[发明专利]用视频法拍摄快速运动物体图象的方法

说明书

本发明涉及拍摄快速运动物体图象的方法，它用视频法获得物体基本保持不动的静物画面。在这种方法中，在预定曝光时间内来自被摄物体的光，经摄象机镜头，传输到光敏图象显示器上，使其屏上产生与被摄物体相应的图象;产生在屏上的图象被读出、转换成电信号;电信号以可变磁场形式记录在视频磁带上，从而使曝光时间短于图象读出和记录所需的时间。

对于快速运动物体，如外观不同的机器部件，飞行物体，或者例如造纸机中的卷筒纸，用肉眼追踪它们的运动是不可能的。要看清快速运动物体的真实运动和物体上的其它现象时，必须把现象和运动放慢，才可能用肉眼观察。人们已经用视频摄象设备进行这方面的工作，以高帧速拍摄物体的图象，再以低帧速重放来观察，据此，物体不同细节之间的各个部分，以及它们彼此间的相对运动都可用肉眼清楚地看到。

在已有设备中，为了分析图象，在电视摄象机图象显示器上的图象，被转换成数字形式并记录在专用的多磁道测量磁带记录器上。其后，在重放时，用专用图象处理器近似地将数字形式的图象转换成与原图象近似对应的图象。首先，这种设备的缺点是，图象是在全部拍摄时间内转换成数据形式，也就是说，例如每分钟运动1000米的卷筒纸上某一点，在画面上移运仅18毫米，实际上，这意味着该设备所用的方法不能提供快速运动物体的精确图象，而不得不由微处理器计算、逼近来得到图象，这不适应研究所需的精度。其次，按照这种方法工作的设备，在帧速为每秒1000画面时，其磁带记录的时间仅半分钟，因此，用这种设备几乎不可能弄清并研究偶然出现的某一毛病。例如，要求弄清卷筒纸中某种撕裂或者类似的偶然事件，就几乎不可能，因为类似的两次毛病之间的时间间隔甚至可能是几天。由于磁带的工作时间不到一分钟，所以，实际上不可能得到上述毛病的图象。第三，按照这种方法工作的设备，体积大，难以搬运，也相当贵。

在另一已有设备中，采用基于显象管的常用视频技术，帧速为每秒200帧。在这种设备中，采用的方法是，先用频闪仪的光照射物体一会儿，光再从物体反射到显象管上，时间约0.1毫秒，其后，由一个单独的机械快门阻止光继续进入显象管。与标准的视频系统相应，显象管上的图象被记录在视频磁带上。使用这种设备时，每秒运动100米的卷筒纸有运动1.8毫米的时间，因此具有典型直径4毫米左右的水滴在画面上是看得见的，但它沿卷筒纸运动方向拉长到1.5倍，这就不符合所需的精度。因为显象管的后期延迟，所以这种设备除了需要曝光外，还需要单独的机械快门，才能获得质量过得去的图象，并记录在视频磁带上。此外，这种设备体积大，难以搬运，也很贵。

本发明的目的是提供用视频法拍摄快速运动物体图象的方法，用本方法可以得到物体的精确图象，而且本方法所用的设备便宜，即使在困难的厂地也容易搬运。根据本发明的方法，上述优点可以实现，其特征在于：

1.图象显示器是一种已有的半导体型图象敏感器，由象矩阵那样排列的许多点探测器构成;

2.利用短曝光时间传输被摄物体的反射光，以形成光脉冲;

3.足够强的光脉冲的强度在曝光时间内基本上是个恒量;

4.所述图象敏感器由所述光脉冲启动，在光脉冲的作用下，点阵探测器进入探测态，该状态在图象敏感器屏上相应产生图象的各个相应点，在光脉冲终止后，这些点探测器仍都保持在它们的探测态;

5.在图象敏感器启动以后，其点阵探测器所示的探测态被真实地读出和记录。

本发明的方法基于使用半导体型图象敏感器的构思，以新的方式应用这种器件的特性。与通常的拍摄措施不同，图象敏感器的点阵探测器作为存储器使用。靠来自物体的极短光脉冲产生强度足够大的以探测态表示的图象，该探测态是以所述的点阵探测器对应于图象敏感器屏上图象的光强;拍摄彩色图象时，对应于特定的每一颜色成分。在短光脉冲终止以后，记录在图象敏感器的点阵探测器里的图象，能以常用的方式和通常的传输速度进入视频磁带记录器，再传送到视频磁带上。首先，本发明的优点是，使用极短光脉冲，例如其脉冲宽度为5微秒;速度为1000米/分的卷筒纸在这5微秒内仅移动0.1毫米，就任何视频系统来说，0.1毫米小于相邻两点之间的分辨率。再者，使用本方法时，即使采用普通的家用视频设备，也能拍摄图象，该设备容易买到，又便宜。

结合下列附图更详细地描述本发明。

图1是本发明的方法所用的设备示意图。

图2概略示出产生顺序画面时，半导体型图象敏感器的某一点阵探测器动作过程。