CCD摄像机在瞬变喷雾可视化中的应用
ccd技术的原理与应用及高清摄像机CCD技术（2017年12月14日）
ccd技术的原理与应用及高清摄像机CCD技术（2017年12月14日）CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。
可以称为CCD图像传感器，也叫图像控制器。
CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号。
CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。
一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。
CCD上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。
CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。
其显著特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。
因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。
CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。
线阵CCD通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。
所需相数由CCD芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。
线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS 电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。
它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像（线阵CCD如右图所示）。
面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。
CCD工作原理CCD的特点1、高解析度（HighResoluTIon）：像点的大小为μm级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。
可视化技术在喷雾燃烧中的应用研究
可视化技术在喷雾燃烧中的应用研究喷雾燃烧是指液体燃料喷雾形成细小液滴后，与氧气在燃烧室内快速反应并放出能量的过程。
喷雾燃烧具有高燃烧效率和低排放特点，被广泛应用于航空、汽车、能源等领域。
然而，由于燃烧过程复杂且无法直接观测，研究喷雾燃烧的内部细节一直是一个难题。
近年来，可视化技术的快速发展和广泛应用为喷雾燃烧的研究提供了新的解决方案。
可视化技术可以通过观察和记录喷雾燃烧过程中的现象和参数，为研究人员提供可靠的实验数据，并帮助他们深入理解喷雾燃烧的机理及特性。
首先，可视化技术可以用来观察和记录喷雾的形态和分布。
通过高速摄影和成像技术，研究人员可以获得喷雾燃烧过程中液滴的形态、大小和分布等重要信息。
这些数据可以用于分析喷雾燃烧在不同条件下的行为，并为改进喷雾系统设计提供参考。
其次，可视化技术可以用来观察和记录燃烧过程中的火焰结构和反应动力学。
通过高分辨率成像和光谱分析，研究人员可以观察到喷雾燃烧过程中火焰的形态和结构，并获取燃烧产物的信息。
这些数据对于研究燃烧机理、优化燃烧过程以及减少污染物排放具有重要意义。
此外，可视化技术还可以用于研究喷雾燃烧过程中的传热和质量传递。
通过利用红外成像技术和烟雾追踪技术，研究人员可以观察到喷雾燃烧过程中的温度分布和热传递情况，并从中获取热流分布和传热系数等关键参数。
这些数据对于研究喷雾燃烧的传热机理和热负荷分布具有重要意义。
此外，可视化技术还可以用于研究喷雾燃烧过程中的湍流和化学反应。
通过利用激光诱导荧光技术和散射技术，研究人员可以观察到喷雾燃烧过程中湍流和化学反应的发展过程，并获取相关参数。
这些数据对于研究喷雾燃烧机理、预测火焰传播速度和控制燃烧过程具有重要意义。
总结起来，可视化技术在喷雾燃烧中的应用研究对于深入理解喷雾燃烧机理、优化燃烧过程以及减少污染物排放具有重要意义。
