相同的情況下，兩種供電源在目標(biāo)處的照明燈產(chǎn)生的光照強(qiáng)度相差不大。電源電壓與光強(qiáng)強(qiáng)度有著直接性的聯(lián)系，照明燈所形成的光強(qiáng)強(qiáng)度隨著電源電壓的高低而隨之改變。從數(shù)據(jù)中同樣可以看出，照明燈對(duì)高速攝影機(jī)拍攝的圖像影響根據(jù)供電方式的不同也有所變化，采用交流供電方式拍攝出來(lái)的圖像都有閃爍情況出現(xiàn)，而直流供電方式拍攝出來(lái)的圖像就沒有這類情況。

4.2照明燈

測(cè)試中采用的12V/100W鹵燈，其發(fā)光強(qiáng)度、色溫、圖像色彩均正常，從表1可以看出當(dāng)照明燈距離目標(biāo)距離越近，目標(biāo)的照明強(qiáng)度越大，且采用多燈照明比單燈照明的照明強(qiáng)度大。

4.3鏡頭

測(cè)試共使用3個(gè)鏡頭，每個(gè)鏡頭的特性參數(shù)直接影響到拍攝時(shí)的效果，從表1數(shù)據(jù)中可以看出。Nikon 50mm f/1.2鏡頭光圈大，對(duì)照明燈的照明強(qiáng)度要求是三個(gè)鏡頭中最低的，這樣可以進(jìn)行高速拍攝，在大多數(shù)情況下，拍攝的圖像是明亮和清晰的，但在大光圈的情況下，目標(biāo)景深很小。Nikon 24mm f/2 鏡頭光圈也比較大，對(duì)照明燈強(qiáng)度要求一般，可以進(jìn)行較高速拍攝，拍攝圖像是比較明亮和清晰的，因?yàn)楣馊^大，目標(biāo)深景較小。Nikon Zoom 70-210mm f/4.5-5.6鏡頭光圈比較小，對(duì)照明燈強(qiáng)度要求高，只能進(jìn)行一般速率拍攝，因?yàn)楣馊^小，目標(biāo)深景大一些，拍色圖像很暗。在其他方面3個(gè)鏡頭效果差別不大。

5、測(cè)試結(jié)論

通過以上多項(xiàng)測(cè)試，進(jìn)行比對(duì)分析后可以得出以下結(jié)論：1、采用交流供電方式進(jìn)行拍攝會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，直流供電拍攝不會(huì)出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象;2、高速攝影機(jī)對(duì)照明要求高，在水下進(jìn)行拍攝應(yīng)采用多燈照明;3、鏡頭應(yīng)采用光圈大的鏡頭拍攝，拍攝圖像清晰，對(duì)照明要求較低;4、快門速率和拍攝速率是高速攝影機(jī)最敏感的參數(shù)，高速率拍攝情況下，圖像偏暗。

結(jié)論：

在本次測(cè)試中，為掌握高速攝影機(jī)的性能，以及對(duì)鏡頭、照明燈的要求，采用不同的電源、鏡頭、拍攝參數(shù)進(jìn)行拍攝。經(jīng)過測(cè)試表明，高速攝影機(jī)對(duì)于照明的要求很高，不僅要控制拍攝速率與快門時(shí)間，還要為目標(biāo)提供足夠的照明強(qiáng)度，同時(shí)采用直流供電，保證拍攝圖像不閃爍。鏡頭應(yīng)采用光圈大的鏡頭拍攝，保證圖像清晰。經(jīng)過本次水下測(cè)試，為今后高速攝影機(jī)的水下應(yīng)用取得了寶貴的測(cè)試數(shù)據(jù)和寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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