对高速摄像机成像系统性能作浅析

根据维基百科的说法，高速摄像机是那些帧速率超过每秒250帧的相机。然而，从科学的角度来说，这些类型的速度是儿童游戏。即使是便宜的数码相机也经常超过1000帧/秒，而条纹相机的设计速度也达到了1万亿帧/秒。

但是，在大多数实验室中发现的研究激光点火事件、超快速工业生产线装配和加工、化学和生物事件的科学工作人员，甚至车辆碰撞试验的结果是那些互补的金属氧化物半导体或电荷耦合器件相机，其成像速度从几千帧/秒到大约一百万帧/秒。 当然，成像速度与成像分辨率和光照水平密切相关。对高速成像相机不断提高的性能的分析强调了光子学的进步，它允许用户为不断扩大的应用程序冻结时间。

每台摄像机都是一个完整的光电系统，包括光学、光机、探测器、外壳和电子数据存储和控制部件。但一般来说，任何相机的性能参数都是由它的成像传感器决定的，所有其他系统组件都是围绕着它来设计的。

通常，传感器被认为是高速成像应用的上佳选择。与具有有限像素的传感器不同，每个传感器将输入光转换为通过有限数量的输出节点作为模拟信号从芯片发送出去的电压，传感器在传感器芯片中包含放大器和数模转换器，避免了耗电量大、读取速度慢的陷阱片外图像处理。

对于持续时间从几十微秒到几十纳秒的高速事件，如激光诱导的冲击、微爆炸、高速撞击以及其他弹道事件和某些生物过程，专业成像使用多个非常高分辨率传感器围绕着一个光分束器。通过以从100帧/秒到10亿帧/秒的任何帧速率顺序触发每个传感器，可以避免由于快速读取传感器数据而带来的限制。

专业成像相机使用增强型传感器，该传感器起到电光快门的作用，栅极时间短至几纳秒，还作为增益级，将短曝光量放大到可记录的水平，该传感器是与微通道管板耦合的光纤。通过使用快速磷光体和线传输型，可以在帧间550ns内从一个ICCD捕获两个帧，基本上创建了一个16帧相机，速度为1450万帧/秒。