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1秒成像100000000幅!这个超级照相机不简单……
爱因斯坦 2018-03-21
导语

普通照相机帧频一般在30幅/秒左右,而这台“超级照相机”可以达到1亿幅/秒。

3月9日,中国空气动力研究与发展中心的一个实验室里,科研人员正在小心翼翼地把一台精密仪器装箱托运。

现场的仪器研发团队成员、工程师宋强告诉科技日报记者,这台精密仪器,其实是一台“超级照相机”,它即将“出差”开展某试验的超高速瞬态过程测量。

而在4月份,它还要将“出差”重庆海扶医疗科技股份有限公司,在单泡声致发光实验研究中进行使用。

这台被称为“超级照相机”的超高速序列激光阴影成像仪到底有多牛?据该项目负责人、高级工程师谢爱民介绍说,它的帧频达到1亿幅/秒,每幅图像的像素超过1000万。

谢爱民还给记者作了个对比:普通照相机帧频一般在30幅/秒左右,而这台“超级照相机”可以达到1亿幅/秒。

这台我们自主研发成功的超高速序列激光阴影成像仪,现在已经成功被国内多家重点高校、科研机构运用,成为我国航空航天事业和多个学科研究的一把科研利器。”谈起超高速序列激光阴影成像仪,气动中心助理研究员柯发伟非常自豪。

▍来自1亿幅/秒的挑战

上世纪90年代末以来,航天器空间碎片防护设计的需求再一次掀起了世界范围的超高速碰撞研究热潮。

在空间碎片防护试验中,弹丸的飞行速度最高超过7千米每秒,它与航天器试件的碰撞过程通常在百微秒内即完成,可谓瞬息万变。要清晰准确捕捉到间不容瞬的试验现象,必须借助帧频超过数百万幅/秒的成像仪器。

多方筹措经费后,研究团队首先想到从国外购买,但是代理商却告知如此高帧频指标的成像仪属于出口受限产品。“没有别的选择,我们自主研制!”负责超高速碰撞研究的柳森研究员带领团队下定了决心。

由于国内对于这种极高帧频的成像技术纯属空白,从原理性验证到最终仪器的形成,都没有先例可以借鉴。好在团队有着长期的风洞纹影成像测量技术的积累,在此基础上,大家开始了艰辛的探索之路。

高级工程师文雪忠介绍说,当时,国外都采用微通道板技术实现超高速成像中时间和空间的解耦,他们在短时间内无法攻克此技术,于是就另辟蹊径提出了一种“多光源空间分离技术”,实现超高速成像中时间和空间的解耦关系。

从一次试验能够获得两序列图像、四序列图像,再到八序列图像,超高速序列激光阴影成像技术一步步向前推进,原理性装置在超高速碰撞试验中得到成功应用。

2012年,超高速序列成像测试设备被科技部列入国家重大科学仪器开发专项。得益于国家的大力支持,使工程化研制步伐进一步加快。2017年4月27日,该项目通过初步验收。

目前,该项目研发的几型产品已经应用在国内多个超高速研究领域,清晰获得了不同类型超高速变化过程的序列阴影图像,解决了国内众多领域的超高速变化过程测量显示难题,为重大课题的深入研究提供了重要技术支撑。

▍仪器实现产品化,服务国民经济

任何科技成果,如果不能走向“生产线”,再好的技术也发挥不了作用。

研发仪器的负责人黄洁告诉记者,他们积极把研究成果广泛共享,先后把仪器无偿提供给北京理工大学、某军医大学、燕山大学、北京卫星环境工程研究所等重点高校 和科研院所使用,解决了在超高速研究中过去无法解决的难题。现在,这台“超级照相机”已经在多个学科领域成功运用,效果很好。

据使用过该仪器的用户反馈说,气动中心研发的超高速序列激光阴影成像仪,在成像高分辨率、消除测试区域自发光等方面明显优于国外同类产品。

目前,超高速序列激光阴影成像仪已经实现产品化,这不仅填补了国内在该技术领域的空白,更是打破了国外的技术封锁。

而如何尽快让仪器由产品化走向产业化,成为了气动中心相关研发人员的下一个目标,他们也期盼着超高速序列激光阴影成像仪能够在更多的研究领域发挥更多作用。

(本文来源:科技日报;)

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  • 超级照相机
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作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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