凌云发布高速成像解决方案

众所周知，人眼的时间分辨能力最低为1/24s，而电影的摄影和放映的频率为24幅/s，正是利用这一特点，以不连续的画面串联使人获得连续的感受。但对于许多高速运动的物体或者瞬发现象，受到人眼自身的局限，我们是无法看清其过程的。而高速相机的研究就是为了能够把高速运动的物体的发生、运动规律等记录下来，并以人眼能够分辨的速度展现在人们面前，是一种有效的运动分析记录方式。

现阶段高速相机的发展主要收到一下三方面的制约：

1. 高帧频图像传感器

2. 高数据率接口技术

3. 高速存储技术

高帧频图像传感器

由于单通道输出最大数据率有限，图像传感器要实现高数据率输出，唯一可行的方法是采用多通道输出，一般的面阵CCD相机，为了提高其帧频，最多会采用4通道输出的方法，由于面阵CCD相机最多只能4通道输出，每通道输出数据率一般不超过40MHz，所以在分辨率比较高时，其帧频是无法提高的。CMOS图像传感器在多通道输出方面有CCD无法比拟的优势，其输出通道可以达到数十个，因此高速相机基本上成了CMOS图像传感器的“专利”。

高数据率接口技术

高速成像另一个关键技术是高数据率接口技术，在高速中应用比较多接口的是cameralink和CXP接口。cameralink接口相机技术成熟，配套方案齐全，几乎被所有视觉领域的生产厂商所采用，所以现在的主流高速相机还是以cameralink相机为主，但是cameralink因为带宽影响，越来越不能满足更高分辨率和实时传输数据的要求，在这样的背景下，CXP接口在09年斯图加特视觉展上被Adimec公司推出，CXP是一种新的非对称高速点对点序列通讯标准，可以通过增加线缆数量进行带宽升级。采用CXP的好处是BNC接口方便，易用，传输距离远，线缆柔性高+

高速存储技术

在高速相机领域，一般认为2000帧/秒以下的相机拍摄速度，就可以分辨大多数宏观机械运动。 2000fps以上的认为为高速系统，以亿为单位帧速的，认为是超高速系统。 由于存储受到机器本身及贷款传输速率的限制，针对不同的速度，就需要采用不同的存储方式。

中高速(100~2000fps)

2000fps以下设备，典型系统是高速长时间纪录系统。该系统由一台高速相机、一个采集存储盒、计算机和记录软件4部分组成。 高速相机可以选取目前市面上几乎所有的实时传输接口的高速相机，采集存储设备为加拿大IO 公司的core，他是一个独立于计算机的外设，内置4块固态硬盘，也可以根据需求扩展到16块，单块容量最大1TB，所以他的最大存储容量是16TB。整套系统最大的特点是：(1)体积小、重量轻、集成度高(2)扩展性好。硬盘容量和数量决定存储时间。(4)方便实现多相机同步采集记录。

基于PC端的高速采集系统

高速(2000~亿帧/秒)

针对一些材料变形，微观放电等转瞬即逝的过程观测，2000fps以下的高速相机的帧频已经无法满足需求，针对这类应用，我们提供2000fps以上性能指标的高速相机，由于无法突破传统传输带宽的瓶颈，这一类的相机基本都为一体机。

一体式高速相机自身携带内存，可以将采集的数据直接记录在相机的内存中，这种方法可以有效地绕过传输带宽带来的瓶颈问题，从而进行高速摄像。

德国PCO公司主要生产高分辨率、高灵敏、高速的科学级相机，该公司的相机主要以灵敏度高、读出噪声低、成像质量好为特点，其中的高速相机Dimax系列很好的诠释了这种特性，当相机工作在极高的帧频时，也可以保证相机的噪声很小，成像质量非常好。

型号	Dimax
颜色	黑白/彩色
分辨率	2016×2016	1000×1000（ROI）
帧频	2270fps	7000fps
像元大小	11μm
量子效率	50%
接口	USB2.0/以太网/CameraLink
动态范围	12bit
内存	36GB

超高速(亿帧/秒)

超高速相机具有良好的空间分辨率，同时具有ns级超高时间分辨率，两帧之间的拍摄间隔可达1ns，即拍摄速度高达10亿fps。超高速相机的实现方式是分幅，所以又叫做超高速分幅相机。

光电分幅相机内部由光分件器、像增强器及CCD器件三部分组成。一束光通过光分件器被分成4束光分别进入4路像增强器中，光在进入像增强器后首先进入光电阴极，由光子在光电阴极激发出电子，被激发的电子进入微通道后被级级放大，最后经过放大后的电子入射到萤光屏上激发出光子，有CCD器件进行成像。

德国PCO公司的HSFC相机就是一款光电分幅相机，其参数如下：

型号	PCO HSFC
分辨率	1280×1024
像元大小	6.7μm
制冷方式	半导体制冷风冷
量子效率	50%
动态范围	12bit
曝光时间	3ns~1000s
光谱响应范围	160nm~1300nm
制冷温度	-12℃

应用案例：

主要应用于高速粒子成像测速; 瞬间物理现象; 高速碰撞研究; 显微高速成像;汽车碰撞测试;材料测试;张力测试;显微镜学;气囊膨胀实验;快速流体观测;喷雾成像分析;流体力学;燃料注入;电闸放电;燃烧过程分析;半导体质量控制;自然界和医学上的快速成像研究;弹道学;超慢动作电影剪切;高速生物学现象观测(肌肉收缩);交通控制等等