通过观察和记录喷雾燃烧过程中的现象和参数，研究人员可以获取大量实验数据，并从中分析燃烧机理、改进喷雾系统设计以及控制燃烧过程。
CCD的应用现状及其发展前景
CCD的应用现状及其发展前景摘要：CCD全称为charge coupled Device，译名为电荷耦合器件，是七十年代初发展起来的一种新型的半导体器件。
CCD器件是一种固体化器件(1)体积小、质量轻、功耗低、可靠性高、寿命长：(2)图像畸变小，尺寸重现性好：(3)具有较高的空间分辨力：(4)光敏元间距的几何尺寸准确度高，可获得较高的定位准确度和测量准确度。
经过几十年的不断更新与发展，到目前为止，其应用范围己非常广泛，涉及到航空航天、广播摄像、工业视觉、尺寸测量等众多领域。
关键词：CCD 技术应用发展现状发展前景引言：CCD使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。
CCD由许多感光单位组成，当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
它就像传统相机的底片一样的感光系统，是感应光线的电路装置，你可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子，铺满在光学镜头后方，当光线与图像从镜头透过、投射到CCD表面时，CCD就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。
CCD像素数目越多、单一像素尺寸越大，收集到的图像就会越清晰。
因此，尽管CCD数目并不是决定图像品质的唯一重点，我们仍然可以把它当成相机等级的重要判准之一。
它可以分为线型和面型两种传感器。
线阵CCD获取的信息少，不能处理复杂的图形。
但其处理信息的速度快，后续处理电路简单，易实现实时控制，且价格低廉，因此线阵CCD主要用于产品外部尺寸的非接触检测、控制和分类、产品表面质量评定、自动化及机器人视觉中的精确定位等。
面阵CCD获取的信息量大，能处理复杂的图形，主要用于图象的记录、储存等方面，但其缺点是处理信息的速度慢，且价格高。
ccd应用场景
ccd应用场景CCD（Charge Coupled Device）是一种常用于图像传感器的技术，具有高灵敏度、高分辨率和低噪声的特点。
它在许多领域中都有广泛的应用场景。
本文将从医疗、农业、工业和安防四个方面，介绍CCD的应用场景。
一、医疗领域CCD技术在医疗领域中有着重要的应用。
例如，在医学影像诊断中，CCD传感器可以捕捉X射线或超声波等影像信息，通过数字化处理后，医生可以清晰地观察患者的内部结构，准确地判断疾病的情况。
此外，CCD还可以应用于内窥镜、显微镜等医疗设备中，帮助医生进行病灶检测和手术操作。
二、农业领域CCD技术在农业领域也有着广泛的应用。
例如，农业无人机配备了CCD传感器，可以通过拍摄农田的高清图像，帮助农民判断作物生长情况、测量土壤水分含量、检测病虫害等。
这些信息可以帮助农民制定科学的农业生产计划，提高农作物的产量和质量，减少资源的浪费。
三、工业领域在工业领域，CCD技术被广泛应用于质量检测、自动化生产等方面。
例如，CCD传感器可以用于检测产品的表面缺陷、尺寸偏差等质量问题，提高产品的合格率和生产效率。
此外，CCD还可以用于机器人视觉系统中，实现对工件的精确定位、抓取和组装等自动化操作。
四、安防领域CCD技术在安防领域中也有着重要的应用。
例如，CCD摄像头可以用于监控系统，实时监测公共场所、商业建筑、居民小区等区域的安全情况。
通过CCD摄像头拍摄的图像和视频可以提供给安防人员进行监控和查证。
此外，CCD还可以用于人脸识别、车牌识别等安防技术中，提高安全性和便利性。
总结起来，CCD技术在医疗、农业、工业和安防等领域中都有着重要的应用场景。
随着技术的不断进步，CCD传感器的性能将进一步提升，应用范围也将更加广泛。
相信在不久的将来，CCD技术将在更多的领域中发挥重要作用，为人们的生活带来更多的便利和进步。
CCD成像原理及应用
CCD成像原理及应用CCD（Charge-Coupled Device）成像原理是一种利用半导体材料对光信号进行转换的技术。
它通过将光信号转化为电荷信号，再将电荷信号转化为电流信号，最后将电流信号转化为电压信号，从而实现对光信号的捕捉和处理。
