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视觉系统

2016-04-06

EP-MCS1100高速记录系统

EP-MCS1100高速摄像系统属于巨点科技基于MotionCaptureSystem系列高速产品开发的支持Cameralink、GigEVision、USB3.0多种接口高速相机的高速实时记录系统,支持单台或多台高速相机同时显示和操作,在满足使用分辨率,达每秒1100帧。主要功能:单台或多台摄像机连接,多相机同时显示,摄像机图像数据同步记录到硬盘,多种回放方式,支持大多数高速摄像机,记录时文件自动命名,多种触发方式,满足常见的高速成像应用和高速运动物体拍摄

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高速高分辨率成像实现了风洞测量

      在航空航天、汽车设计制造工业领域,在风洞中利用电脑技术进行实际空气动力学测试,就免不了使用高速相机,经过高分辨率、高速拍摄后的优化图像和图像分析实现了实时测量,风洞测量的耗资极其巨大, 极少能承担得起费用。我们利用德国AVT Bonito配合一套我们自由研发的高速存储系统,采用4百万像素的Global Shutter CMOS传感器,并凭借它的2  x 10-tap Camera Link  Full接口能每秒传输近400幅全分辨率图像,用来进行高清图像的实时分析,就为客户高分辨率和高速的成像,以及采用粒子图像测速评估复杂的气流流动提供了一个解决方案。

      风洞测量主要的应用领域是测试对象在飞行过程中受流速影响时分析它的振动、扭转和振荡情况或用来测量对象周围的气流和紊流情况。利用高速相机在极短的时间间隔内检测即使是最微小的变化,并同时拍摄高频振荡的图像。
    
      鉴于大多数时间都用在准备试验以及随后的数据处理上,数据处理时间的效率非常低,根据数据量和计算能力的不同,整个数据处理过程可能会花上数小时,测量时间必须高效利用,为了避免占用时间,图像数据通常先保存,等到以后再分析(比如一夜之后)。如果数据出于不知什么原因不能进行评估了,人们就必须重复整个测量过程。使用小型高速相机构成的图像分析和流体力学所构成的解决方案,免去了需要花钱请高素质安装人员,同时节约了安装等待的时间,从而节省开支。
用粒子图像测速进行气流分析
      对于空气动力学测量,通常使用所谓的“粒子图像测速(PIV)”方法来测量,PIV能用一台或两台相机分别进行二维或三维的测量。在大多数情况下,人们用特殊的高速成像系统在气流中拍摄这些粒子的图像并通过相关性分析(两张连续图像的相互关联性)计算它们的轨迹。这样,图像分析系统就能精确建立气流和紊流(如机翼或直升机旋翼周围的那些气流和紊流)的模型。在用粒子图像测速来分析紊流或涡流的过程中,关键在于以尽可能高的帧速来拍摄气流,并使图像的间隔时间尽可能短。只有这样才能轻易检测到连续图像中相关粒子的位置,并在气流高速运动的情况下保持测量的精准性。如此,系统才能根据粒子位置之间的间隔和图像之间的间隔时间来计算颗粒的方向及其速度。
图像分析分为两步:
第一步,测量同一窗口内的2幅图像的像素位移,第一幅图像窗口边缘的粒子可能在第二幅图像中已经退出窗口。
第二步,分析窗口中的总体位移趋势,决定的矢量方向移位,窗口内图像移位的像素值。
计算图像中气流矢量,粒子的路径和速度。粒子的“坐标”和计算出的矢量可以不用图像数据就存储起来。从而大大减少了数据量。越多的测量是在一个随时间推移而出现不可预测的改变并且不稳定的气流上进行的,因此系统是否能更快地生成PIV图像十分重要。这也称为“时间解析PIV”。
      Bonito相机借助2 x 10-tap Camera Link Full+接口实时传输数据,Allied Vision Technologies的Bonito相机每秒只“仅仅”传输400幅图像,然而在很多情况下,4百万像素的全分辨率甚至不是必需的帧速,在不同的分辨率模式下高达每秒1000多幅,如果是采用一体式高速摄像机,这些相机生成非常庞大的数据量,使它们的接口无法实时传输到电脑主机上,因此需首先存储图像数据到有限的相机内置存储器上,事后再以低速率再传输到电脑上,根据数据量和接口带宽的不同,这将会花上几分钟时间,只有做完这些才能开始进行图像处理。而Bonito相机的最大优势是可以利用Bin像素合并以及AOI感兴趣区域功能,通过相应的感兴趣区域提取,相机能取得每秒1000多帧的图像速率,然而Bin像素合并可以大幅提高相机的灵敏度和拍摄速度,这个解决方案是能以这个图像速率实时进行传输和处理——这是巨大的差异,因此Bonito相机还比通常的高速相机更实惠。为了将两张图像的时间间隔最大程度地缩短,图像记录通过一个与相机同步的照明脉冲来确定,取消了电子快门,图像的时间间隔可减少到大约550纳秒,粒子的路径和速度就能更精确地被检测到。
      在风洞中,实时成像技术可节省许多时间与金钱。通过巧妙运用感兴趣区域提取和智能成像分析算法的结合, AVT Bonito相机使PIV实时成像变成现实。

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