頻閃燈使用原理

我們現(xiàn)在使用的頻閃燈很可能就具有自動曝光模式。它是怎樣實現(xiàn)自動曝光的呢?說起來，這應(yīng)該是現(xiàn)代電子學(xué)的一個小小奇跡。從本質(zhì)看，自動頻閃裝置的工作原理如下:

在頻閃燈閃光的一瞬間，裝在閃光裝置內(nèi)的光敏元件對被攝物反射回的光線進(jìn)行測量，如圖12.7所示。當(dāng)照射物體的光線足以正常曝光時，該光敏元件即激發(fā)復(fù)雜的電子線路關(guān)閉頻閃燈。被攝物體正常曝光所需的光量越大，閃光的持續(xù)時間越長。

這聽起來非常簡單，但必須在短短的1/50000秒內(nèi)對是否關(guān)閉閃光燈作出決定則并不是那么容易的。例如目前流行的頻閃裝置中，最短的曝光時間恰好是1/50000秒，而最長的曝光時間也只不過是短短的1/1000秒。電子線路必須在這兩個極限時間內(nèi)選擇一個適當(dāng)?shù)臅r間關(guān)閉閃光燈。

使用自動頻閃燈時，我們務(wù)必要仔細(xì)看看裝置后面的撥盤，根據(jù)所用膠片的ASA感光度在撥盤上查出拍攝時應(yīng)該使用的f制光圈。依照查出的數(shù)值設(shè)定好光圈，然后對閃光燈有效范圍之內(nèi)的被攝物進(jìn)行拍攝。閃光燈的使用手冊會詳細(xì)注明它的有效范圍，例如4 ~ 30英尺(大約1.2 ~9米)。

必須要注意的是，這種自動的作用只有在所謂"正常"的情況下才是可靠的。使用這種系統(tǒng)時，我們必須非常明確地理解光敏元件測測量的的對象到底是什么。例如，我們在拍攝白色桌面上一枚小小的暗色硬幣時，光敏元件讀取的是白色桌面反射回來的光線，因此暗色的硬幣會曝光不足。出由這個原因，大數(shù)多自動頻閃裝置都具有手動作用，使我們可以回避其自動作用。

現(xiàn)在，頻閃燈已被廣泛應(yīng)用于軍工、航天、鋼鐵業(yè)、 印刷包裝業(yè)、造紙業(yè)、船舶制造、汽車工業(yè)、輪胎檢測、電機(jī)測試、計量、產(chǎn)品研發(fā)等行業(yè)領(lǐng)域。具體應(yīng)用于:對飛機(jī)引擎的運行、震動進(jìn)行視覺監(jiān)測;鋼材冷軋車間以及薄板鍍層車間，視覺監(jiān)測產(chǎn)品表面缺陷;螺旋槳，渦輪機(jī)及推進(jìn)系統(tǒng)中氣蝕現(xiàn)象的監(jiān)測;紙制品表面質(zhì)量檢測和紙幅成形過程的檢測;印刷包裝生產(chǎn)過程質(zhì)量檢查:如奶包生產(chǎn)的質(zhì)量視覺檢查;葉輪機(jī)的可視檢測;發(fā)動機(jī)研制過程中監(jiān)測噴油性能;尾氣處理裝置的震動頻率分析;輪胎測試;攝像、高速成像以及視頻技術(shù);監(jiān)控電纜的標(biāo)記和捻線機(jī)工作情況;非接觸性轉(zhuǎn)速測量;飲料加工行業(yè)在線產(chǎn)品檢查;帶光導(dǎo)體的頻閃檢測儀的顯微鏡和內(nèi)窺鏡應(yīng)用等。

"電子閃光燈"則用于一般的攝影，它和頻閃燈是有區(qū)別的。電子閃光燈在每次閃光后，必須等待一段時間給電容器充電，才能再次閃光。

由于一般攝影用的電子閃光燈是早期進(jìn)行頻閃放電實驗時取得一項成果，所以"頻閃燈"這個詞就逐漸被普遍地用來代表一切電子閃光燈了。多年不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖褂?，讓大多?shù)攝影者都認(rèn)為"頻閃燈"就是"電子閃光燈"。在本課中，我們遵照習(xí)慣，也將交替地使用"頻閃燈"和"電子閃光燈"兩個詞。因為人們已經(jīng)普遍地接受了這種用法。

頻閃燈的工作原理是根據(jù)設(shè)定的頻率或根據(jù)外觸發(fā)頻率來控制閃光燈的閃爍頻率 ,作為一個完整的系統(tǒng)包括人機(jī)顯示界面、 調(diào)節(jié)和功能選擇按鍵、 閃光控制模塊、 閃光燈供電模塊和外觸發(fā)自動跟蹤模塊等。

頻閃燈本身可以發(fā)出短暫又頻密的閃光，當(dāng)調(diào)節(jié)頻閃燈的閃動頻率,使其與被測物的轉(zhuǎn)動或運動速度同步時,被測物雖然高速運動著,但看上去卻是是靜止畫面,而此時頻閃燈的閃光速度即為被檢測物體轉(zhuǎn)速和運動頻率。利用此原理可以測量圓轉(zhuǎn)體，如馬達(dá)、齒輪、滑輪、轉(zhuǎn)動軸或風(fēng)扇等速度，另外還可以測量反覆震動體，如氣動錘、離心分離機(jī)或震動送料臺等的速度 。

我們以測量電扇轉(zhuǎn)速為例，若頻閃儀的閃光頻率(n次/分)正好與電扇的旋轉(zhuǎn)速度(n次/分)相等，那么當(dāng)頻閃燈閃光時，電扇葉片必將位于上次閃光時所在的位置，由于視覺暫留的緣故，電扇的葉片看上去好像根本未動。這就是說，當(dāng)頻閃燈的閃光頻率與被測物體的轉(zhuǎn)動速度相等時，轉(zhuǎn)動物體看上去好像靜止一般，呈現(xiàn)為一個靜止的圖像。