CCD成像原理的主要步骤如下：1.感光：CCD感光元件是由光敏二极管和光电荷转换区组成的。
当光照到感光元件上时，光子的能量会激发出电子。
这些电子会被光电荷转换区吸收并转化为电荷。
2.电荷传输：通过将电荷信号从感光元件逐行传输到垂直传输寄存器，再从垂直传输寄存器逐列传输到水平传输寄存器，最后通过输出端口传出。
3.电荷放大：CCD通过将电荷信号转化为电压信号进行放大。
利用源跟随放大器的原理，将电荷信号放大到可以被后续电路读取的范围。
4.信号读出：CCD通过驱动电路将放大后的信号传输到输出端口，进行数字化处理或者进行模拟信号输出。
1.数码相机：现代数码相机中，CCD作为光电传感器，负责将图像光信号转化为电信号，通过数码电路进行处理，最终生成数字图像。
2.星载遥感：星载遥感卫星利用CCD技术捕捉地面上的图像，对地表进行监测和测量。
其高分辨率和广域性能，可以提供大范围、高精度的地表图像数据。
3.医学影像：CCD技术被广泛应用于医学影像领域，如X射线成像、核磁共振成像等。
CCD的高灵敏度和低噪声性能可以提高诊断效果。
4.工业检测：CCD可以实时捕捉物体表面的微小缺陷，广泛应用于工业品质检测、半导体芯片制造等领域。
5.视频监控：CCD技术被广泛用于安全监控领域，如街道监控、商场监控等。
其高分辨率和快速响应能力可以提供清晰、稳定的图像。
总的来说，CCD成像原理通过光敏二极管将光信号转化为电荷信号，再通过驱动电路将电荷信号传输和处理，最终实现光信号的捕捉和成像。
CCD技术在数码相机、遥感、医学影像、工业检测、视频监控等领域都有着广泛的应用。
CCD的微光应用和红外应用
CCD的微光应用和红外应用
尹白云
【期刊名称】《应用光学》
【年(卷),期】1980(000)001
【摘要】无
【总页数】6页(P45-50)
【作者】尹白云
【作者单位】无
【正文语种】中文
【相关文献】
1.电子倍增CCD微光传感器件性能及其应用分析 [J], 陈闽;杨胜杰
2.微光探测EMCCD在高灵敏度星敏感器中的应用研究 [J], 龚德铸;王立;卢欣
3.微光视觉CCD在卫星云图观测中的应用 [J], 许武军;曾艳;危峻;龚惠兴
D在微光夜视瞄准镜检测系统中的应用 [J], 高有堂;常本康;田思;邱亚峰;乔建良
D在炮兵观察所微光图像采集中的应用 [J], 赵登攀;孙建楠;赵娟;张自发
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电厂ccd火焰监控原理
电厂ccd火焰监控原理随着科技的不断进步，电厂的安全问题越来越受到关注。
为了确保电厂的安全运行，火焰监控系统成为了必不可少的一部分。
其中，CCD火焰监控技术作为一种成熟可靠的监控手段，被广泛应用于电厂的火焰监测中。
CCD火焰监控技术是一种利用CCD摄像头对火焰进行实时监测和分析的技术。
CCD是电荷耦合器件的简称，它是一种能够将光信号转换为电荷信号的器件。
火焰监控系统通过CCD摄像头将火焰的图像传输到监控中心，经过图像处理和分析，实现对火焰的实时监控和报警。
CCD火焰监控系统的原理主要包括图像采集、图像处理和火焰识别三个环节。
首先，CCD摄像头采集到火焰的图像信号，将其转化为数字信号并传输到监控中心。
在图像处理环节，通过对图像进行滤波、增强、分割等处理，提取出火焰的特征信息。
最后，在火焰识别环节，系统利用图像处理得到的特征信息，结合预先建立的火焰模型和算法，对火焰进行识别和分类。
CCD火焰监控系统的核心是图像处理算法。
图像处理算法主要包括滤波算法、边缘检测算法、分割算法和特征提取算法等。
滤波算法用于去除图像中的噪声，提高图像质量；边缘检测算法可以检测出火焰边缘的轮廓，有助于进一步的分析和处理；分割算法可以将图像分割成火焰和背景两部分；特征提取算法可以从图像中提取出火焰的特征信息，如颜色、形状、纹理等。
火焰的识别和分类是CCD火焰监控系统的重要任务。
通过对火焰的特征信息进行分析和比对，可以判断火焰的类型和状态，如火焰的大小、形状、温度等。
根据火焰的类型和状态，可以及时采取相应的措施，防止火灾的发生或扩大。
CCD火焰监控系统的优势在于其实时性和准确性。
由于CCD摄像头可以实时采集火焰图像，并通过图像处理算法对火焰进行实时分析和识别，因此可以实现对火灾的快速响应和处理。
