闪光频率与颜色捷变的高速摄影机的制作方法

专利名称：闪光频率与颜色捷变的高速摄影机的制作方法
技术领域：
本申请是一种闪光频率与颜色在摄影进程中可按需要作随意变化的频闪高速摄影机。
本申请之前的频闪高速摄影机，闪光频率虽然可调，但一当调定，在摄影进程中便不能改变。这在记录状态变化速率显著的现象或事件的全过程时，就变得无能为力它们的取样频率不是太高就是太低，以使摄得的图象缺乏分析价值。另外，本申请之前的频闪高速摄影机，其闪光颜色亦不能在摄影进程中迅速改变，这样，若摄影目标作无规则运动时，一张胶片上的多个图象的结果判读显得十分困难，以致在这些领域中无法应用。
本申请的目的是为了解决上述两大难点而设计、研制的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机。
本申请的特点之一是闪光频率在摄影进程中可随意改变，这包括以下两方面的内容其一，在摄影进程中的闪光频率变化为人工干预，由事先编制好的程序自动调节。其二，闪光频率自适应控制，此时，仪器根据传感器探测到的对象被选物理量的变化速率而自动跟纵调节闪光频率，以使附合摄影要求。
本申请的特点之二是闪光颜色在摄影进程中可高速变换。仪器选用8种不同的吸收或干涉滤色器，以使闪光颜色附合结果判读或某些摄影效果的需要。
本申请所实施的仪器可预置的摄影参量有以下几项1.该次实验所需的胶片用量。当实验进行到所预置的胶片用量时，系统自动停止操作。预置范围为1～1024张。
2.胶片上的成象个数。预置范围为1～256个。
3.本次闪光与下次闪光之间的时间间隔。预置范围为0.1ms～10000ms。
4.每次闪光的闪光指数，预置范围为0.1～30(GN值，ASA＝100)。
5.胶片的传输速率。预置范围是0.5张／小时～54000张／小时。
6.闪光颜色次序。预置范围为40320种。
本申请的仪器可自适应跟纵调节的参量有如下几项1.每次闪光之间的时间间隔，自适应调节范围为0.1ms～10000ms。
2.胶片的传输速率，自适应调节范围为0.5张／小时～54000张／小时。
3.每次闪光的闪光指数。自适应调节范围为0.1～30(GN值，ASA＝100)。
以下结合附图分两种情形作详细说明。
一、人工干预情形


图1为本申请的结构方框图。方块1是微机部分，操作者可以通过键盘输入各个摄影参量，微机将这些参量整理、排队、归档、存贮在相应的RAM中。一当操作者下达开始摄影指令，方块1中的CPU，就从ROM中获取工作程序，并按照程序的需要从RAM中取用所预置的摄影参量，然后通过并行输入／输出口PIO给出控制信号，此信号馈至接口电路(方块2)，接口电路将信号处理后分成两路一路送至机械手(方块4)并通过机械手去操纵SLR照相机(方块5)，以及时开关照相机。另一路送入闪光灯组(方块3)，控制闪光灯组的每次闪光时间间隔，闪光次数，及每次闪光的闪光指数。
SLR照相机每当一张胶片摄影完毕，即自动走片到达下一张，直至达到胶片预置值。
当摄影完毕，微机发出信号，命令打印机(方块6)打印出本次实验的各个摄影参量，以备查考。
二、自适应情形此情形下，操作者通过键盘输入胶片用量，成象个数、闪光颜色次序三种摄影参量；而每次闪光间隔时间，每次闪光的闪光指数及胶片传输速率为自适应调节当操作者对微机(方块1)下达摄影开始指令时，微机立即从ROM中取用自适应程序，后从摄影对象被选物理量的变化速率传感器(方块7)获取信号，此信号经过接口电路(方块2)处理后馈入方块1中的PIO，微机分析、计算送入的信号，并调用RAM中的参量信息，得出适当的各个自适应摄影参量，并通过接口电路(方块2)，一方面去控制闪光灯组(方块3)，以实现每次闪光间隔时间，每次闪光的闪光指数及胶片传输速率等参量的自适应调节。
