二次序列闪光高速照相系统研究
0 引 言
在现代靶道测量中,为了研究弹道弹丸的初始弹道规律,需用多个照相站测试弹丸出炮口后的三到五个章动周期范围内运动情况,而一个章动周期至少需要四个测试点才能建模处理出章动曲线,这样需要12至20个照相站来完成初始弹道弹丸运动规律的测量[1]。而对于章动周期较小的小口径弹站比较困难。如果在一个照相站内可以对弹丸两次或者多次成像,并可以减少照相站的数量。采用在一个相机内利用两次激光闪光照相的技术在粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry (PIV))中应用较多[2,3],此技术主要应用于液体或者气体流场速度测量,测速范围较低。在靶道测试的技术中,采用在一个相机内利用两次激光闪光照相的技术在1998年见报道[4],该系统采用阴影照相技术,在一帧图像中获取二次成像信息,由于采用的是单CCD相机结构,系统得到的测量信息较少。课题组结合传统的阴影照相系统[5]及二次闪光照相思想,研制了由两个高分辨率CCD相机、二次序列闪光超短脉冲激光光源、时序控制器、启动触发靶等构成二次序列闪光正交高分辨率CCD照相系统。利用该系统实现了在一个照相站内对高速运动物体两次成像,图像清晰。结合图像处理技术,可解算出待测目标的各项运动参数。本技术已成功地应用于多个项目的弹道测量,为弹道测量技术提供了新的技术手段,有广阔的应用前景。
1 系统原理与方法
1.1 二次序列闪光高速照相系统
二次序列闪光高速照相系统原理图如图1所示。
当运动物体触及触发启动靶时,产生一个触发信号,启动相机控制器中的时序控制电路。时序控制器中有三路延时控制输出:第一路延时输出控制激光器的第一次闪光时间;第二路延时输出控制高分辨率CCD相机启动照相时间;第三路延时输出控制激光器第二次闪光时间。经过时序控制器第一路输出设置延时时间后,时序控制器向激光器发出第一次闪光触发信号,经过激光器的固有延时后,激光器第一次闪光。激光束经过五五分光后,再由两根导光光纤束将两束激光分别导入两个发散镜,照明运动物体。经过时序控制器第二路输出设置延时时间后,延时控制器向两高分辨率CCD相机发出触发信号,使两个照相机同时处于照相状态。经过时序控制器第三路输出设置延时时间后,时序控制器向激光器发出第二次闪光触发信号,经过激光器的固有延时后,激光器第二次闪光。高分辨率CCD相机的曝光时间设置应足够长,保证两次闪光时相机都处于照相状态。在高分辨率CCD相机照相过程中由于出现了两次闪光,故在一张照片上能得到在运动物体在两次闪光时刻的图像。照相结束后,两个相机将运动物体阴影图像经网线传输至相机控制器,用于进一步的对运动物体的运动姿态、速度等参量进行分析。
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