而且，CCD火焰监控系统采用的是数字信号处理技术，可以大大提高火焰识别的准确性和稳定性。
CCD火焰监控技术是一种可靠高效的火焰监控手段，对于电厂的安全运行起着重要的作用。
CCD影像检测原理认识与应用技术
像素阵列
介绍像素阵列的结构和工作原理，以及如何 将光信息转化为数字图像。
数据输出
说明CCD如何将处理后的图像数据输出给计 算机进行进一步分析和处理。
CCD影像检测的应用领域和行业
工业自动化
介绍CCD影像检测在工业自动化中的医学领域中的重要性，如 医学诊断和放射治疗。
讨论图像分析的方法，如边缘检测、
图像处理软件
4
特征提取和形状识别。
介绍常用的图像处理软件，如 OpenCV和Matlab。
CCD影像检测的优势和局限性
1 优势
彩色还原准确，灵敏度高，分辨率较高。
2
实时性好，可与其他设备实现无缝集成。
3 局限性
4
受光线条件影响较大，对暗光和强光敏感。
相机和设备成本较高，对环境要求较高。
安防监控
说明CCD影像检测在安全监控和视频监控系统 中的关键作用。
农业检测
概述CCD影像检测在农业领域中的应用，如农 作物检测和动植物病害预警。
CCD影像检测的主要技术和工具
1
图像采集
介绍图像采集的各种方法，如逐行扫
图像增强
2
描和逐点扫描。
探讨图像增强的技术，如滤波、增强
对比度和调整亮度。
3
图像分析
未来发展趋势及展望
1
更高分辨率
展望CCD影像检测技术的更高分辨率，实现更精准的图像分析。
2
更快处理速度
预测CCD影像检测将实现更快的处理速度，提高工作效率。
3
更广的应用领域
探讨CCD影像检测将在更多行业中得到应用，如智能交通和无人机领域。
总结和重点讲解
总结CCD影像检测的原理、应用和未来发展趋势，并重点介绍影响产业和社会的关键点。
CCD图像传感器的原理及应用
CCD图像传感器的原理及应用摘要：随着科技的迅猛发展，人们希望在生活生产中更多地实现自动化，而在实现自动化的过程中，传感器起着举足轻重的地位。
传感器其实就是人类感官的延伸，因此也叫“电五官”。
而图像传感器就是“电视觉”，本文就图像传感器中的一种——CCD图像传感器的原理及应用做一介绍。
关键字：CCD图像传感器原理应用CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。
光学信号转化为数字信号主要由CCD感光片完成。
CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路，如下图。
镜片和彩色滤镜主要是对接受的光线（即图像）进行一定的预处理，感应电路为CCD传感器的核心，它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。
下面我们介绍一下感应电路的构成，CCD的感应电路是由若干个电荷耦合单元组成，该单元的结构如图所示。
其最小单元是在P型（或N型）硅衬底上生长一层厚度约为120nm的SiO2作为光敏器件，再在SiO2层上依次沉积铝电极而构成MOS的电容式转移器。
将MOS阵列加上输入、输出端，便构成了CCD的感应电路。
当光照射到ＣＣＤ硅片上时，在栅极附近的半导体体内产生电子－空穴对，其多数载流子被栅极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。
当向SiO2表面的电极加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区（势阱），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。
其中的少数载流子（电子）被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包（势阱）电荷转移的控制方法，类似于步进电极的步进控制方式。
也有二相、三相等控制方式之分。
下面以三相控制方式为例说明控制电荷定向转移的过程。
三相控制是每一排像素上有三个金属电极P1,P2,P3,依次施加三个相位不同的脉冲，使得每排电极下电荷包向一侧移动，如下页图。
随着控制脉冲的分配，电荷包从一侧转移到最终端，由输出二极管收集后送给放大器处理，实现电荷移动。
当各排电荷全部移出感应区即扫描完成一幅画面，这些电荷最终以二进制的形式存储或修改。
CCD的功能特性及应用