图1中的方块2由三部分组成。它们分别示于图2、图3、图4。其中图2是闪光灯接口电路；图3是SLR照相机接口电路；图4是传感器接口电路。现分别说明如下图2中的左边两端子A，G分别接微机的PIO闪光控制接点。当微机将闪光灯开启信号通过PIO馈至A、G端时，发光二极管D1、D2发光，于是光敏三极管Q1接收到D1、D2所发出的光，以使其光电流得到放大，并使Q2导通，该导通信号即可控制闪光灯开启，而当微机送出的信号使D1、D2熄灭时，Q1、Q2截止，以此来关闭闪光灯。
图3示出了控制SLR照相机的接口电路。其中，Q3、Q4组成达林顿三极管，Q3、Q4的集电极连至二极管D3的阳极，并又引出一线接电磁铁J的一个端子、电磁铁的另一端子与D3的阴极连在一起，后接至正电源Vc。Q3的基极接限流电阻Rb，Q4的发射极接微机地H。微机通过PIO加信号至F、H端，以控制SLR照相机的快门当微机在F、H端给出正3.8伏的信号，则Q3、Q4导通，电磁铁J通电，SLR照相机快门开启；若F、H端为近0伏的信号，则Q3、Q4截止，电磁铁J断电，快门关闭。二极管D3用以衰减电磁铁工作时所产生的高压脉冲，用来保护Q3、Q4不受损坏。
图4所示的传感器接口电路由二部分组成，一是运算放大器OP，它的正输入端接传感器P的输出端，它的输出端一方面接至A／D变换器的输入端，另一方面通过一电阻Rf接至它的负输入端，它的负输入端又接一电阻Ra至地。改变电阻Rf／Ra的比值可调节本运算放大器的增益。第二部分是A／D变换器，它将由OP提供的模拟信号变换成相应的数字信号，并将变换结果馈至PIO的输入端以供微机读取。
图5是闪光灯电路。其中Rc、D4、C0是充电电路，单相市交流电加至N、E两端，其正半周通过电阻Rc，二极管D4给主电容C0充电，几秒钟后C0充至额定电压以备使用。闪光灯管Lp的阳极接主电容C0的正极，Lp的阴极K接电子开关5－2，Lp的触发极S接电子开关5－1。当电子开关5－1、5－2接通时，在S端产生近一万伏的高压，使闪光管闪亮，当电子开关5－2关闭时，闪光管熄灭，由此达到操纵闪光灯的目的。
图5中的电子开关5－1详细情况如图6所示。图中的T1为一升压变压器，它的初级绕组L0的一端接晶体管Q5的集电极，它的另一端接电容C1，及限流电阻Rd，它的次级绕组L1的一端接地，另一端接闪光灯Lp的S端，Rd的还有一端接主电容C0的正极。当图2中的Q1的D端连至Q5的D端，Q1的I端连图7中的I端时，便实现了闪光灯的开启功能、其动作原理如下当Q1导通时，Q5的基极为高电平，则使Q5导通，此时，原先经Rd充电至数百伏的电容C1的电荷迅速通过L0放电，由此，在T1的次级绕组上感应出近万伏的高压来，它激发闪光管内的氙气电离，致使Lp导通和闪亮。
图7是图5中的5－2电子开关详情。其中Re、D5、C2组成12伏稳压电源，Q6、Q7、Q8组成高增益电流开关。引脚F接晶体管Q6的基极，Q6的发射极接Q7的基极，Q6的集电极与Q7的集电极连在一起，并连至稳压管D5的阴极及滤波电容C2的正极。Q6的集电极又接充电电阻Re，Re的另一端接至图5中的主电容C0的正极。主电容C0上的电压通过Re经C2充电至D5所限定的值(约12伏)，并引出一端子I供图2中的Q1、Q2使用。
图7所示的电子开关工作原理如下当图2中的Q1、Q2导通时，在Q6的F点形成高电位，于是Q6导通，Q7进一步作电流放大，Q7放大了的电流信号由其发射极输至高反压大电流功率晶体管Q8的基极，以使Q8导通，此时，闪光灯的控制极S同时加有万伏高压，故闪光灯闪亮。而当Q1截止时，Q6、Q7、Q8皆截止，闪光灯关闭。
由此实现了整个闪光灯的操纵。其它七只闪光灯的工作原理、接口电路完全一样，故略述。
