通常，高速相機在人們眼中都是主要應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，畢竟大家把高速相機習(xí)慣性地與工業(yè)相機畫“＝”，但實際上，高速相機的應(yīng)用不僅僅是工業(yè)領(lǐng)域，在科研領(lǐng)域，也有著舉足輕重的地位。

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近期，北京大學(xué)計算機科學(xué)技術(shù)系教授、北京智源人工智能研究院院長黃鐵軍團隊的“超高速脈沖相機”項目，刷爆科研圈。

其作為“學(xué)科交叉促進重大原始創(chuàng)新”成果，不論是在學(xué)術(shù)界還是在科研界，都有著里程碑式的重要意義。

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為什么“超”高速相機這么備受關(guān)注？

由于傳統(tǒng)的照相機在拍照時，存在曝光時間兩難問題。要想增加圖像的細節(jié)層次、動態(tài)范圍，則相機必須增加曝光時間，而要抓拍高速運動的物體、場景，又要減小曝光時間。顯然，普通數(shù)碼相機已經(jīng)不能滿足“瞬間視覺”的需要。

比如想研究一些快速物體運動現(xiàn)象，比如想驗證無人駕駛時汽車突發(fā)狀況的載人效果、粒子運動效果、電場對氣泡沸騰影像、飛行器的研究等，傳統(tǒng)相機、最先進的數(shù)碼相機，目前都無法滿足這一要求。

它們或許可以錄制視頻、拍攝瞬間照片，但是如果想要放慢速度觀看科研要求的細微細節(jié)，它們都無法實現(xiàn)，因為這些相機只能把人眼能看到的記錄下，但人眼無法實現(xiàn)瞬間動作的細微觀察記憶。

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但高速相機、超高速相機就不同了。尤其超高速相機，它是從視覺表示模型層面顛覆了圖像和視頻概念。

在《中國科學(xué)報》的報道中，根據(jù)黃鐵軍先生的介紹，在超高速脈沖相機中，圖像的每個像素獨立工作，將物體反射的高速光子流轉(zhuǎn)換成高速比特流，完整記錄了光的變化過程，從而徹底打破了化學(xué)時代形成的視頻概念藩籬，從而實現(xiàn)追光逐電，重構(gòu)出高速連續(xù)影像，是真正的“數(shù)字相機”。

也就是說，通過超高速脈沖視覺芯片，我們可以實現(xiàn)超高速連續(xù)成像和目標(biāo)跟蹤識別，進而推動生命醫(yī)學(xué)尤其是腦科學(xué)方面的研究進展。相信在不久的將來，超高速視覺會應(yīng)用到更多醫(yī)學(xué)即科研領(lǐng)域。

既然高速相機在科研界這么受關(guān)注，那它都可以那些科研工作中使用到呢？

高速相機小課堂

科學(xué)實驗中的應(yīng)用

高速相機在科研方面的應(yīng)用主要表現(xiàn)在：材料測試、燃燒、生物力學(xué)、裂紋擴展、流體動力學(xué)、振動、噴霧和噴霧等分析。為了滿足高校實驗室、研究所及科研的實驗分析，需要用到超高分辨率高速攝像機的記錄，能將高速運動現(xiàn)象的發(fā)生、發(fā)展和運動規(guī)律等清晰成像。

01

液化石油氣試驗是高速相機應(yīng)用的一個小領(lǐng)域，在實驗室設(shè)置特定的爆炸試驗裝置，采用高速相機記錄爆炸的動態(tài)過程，分析其中關(guān)系。為研究液化石油氣體積分數(shù)與點火能的關(guān)系以及爆炸火焰的傳播過程，在實驗室應(yīng)用特質(zhì)的爆炸試驗裝置，采用調(diào)節(jié)節(jié)點火能和液化石油氣體積分數(shù)的方法，進行一系列爆炸試驗，并使用高速攝像機記錄爆炸的動態(tài)全過程。

02

超控泡形態(tài)特征研究便屬于其中一個方面，為研究超控泡形態(tài)特性，借助高速攝像機記錄子彈射入水中的運動過程。采用高速射彈方法實驗研究了子彈入射水中及表面活性劑減阻劑水溶液中產(chǎn)生的超空泡形態(tài)特性，同時用高速攝像機記錄子彈的運動過程及產(chǎn)生的超空泡形態(tài)。

03

流體力學(xué)中的湍流、流體的流速、流場、氣泡、沸騰、兩相流等運動規(guī)律的觀察和分析更是少不了高速攝像機的參與。如用高速攝像拍攝的石頭進入水中一剎那的細節(jié)。通過高速攝像機影像，研究人員能夠了解石頭水下的受力情況，并通過流體動力學(xué)，分析出為何石頭能在水面上連續(xù)多次漂浮。