CCD的功能特性及应用CCD 是一种器件，能够把光学影像转化为数字信号。
CCD 上植入的极小光敏物质称作像素（Pixel）。
一块 CCD 上包含的像素数越多，其提供的画面辨别率也就越高。
CCD 的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。
CCD 上有许多罗列整齐的能感应光芒并将影像改变成数字信号。
经由外部的控制个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。
CCD 广泛应用在数位摄影、天文学尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术如 Lucky imaging。
CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛。
CCD 功能特性CCD 图像可挺直将光学信号转换为数字电信号实现图像的猎取、存储、传输、处理和复现。
其显著特点是：1.体积小分量轻；2.功耗小工作低抗冲击与震惊性能稳定寿命长；3.敏捷度高噪声低动态范围大；4.响应速度快有自扫描功能图像畸变小无残像；5.应用超大规模工艺技术生产像素集成度高尺寸精确商化生产成本低。
因此许多采纳光学办法测量外径的仪器把CCD 器件作为光电接收器。
CCD 从功能上可分为线阵CCD 和面阵CCD 两大类。
线阵CCD 通常将CCD 内部电极分成数组，组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。
所需相数由CCD 芯片内部结构打算结构相异的CCD 可满足不同场合的用法要求。
线阵CCD 有单沟道和双沟道之分其光敏区是MOS 电容或光敏结构生产工艺相对较容易。
它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成特点是处理信息速度快，外围电路容易易实现实时控制，但猎取信息量小不能处理复杂的图像。
面阵CCD 的结构要复杂得多，它由无数光敏区罗列成一个方阵，并以一定的形式衔接成一个器件猎取信息量大，能处理复杂的图像。
CCD 的应用CCD 器件及其应用技术的讨论取得了惊人的发展特殊是在图像传感和非接触测量领域的进展更为快速。
随着CCD 技术和理论的不断进展CCD 技术应用的广度与深度必将越来越大。
CCD 是用法一种高感光度的半导体材料集成，它能够按照照耀在其面上的光芒产生相应的电荷信号在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号这种数字信号经过压缩和程罗列后可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的图像信号，可对被侧物体举行精确的测量、分析。
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红宝石激光器和普通视频摄像机的应用
脉冲红宝石激光器
脉冲红宝石激光器是该测量系统的光源 , 单脉冲激光的能量为 700mJ, 相干长度大于 1m , 时间同步控制精度在 1 s 以内 , 触发方式分为内触发和外触发 , 在燃油喷雾的研究中通常采 用外触发方式。对单脉冲 Q 开关系统而言, 用于振荡和放大的闪光灯必须先于光电开关点 火, 激励红宝石棒工作, 光电开关在主同步脉冲触发后点火。由于红宝石激光器输出激光的脉 冲宽度为 30ns, 而柴油机每次喷雾的持续时间是毫秒量级 , 因此, 可以 冻结 喷雾图像。 值得注意的是, 在实验中要控制好红宝石激光器的光强 , 光强太大会造成 CCD 饱和, 严重 时还会烧坏 CCD 的靶面 , 所以, 在实验中可适当地对激光光强进行衰减。 2 2 图像板的工作原理 图像板是该系统的关键部分, 本系统采用的是 P540 图像板, 它通过不断对摄像机的靶面 场扫描来实现图像的灰度量化与存储, 并将结果显示在监视器上。图像板的工作方式分为内 同步和外同步, 即由自身或摄像机提供的同步信号采集图像。 P540 主要技术参数为: 图像采 集速度: 25 帧 / s; A/ D, D/ A 转换 : 100MHz, 8bit; 扫描制式 : 625 行 / 50Hz 或 525 行/ 10H z; 存储 容量 : 512 512 8bit 图像一帧 ; 输出查找表: 3 256 8bit。 2 3 微机同步控制系统 实时采集高速运动喷雾的图像时, 必须保证脉冲激光器和计算机图像处理系统按规定的 时序同步工作, 为此 , 作者设计了一套由微机控制的同步装置。其特点是: 时间响应快、 工作可