图8、图9示出了本申请的计算机软件流程，其中图8是人工干预命令键输入时的计算机处理软件，由图可见，拍摄张数、片速、闪光间隔时间、GN值、闪光次数皆从预置值中取用，然后去操纵和控制SLR照相机及闪光灯组。其软件结构如下所述微机一开始就不断地查询有无“人工干预”程序命令键输入，若有“人工干预”命令输入则微机对接口电路作初始化处理，这是对微机内的PIO芯片、CTC芯片作编程，以便确定其工作方式，使其工作方式符合设计的要求，在接口电路初始化以后，微机向RAM取用摄影所用的胶片张数，并在每拍摄一次后，作张数减1操作。并显示当前待摄的胶片余数，接着，微机从RAM中取用片速，并根据片速起动摄影机卷片机构及开启快门。然后从RAM中取用闪光间隔时间，并按此开启闪光灯，再从RAM中取用GN值调节闪光灯发光能量，当闪光能量达到预置值时，关闭闪光灯，以后作闪光间隔延时操作，当闪光间隔时间到达预置值时，查询闪光次数是否达到预定值，若已达到，则关闭快门；若未达到，则再取用闪光间隔时间，并按上述过程作重复操作。在关闭快门以后，微机再查询摄影张数是否已达到预定值，若还未达到预定值，则再回到“显示当前待拍的胶片余数”并进行下去；若已达到，则显示“摄影完毕”，表示本次实验结束，微机打印出每个摄影参量，以备查考。
图9是当自适应命令键输入时计算机处理流程，此时，拍摄张数、闪光次数参量从预置值中取用，而片速、闪光间隔时间、GN值皆从传感器输入的被选物理量的变化速率经计算机计算处理后得出，并以此去操纵SLR照相机、及闪光灯组，当要从传感器输入被测参量时，计算机自动启动A／D变换器，以便将输入的模拟量转变为相应的数字量。由于所有的操作软件均使用汇编语言，所以，计算机的反应极为迅速，能满意地完成摄影机的控制操作。其软件结构详述如下微机查询是否有自适应程序命令键输入，若没有，继续查询；若有，则对微机内部的接口电路PIO、CTC进行初始化，即建立适合本软件的工作方式。待接口电路初终化后，微机从RAM中取用已预置的摄影张数，并使摄影机每拍一次，胶片余量减1，接着显示当前待拍的胶片余数。微机启动传感器A／D变换电路，并将传感器探测到的参量读入计算机内存，以后计算机按照数学模型计算出恰当的片速、闪光间隔时间，GN值，并按此对摄影机、闪光灯作相应控制、查核闪光间隔时间，使其达到自适应值，再查核闪光的GN值，使其达到自适应值。后再查询闪光次数是否达到预置值，若未达到，则转到再启动传感器A／D变换器，将传感器探测到的参量读入内存，以后再作如前述的操作，若闪光次数已达到预置值，则关闭快门。以后再查询是否达到拍摄张数预置值。若没有达到，则转至“显示当前待拍的胶片余数”，然后继续下去；若已达到预置的拍摄张数，则显示“拍摄完毕”，然后打印出各摄影参量，以备审考，最后显示摄影工作结束。
本申请的频闪高速摄影机与国内外已有的频闪高速摄影机比较具有下列优点1.闪光频率在摄影进程中可随意改变，这有两方面的含义其一，本次闪光与下次闪光之间的时间间隔可以人工干预给定。其二，每次闪光之间的时间间隔可通过传感器探测被摄目标的特征物理量的变化速率而作自适应调节，以达到用户的要求。
2.每次闪光的颜色可在摄影进程中变更。由此获得的照片，利于结果分析与判读。
权利要求1.一种闪光频率与颜色可捷变的高速摄影机其特征是由键盘输入的摄影参数，经微机[1]处理，存贮在相应的RAM中，下达摄影开始指令时，微机[1]中的CPU从ROM中获取工作程序，并按需从RAM中取用预置的摄影参量，然后通过并行输入/输出口PIO给出控制信号，此信号馈至接口电路[2]，接口电路将信号处理分成两路，一路送至机械手[4]并通过机械手去操纵SLR照相机[5]以及时开关照相机，另一路送入闪光灯组[3]，控制闪光灯组的各次闪光时间间隔，闪光次数及每次闪光的闪光指数，当摄影完毕由打印机[6]记录各参量；和对微机[1]下达摄影开始指令时，微机从ROM中取用自适应程序，后从摄影对象被选物理量的变化速率传感器[7]获取信号，此信号经接口电路[2]处理后馈入微机[1]中的PIO，微机分析、计算送入的信号，并调用RAM中的参量信息，得出适当的各个自适应摄影参量，并通过接口电路[2]一方面去控制机械手[4]以操纵SLR照相机[5]，另一方面控制闪光灯组[3]，以实现各次闪光间隔时间，每次闪光的闪光指数及胶片传输速率等参量的自适应调节。
