淺談高速攝影的照明測試及分析

吳涵

摘要：攝影可以分為很多種，其中在高速率拍攝時對高速攝影機的照明要求非常高，照明燈的供電系統必須采用直流供電，用以保證圖像拍攝出來的質量，同時需要為目標提供足夠的照明強度。為保證圖像的清晰明亮，高速攝影機需要大光圈的鏡頭。本文主要試用在不同的照明、電源、鏡頭、參數等環境下，對高速攝影機進行水下應用的測試，不僅取得最新實驗測試數據，還為水下照明燈的設計構造提供了基礎要素。

關鍵詞：高速攝影機;照明燈;測試

隨著時代的發展，經濟文化的進步，人們生活水平逐漸提高的同時電子技術、高速攝影技術同樣在不斷的進步。隨之對高速運動分析的市場需求也越來越多，高速攝影技術的應用也越來越廣泛。高速攝影在許多領域當中已經成為了一種至關重要的技術測試手段，包括汽車碰撞試驗、科研試驗、體育運動等。除此之外，高速攝影在水下科研試驗、水下監視等領域也逐漸投入到應用當中。

在水下進行高速攝影時，常常會因為拍攝過程中的拍攝速率過高、快門速度過快、現場照明度不足的原因導致拍攝效果不行，尤其是照明強度，因為是在水下進行高速攝影，所以更需要進行照明補充。為了理解使用CMOS圖像傳感器高速攝影機對照明的要求，并且在不同照明條件下，高速攝影機的拍攝效果，和不同拍攝條件下拍攝情況，記錄高速攝影機在不同光照條件下的拍攝效果，對所拍攝出來的圖像質量的優劣進行對照分析，如性能、圖像質量等方面，為水下高速攝影的水下照明燈設計取得重要的實驗數據。

1、測試樣機及測試方法

使用美國Redlake公司CMOS高速攝影機HG-100K作為測試樣機，其感光靈敏度相當于ISO400攝影膠片，拍攝圖像為彩色圖像，最大分辨率為1504*1128像素，拍攝速率滿幅可達到1000幀秒，最大拍攝速率可達20000幀秒。在正式進行測試時，準備一個專用電源進行供電，將高速攝影機設置在一個三腳架上固定住。測試過程采用三個鏡頭拍攝，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，其發光強度是2800cd，色溫是3000K。采用交流和直流方式為照明燈電源進行供電，交流電源采用市電，由變壓器轉換成l2V供電照明燈。直流供電方式也采用市電，通過變壓器進入12V后，對照明燈進行整流供電。

2、測試框圖

高速攝影機照明測試框圖如圖1所示。

3、測試結果

為避免雜散光的干擾，所有試驗均在夜間進行。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對高速攝影機拍攝目標進行拍攝，得到了幾組測試數據見表1。

4、效果分析

4.1電源

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

4.2照明燈

測試中采用的12V/100W鹵燈，其發光強度、色溫、圖像色彩均正常，從表1可以看出當照明燈距離目標距離越近，目標的照明強度越大，且采用多燈照明比單燈照明的照明強度大。

4.3鏡頭

測試共使用3個鏡頭，每個鏡頭的特性參數直接影響到拍攝時的效果，從表1數據中可以看出。Nikon 50mm f/1.2鏡頭光圈大，對照明燈的照明強度要求是三個鏡頭中最低的，這樣可以進行高速拍攝，在大多數情況下，拍攝的圖像是明亮和清晰的，但在大光圈的情況下，目標景深很小。Nikon 24mm f/2 鏡頭光圈也比較大，對照明燈強度要求一般，可以進行較高速拍攝，拍攝圖像是比較明亮和清晰的，因為光圈較大，目標深景較小。Nikon Zoom 70-210mm f/4.5-5.6鏡頭光圈比較小，對照明燈強度要求高，只能進行一般速率拍攝，因為光圈較小，目標深景大一些，拍色圖像很暗。在其他方面3個鏡頭效果差別不大。

5、測試結論

通過以上多項測試，進行比對分析后可以得出以下結論：1、采用交流供電方式進行拍攝會出現閃爍現象，直流供電拍攝不會出現閃爍現象;2、高速攝影機對照明要求高，在水下進行拍攝應采用多燈照明;3、鏡頭應采用光圈大的鏡頭拍攝，拍攝圖像清晰，對照明要求較低;4、快門速率和拍攝速率是高速攝影機最敏感的參數，高速率拍攝情況下，圖像偏暗。

結論：

在本次測試中，為掌握高速攝影機的性能，以及對鏡頭、照明燈的要求，采用不同的電源、鏡頭、拍攝參數進行拍攝。經過測試表明，高速攝影機對于照明的要求很高，不僅要控制拍攝速率與快門時間，還要為目標提供足夠的照明強度，同時采用直流供電，保證拍攝圖像不閃爍。鏡頭應采用光圈大的鏡頭拍攝，保證圖像清晰。經過本次水下測試，為今后高速攝影機的水下應用取得了寶貴的測試數據和寶貴經驗。

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