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高速摄像机在挂载实验中的应用

VRI公司成立于1992年,主要从事应用于动态捕捉分析的高性能高速数字成像系统,在该领域内具有行业领先的技术实力,是该行业的首席供应商。VRI公司面向全世界用户陆续推出了包括Phantom® v系列在内的40多个系列高速数字摄像机,每一款高速数字摄像机均代表了不同时期高速数字摄像机的最高水平。北京瑞风协同科技股份有限公司作为国内试验信息化的龙头厂商,跟VRI公司强强联合,凭借丰富的试验应用和现场经验,共同为客户提供试验测试软硬件整体解决方案

飞机飞行过程中的挂载分离试验是高速机载摄像机的关键应用之一。了解挂载物从飞机上释放后的反应,可以帮助工程师识别任何可能危及飞机和飞行员安全的情况,并帮助他们开发更安全、更准确的交付系统。用飞机挂载高速摄像机来拍摄视频开辟了一个新的分析方法。高速摄像机的使用令工程师能够进行更精确和准确的测量,完成更复杂且很难重复实验的分离过程。

 

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高速摄像机技术在过去几年里不断进步,外形比前代机型更为紧凑,为拍摄画面提供了更高的帧率、更好的分辨率和细节。目前已经有公司引进了新的数字高速成像系统,它可以应用到以前从未想象过的使用环境中,为运动分析提供了一个以前无法获得的新的精度水平。新的高速摄像机技术的其中一个新应用环境就是将摄像机挂载在飞机或无人机上记录实际飞行过程中的挂载分离试验。然而,机载摄像机的应用给工程师们带来了各种各样的挑战,这是他们在选择数字高速成像系统时必须考虑的因素。

当使用高速相机进行挂载分离测试时,最重要的是相机的Hi-g使用条件。Vision Research新推出的Phantom®Miro™机载摄像机在飞机加速至40g的情况下仍能正常工作,确保摄像机在如此极端的环境下拍摄时仍然能够提供出色的图像细节。当使用高速数码相机挂载在飞行器上时,高振动也是一个重要考虑因素。稳定的支撑条件是记录可用的高速图像的基础之一,为了确保高速数码相机能稳定地固定在飞机的机身或机翼上,工程师们需要将安装选项考虑到高速摄像机的外形设计上。Phantom Miro机载相机就是一个这样的例子,机身与安装板之间采用标准¼-20英尺安装孔且Miro系列还提供镜头安装孔,以支持额外法兰来安装Hi-g和防震级别镜头。

触发方面的适应性,也是优先考虑事项。根据分析内容的不同,工程师可能希望在投弹之前或之后开始记录存储的高速视频,不同时间的高速视频可以用来分析释放机构的性能或翼装导弹的点火顺序。这一切都需要通过数字高速摄像机的可变触发系统的来实现。

如果使用多个摄像机同步拍摄并共同用于任务后分析,最重要的是所有摄像机都要保持一个公共时基。如果可以在飞机上使用IRIG-B时序,可以以IRIG-B作为一个共同的时间参考。Miro系列机载摄像机能够将每个帧与该参考时间同步。

当摄像机开机时, Phantom Miro的触发系统就会自动设置相机开始记录图像,这些图像存储在一个循环缓冲区(RAM)中。然后,工程师可以选择手动配置触发器,让摄像机可以在设置Trigger触发时间位置之前或之后开始/停止记录可选择的帧数。记录完成的图像将被直接发送到Miro机载相机的内部存储器中,即自动转移到相机的非易失性压缩闪存卡上进行安全存储。在理想的测试条件下,可以在一次飞行中设置多个挂载实验及各个实验触发方式,因为相机在将拍摄视频自动保存到内置存储器后,是可以自动重新开始下一个拍摄实验的。

 

 

Miro机载系统可以用来取代老旧的基于胶片的成像系统。它使用的是标准的飞机电源(28VDC),且可以使用胶片相机的“触发电压”(0V - 28V)作为触发信号。为了验证正确的摄像机设置,并在事件发生后可以立即查看视频记录,摄像机的机身上有视频输出接口可以直接连接到屏幕上观看(如果飞机上有的话)。

照明条件也是使用高速摄像机进行挂载分离测试时需要考虑到的最具挑战性的因素之一。机载相机必须能够在多种条件下工作,并且在各种背景下对实验目标进行拍摄。摄像机在机翼下存放时可能会处于阴影中,但是挂载物分离后可能会进入明亮的阳光下。背景的范围可以从蓝天到沙漠,海洋,树木,雪地等等。飞机可能会飞过云层或在云层下飞行并返回到明亮的阳光下。现如今,高速相机传感器技术的进步极大地提高了相机光敏度,并且具备了机载条件下、无法控制的照明环境中正常拍摄的能力。高速数码相机的成像传感器技术以及包括像素深度和ISO等级在内的关键规格都对摄像机的整体光敏性有所贡献。12位的像素深度将每个像素量化为12位数字信息的能力,以及选择和查看这些数位的能力,使Miro系列相机能够从因阴影或因为阴影而曝光不足的黑暗区域中提取细节。

 

 

Phantom Miro机载摄像机提供了定制设计的CMOS传感器,其ISO 12232等级为10000(单色,C320系列),并且更进一步,提供了一种称为“EDR极限动态范围”的功能。极高的动态范围是一种有价值的故障保险,是Vision Research公司数字高速成像系统所独有的技术,它是一种在单个采集帧中具有两种曝光时间设置的技术。该技术基于在1次选定的曝光时间中,使用当前像素的灰度来检测哪些像素可能曝光过度,然后,在单帧曝光期间,这些像素将被重置并重新曝光较短的时间。这样可以在一帧中进行两次曝光,对于大部分图像而言,如果使用较长的曝光时间,可以在黑暗区域中看到细节;如果曝光时间较短,可以防止较亮区域过度曝光。这项技术使工程师可以观测到更多挂载分离的已记录图像区域中过亮或过爆的细节,结合自动曝光来补偿相机因为在阴影和阳光之间的移动产生的亮度差,更容易获得正确曝光的图像。

试验的挂载分离部分只是完整试验分析中的一小部分。当飞机回到地面后,可以通过从相机中拔出存储卡或通过以太网下载来获得存储在非易失性CFlash卡上的相机数据。然后,通过运动分析软件来调用来自摄像机的数据对任务进行定量分析。

 

Phantom C320系列介绍

Phantom Miro C320JC320提供3GPX/秒的吞吐量,在1920 x 1080分辨率下最大帧速率为1480帧,。C320系列体积小,坚固耐用,与Miro C210JC210有着相同的外形,这使得它们更适用于碰撞测试操作和挂载试验。经过测试,这款相机能够承受170G的冲击和24G的震动,还配有内部备用电池和CFast闪存卡,以确保捕捉并保存关键的测试图像。

 

主要特征:

2 Mpx传感器

1920 x 1080分辨率

高灵敏度

170G冲击测试

内置电池

128GB CFast闪存卡

HD-SDI视频接口

 

   

 

更多关于Vision Research公司高速摄像机的信息,或了解高速摄像应用方面的应用,请联系瑞风协同。

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