2.根据权利要求1所述的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机，其特征在于所说的接口电路〔2〕是由闪光接口电路，SLR照相机接口电路，传感器接口电路三部分组成。
3.根据权利要求1或2所述的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机，其特征在于所说的闪光接口电路是A、G分别为接微机的PIO闪光控制接点，当微机将闪光灯开启信号通过PIO馈至A、G端时，发光二极管D1、D2发光，于是光敏三极管Q1接收到D1、D2发出的光，以使其光电流得到放大，并使Q2导通，而当微机送出的信号使D1、D2熄灭时，Q1、Q2截止。
4.根据权利要求1或2所述的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机，其特征在于所说的SLR照相机接口电路是Q3、Q4组成达林顿三极管，Q3、Q4的集电极连至二极管D3的阳极，并又引出一线接电磁铁J的一个端子，电磁铁的另一端子与D3的阴极连在一起，后接至正电源Vc、Q3的基极接限流电阻Rb、Q4的发射极接微机地H，微机通过PIO加信号至F、H端，以控制SLR照相机的快门。
5.根据权利要求1或2所述的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机，其特征在于所说的传感器接口电路是由二部分组成，一是运算放大器OP，它的“正”输入端接传感器P的输出端，它的输出端一方面接至A／D变换器的输入端，另一方面通过电阻Rf接至它的“负”输入端，同时通过电阻Ra接地，第二部份是A／D变换器。
6.根据权利要求1所述的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机，其特征在于所说的闪光灯组的闪光电路是Rc、D4、C0为充电电路，单相市交流电加至N、E两端，其正半周通过电阻Rc二极管D4，给主电容C0充电，闪光灯管Lp的阳极接主电容C0的正极，Lp的阴极K接电子开关5－2，4的触发极S接电子开关5－1。
7.根据权利要求1或6所述的一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机，其特征在于所说的电子开关5－1是T1是一升压变压器，它的初级绕组L0的一端接晶体管Q5的集电极，它的另一端接电容C1，及限流电阻Rd，它的次级绕组L1的一端接地，另一端接闪光灯Lp的S端，Rd的还有一端接主电容C0的正极；所说的电子开关5－2是Re、D5、C2组成12伏稳压电源，Q6、Q7、Q8组成高增益电流开关，引脚F接晶体管Q6的基极，Q6的发射极接Q7的基极，Q6的集电极与Q7的集电极连在一起，并连至稳压管D5的阴极及滤波电容C2的正极，Q6的集电极又接充电电阻Re，Re的另一端至主电容C0的正极。主电容C0上的电压通过Re给C2充电至D5所限定的值(约12伏)并引出一端子I供Q1、Q2使用。
专利摘要一种闪光频率与颜色可捷变的频闪高速摄影机。它是由微机，接口电路，闪光灯组，机械手，SLR照相机，打印机，传感器几部分组成。在摄影进程中的频率变化可人工干预由事先编制好的程序自动调节。闪光频率也可自适应控制，此时仪器根据传感器探测到的对象被选物理量的变化速率而自动跟踪调节闪光频率；同时闪光颜色在摄影进程中可高速变换，仪器选用8种不同的吸收或干涉滤色器，以使闪光颜色附合结果判读的需要。
文档编号G03B39/04GK2049371SQ8920442
公开日1989年12月13日 申请日期1989年4月9日 优先权日1989年4月9日
发明者包光祥, 郑增荣 申请人:浙江大学