利用高速摄影测量水下物体的运动速度

　　0引言

　　水下运动物体，特别是水下高速运动物体的速度测量历来是一项比较困难的工作。近来采用水下光学成像方法，可以实现对水下高速直线运动物体进行速度测量。这种方法是采用水下高速摄影机和水下照明灯，拍摄水下高速运动物体的水下图像，对拍摄的图像进行分析，通过计算可以得到水下运动物体的速度。用水下高速摄影方法测量水下物体运动速度具有比较高的测量精度，特别是当水下物体运动速度较高，在其它常规测量方法失效或测量误差较大的情况下，水下高速摄影测量是一种非常实用和可靠的水下速度测量方法。

　　1.测量系统的组成

　　高速摄影测量水下运动物体速度所采用的主要设备包括:水下高速摄影机、水下照明灯、控制设备、计算机等。测量系统的组成如图l所示。

　　进行水下高速摄影速度测量工作，首先要将水下高速摄影机和水下照明灯布设到水下，保持水下高速摄影机的拍摄方向与水下物体的运动方向垂直。水下高速摄影机通过水下专用通讯电缆与水面控制设备连接，由控制设备给水一「高速摄影机供电，水F摄影机的深度信号、漏水报警信号等水下状态信号也通过电缆传送给水面控制设备显示。利用计算机设置、调整水下高速摄影机的拍摄参数，水下摄影机拍摄的高速运动图像下载并存储在计算机中。水下照明灯通过动力电缆与水面控制设备连接，由控制设备控制水下照明灯的无闪烁照明过程。

　　2水下图像的拍摄

　　进行水下高速摄影速度测量，水下拍摄是关键过程。为了提高测量的精度，水下高速摄影机的拍摄视角中心线与水下物体的直线运动航迹线必须尽量保持垂直，这就要求水下高速摄影机布设在水下合适的方向和深度上，同时要测量水下高速摄影机到水下物体运动航迹线的距离。进行水下拍摄前，首先点亮水下照明灯，然后将参考目标板放在预定的运动航迹线上，调整镜头的光圈和焦距，使参考目标板在水下高速摄影机上清晰成像。然后按照测量目的和要求在计算机上设置水下高速摄影机的拍摄参数，如图像分辨率、拍摄速率、快门速度等。目前，高速摄影机的最大分辨率一般在1600*1200像素左右，最大分辨率时的拍摄速率一般是每秒儿千幅，最大可以到达100000幅/秒甚至更高，快门速度一般为2us，最高可达10ns，灵敏度可以到达ISO1600(与传统电影胶片相当值)，如果采用像增强技术，灵敏度可以更高。

　　进行水下拍摄时，当水下高速运动物体到达水下高速摄影机的拍摄视场中，要触发水下高速摄影机进行拍摄，为了避免因提前或滞后触发造成目标漏拍，水一下高速摄影机的触发应与水下高速运动物体的发射进行同步。拍摄完成后，计算机将水下高速运动图像下载并存储到硬盘中。