第 23 卷
第5期
激
光
技
术
Vol. 23, No. 5 October, 1999
1999 年 10 月
LASER T ECH NOL OGY
CCD 摄像机在瞬变喷雾可视化中的应用
王德忠 黄 震 童澄教 大圣泰弘 ( 上海交通大学动力与能源工程学院 , 上海 , 200030) 摘要 : 结合作者近年来在早 稻田大学和上海交通大学的研究工作 , 介绍了高速 CCD 摄像机在 柴油机喷雾测试中的应用。重点论述了利用红宝 石激光器 和 CCD( 电荷耦 合器件 ) 视 频摄像机 的 特点实时采集瞬变燃油喷雾图像的技术 , 并讨论 了其中的关键问题。 关键词 : 红宝石激光器 CCD 摄像机 柴油机喷雾 实时采集图像
3
高速视频摄像机的应用
CCD 成像技术在 90 年代以 来得到了飞速的发展。而
高速 CCD 摄像机则是近几年在 CCD 研究基础上发展起来
Fig. 2
Im pinging spray grabbed by
的高速连续采集图像的器件。它将 CCD 记录下来的图像以 CCD video camera 极高的速度一帧一帧地存储于内存中, 然后再将内存中的图像通过视频设备转换到录像带或 其它存 储 设 备 中。 作者 采 用 FAST CAM - ult ima 高 速 摄 像 机 对 柴 油 机喷 雾 进 行 了 研 究。 F AST CAM - ultima 是一种较新型的高速摄像机, 它采集图像的速度从 30 幅 / s 到 40500 幅/ s 不 等。记录图像的时间为 0 40s 到 2 02s。随着采集图像速度的不同, 采集图像的大小也不同。 比如 , 以 4500 幅 / s 的速度采集图像时 , 采到图像大小为 256 256; 而以 40500 幅 / s 的速度采 集图像时, 采到图像的大小为 64 64, 使图像的空间分辨率降低。高速摄影技术则不存在此 类问题, 不管拍摄速度如何变化, 底片的分辨率都很高且保持不变。 柴油机喷雾是一个周期性的循环过程, 每个循环的喷雾持续期有几个毫秒。燃油喷雾是 将燃油在高压下通过喷嘴喷射后形成的 , 其速度达到每秒几百米。针对柴油机喷雾的这一特 点, 在试验中根据具体要求来设定摄像机采集喷雾图像的速度。选择高速度可以更好地得到 冻结 图像的效果, 但要降低一些分辨率。高速摄像机可以在燃油喷射开始前启动 , 因为它比
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激
光
技
术
1999 年 10 月
靠、 同步精度高 ( <
1 s) , 延时时间可通过编程控制。
我们的研究工作是在 135 柴油机上进行的。由于柴油机喷雾是周期性的瞬变过程, 因此 , 探测其喷雾的初始信号对实时采集喷雾图像至关重要。采用切光方式, 即在喷雾开始前 , 用一 束 He - Ne 激光穿过喷嘴出口照射到一个高灵敏度的光敏器件上 , 喷雾开始时, 该光信号被切 断, 光敏器件立刻产生一响应电信号, 以此作为同步装置的触发信号。 同步装置得到初始信号后 , 经过延时到预定的时刻分别触发脉冲激光器和计算机图像处 理系统。光信号在 CCD 摄像机靶面上有一短暂的停留 图板 , 时序控制过程如图 1 所示。 由于脉冲激光器有自己的电源系统 , 在测量时 , 为 避免激光器和计算机系统的电源相互干扰 , 我们采用 T IL 113 光电隔离器作为同步电路与激光器电路的耦 合, 这样, 激光器与计算机之间没有电信号联系 , 只有 光信号联系, 增加了控制系统的抗干扰能力。 2 4 实验结果 在应用激光 CT 技术测量柴油机喷雾浓度分布和
日本早稻田大学教授 Prof essor of Waseda U niversit y
[ 1, 2]
第 23 卷
第 5期
王德忠
CCD 摄像机在 瞬变喷雾可视化中的应用
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CCD 特性的研究