除了測速以外，利用頻閃燈視覺暫留現(xiàn)象使人目測就能輕易觀測到高速運動物體的表面質(zhì)量，進(jìn)行觀察或分析。隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，越來越多的行業(yè)開始使用頻閃燈作為封罐機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械或其他自動化機(jī)械等做品管或維護(hù)工具 ,來幫助解決產(chǎn)品質(zhì)量檢驗問題。

頻閃燈在測量直線工作的物體，如印刷機(jī)及檢品機(jī)等的操作上，并非是用來測量"印刷滾筒或馬達(dá)"的轉(zhuǎn)速，而是希望獲得同步靜止畫面，以監(jiān)控其印刷品質(zhì).換言之,欲調(diào)整頻閃燈閃光速率時,應(yīng)依據(jù)"每分鐘拉出多少張畫面"的頻率來調(diào)整,而非依據(jù)"每分鐘拉出多少米"調(diào)整。在實務(wù)上我們以印刷機(jī)為例:

假設(shè)印刷機(jī)每分鐘印出 100Meters,且印出之圖面長度為10cm,則該等機(jī)械每分鐘應(yīng)是印出1000張圖面.其計算方法如下:

1 米 ÷ 10cm = 10 張……………表示每米包括 10 張圖面。

10 張 × 100 米(每分鐘)=1000 張……表示每分鐘印出 1000 張圖面。

此時,如將頻閃燈的閃光速率調(diào)整到 1000FPM 后,即可輕易獲得清晰之同步靜止畫面。因此,如果尋找直線運送中圖面的同步靜止畫面,應(yīng)預(yù)先以上列的計算法,算出每分鐘印出多少張圖面后,再來調(diào)整頻閃燈的閃光速率,將可較輕易獲得其同步靜止畫面。同理,也可輕易地?fù)Q算出該設(shè)備的產(chǎn)量。

該頻閃燈是以固定頻率閃光，適合于機(jī)器速度比較穩(wěn)定的場合，因為此時被觀測對象也是以一個穩(wěn)定的頻率出現(xiàn)，從而可以實現(xiàn)比較好的觀測效果。具體步驟如下:

1) 先估測圖案的運動頻率，具體估算方法在前面印刷機(jī)案例中已有介紹。

2) 將頻閃燈的閃光源照射向被測物體。

3) 由高頻往低頻方向調(diào)整到估算頻率,再微調(diào)直到被測物體顯現(xiàn)出第一個清晰的同步靜止畫面為止。在確認(rèn)靜止畫面時可借由該被測物體的外、輪廓、標(biāo)記等等,來確認(rèn)是否與停止不動時的畫面完全相同,也可以調(diào)整其兩倍的頻率，來確認(rèn)是否存在兩個重疊影像,從而確定其一倍頻率時的影像,絕對是真實同步靜止畫面,也是其真實的 RPM或 FPM。

4) 讀出數(shù)字幕上所顯示的數(shù)值,即是該被測物體之每分鐘的工作次數(shù)(或稱RPM;或稱 FPM)。

當(dāng)機(jī)器速度不斷變化時，被觀測對象的頻率也不斷變化，此時以固定頻率閃光的內(nèi)部控制模式不能適應(yīng)，此時應(yīng)當(dāng)采用外部控制模式。通過自動同步頻閃燈外接傳感器獲取外部圖像的信號，來一個圖案，頻閃燈就閃光一次，從而實現(xiàn)圖案的自動同步跟蹤。

LED頻閃燈專注于智能交通領(lǐng)域，為各種抓拍系統(tǒng)而開發(fā)的，用于高清數(shù)碼攝像機(jī)抓拍的補(bǔ)光。是順應(yīng)治安卡口、超速抓拍、闖紅燈等電子警察的工作環(huán)境和功能要求而研制開發(fā)的新型大功率高性能數(shù)字LED頻閃燈。該產(chǎn)品采用獨特的數(shù)字控制電路，具有回電快壽命長、精確控制閃光時間、閃光瞬間內(nèi)持續(xù)以大功率方波形式輸出(功率密度大)大大提高相機(jī)曝光期內(nèi)光輸出能量等特點。通過調(diào)節(jié)閃光長度能夠使發(fā)光與攝像機(jī)曝光時間達(dá)到最完美的結(jié)合，從而大大降低對人眼的影響和最大限度的減少環(huán)境光對拍照的干擾。為了減小閃光時對人眼的刺激，可將LED 設(shè)定為平常處于弱亮狀態(tài)，被觸發(fā)后高強(qiáng)度閃光。也可將LED 設(shè)定為平常滅的狀態(tài)。

LED 的閃光持續(xù)時間可設(shè)定，以滿足CCD 和CMOS 攝像機(jī)的補(bǔ)光需要。一般來講，給CCD 攝像機(jī)補(bǔ)光時，LED 的閃光持續(xù)時間在4ms 以內(nèi);給CMOS 攝像機(jī)補(bǔ)光時的閃光持續(xù)時間取決于攝像機(jī)的像素，500 萬像素為80ms;300 萬像素為60ms;130 萬像素為28ms。能夠滿足在各種光線條件下，輔助攝像系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛和駕駛員最清晰的拍照要求。其所采用的獨特控制技術(shù)、產(chǎn)品的性能效果、安裝方便性、壽命和價格均優(yōu)于普通閃光燈，是目前市場上電子警察常用配套閃光燈的最佳替代產(chǎn)品，也是電子警察升級改造的首選閃光燈。