CCD 是 70 年代初发展起来的新型半导体器件。近年来 , 随着微电子技术的进步 , CCD 的 研究取得惊人的进展。目前, 它已成为现代测试技术中最活跃、 最富有成果的新兴领域之一 , 尤其在像感器方面发展迅速。 本系统采用 Philips 1101CCD 摄像机采集图像, 其光敏面由 795 596 个光敏像素组成, 光 谱响应范围在 0. 4~ 1. 1 m, 最低敏感光照度为 0. 02 lx 。因此 , 可在暗光条件下拍到较清晰的 图像。光强信号直接由 CCD 接收 , 并将测得的信号经图像板转换成 8bit 数送至计算机进行处 理。 CCD 摄像机通过连续不断地向图像系统传送图像来实现实时显示图像的特点 , 其传送一 帧图像的速度是 40ms, 每一帧图像都由两场图像组成, 即由奇数场和偶数场组成, 每场采集图 像的时间是 18 4ms, 传送信号的时间是 1 6ms, 通常称之为消隐期。如果以脉冲激光作光源 , 发光期正好落在消隐期上 , 则 CCD 采集不到任何信号。设红宝石激光器发出激光的脉冲宽度 t = 30ns, 则误采率 P = ( t + 1. 6) / 20= 8. 15% , 即采中图像的几率在 90% 以上 , 一般来说 , 误 采率小于 10% 对实验过程影响不大。 此外 , CCD 的不同增益有不同的光强响应特性。在低增益时存在一截止区, 即光强很小 且不能达到光电耦合阈值时, CCD 响应为零。在高增益时, 暗电流被放大, 即使输入光强为 零, CCD 也有较大的本底信号。CCD 的响应信号只有在灰度值为 10~ 220 时, 输出值 E 与光 强 I 之间才有较好的线性关系 , 而且 , 不同的增益系数对应不同的增益曲线, 这些结果对实验 研究具有重要意义。
Fig. 1 T im e serial of synchronization syst em
[ 4]
, 同步装置要在发出激光后 2 s 触发
实现喷雾内部构造可视化时, 作者开发一套喷雾测试系统[ 5] , 并在该测试系统上对 135 柴油机 冲突喷雾进行了试验研究。其中, 柴油机的转速为 750r/ min, 喷嘴的孔径为 0 35mm, 挡板离 喷嘴的距离为 20mm, 环境温度为 26 , 燃油喷射开始后, 在 0 9ms 时刻对喷雾图像进行实时 采集。图 2 给出了经计算机图像处理后的燃油喷雾照片。 由图 2 可以看出 , 在燃油喷雾撞击挡板后 , 燃油与挡板的接触部位燃油浓度较大, 随着离 撞击点距离的增加, 燃油浓度逐渐减弱, 这主要是由于燃油在此有一积累过程造成的。此外 , 燃油撞击挡板后向四周扩散, 在弹起油雾的边缘浓度又有所增大 , 这可能是由于空气的卷吸作 用引起的。
Fig. 3
Diesel spray image brabbed by high speed video camera
引
言
高速运动图像的实时采集技术在燃烧学、 航空动力学等领域的研究中具有重要的意义。 如对高速运动的内燃机喷雾、 航空发动机液体燃料的燃烧、 燃煤锅炉中煤粉颗粒的运动以及子 弹飞行轨迹的研究, 无一不涉及高速运动图像的采集。 传统上常采用高速摄影法 , 即用连续光作光源 , 用高速摄影机将某一运动过程记录到底片 上 。目前, 常用的高速摄影机每秒能拍摄几千张图像 , 更好一些的能达到几万张 , 即以万 分之一秒的速度拍摄 , 但成本很高。 另一种是采用单脉冲或多脉冲红宝石激光器作光源, 将高速运动图像记录至底片 [ 3] 。上 述两种方法的共同特点是先将信息记录到底片上 , 然后通过对底片的处理和分析得到所需结 果。每次处理底片的条件不同 , 势必会影响分析的结果 , 而且工作量也较大。 将 CCD 用于燃油喷雾图像的研究 , 实现了喷雾图像的实时采集 , 虽然有较多优点 , 但并不 意味着 CCD 完全可以取代干板记录图像。用干板记录图像的空间分辨率比 CCD 高, 在某些 场合, 比如研究图像的细微结构 , 还必须采用干板记录图像。所以, 高速摄影和激光全息方法 在以往的燃烧和流动测量等科学领域中发挥了巨大的作用 , 在今后仍将发挥其重要作用。 随着微电子和 CCD 视频摄像机的进步 , 使得实时采集高速运动图像技术成为现实 , 近年 来, 其在燃油喷雾研究领域的应用得到了飞速发展。
Visualization of transient spray by means of CCD video camera