瞬间状态摄影实验 （更多--http://blog.sina.com.cn/rongjianqun）

 
  瞬间状态摄影实验

 
 
 
摘要： 目的 以瞬间摄影技术固定记录被检物体瞬间的运动形态，可提高物证检验的有效性、客观性。方法研制专用装置，包括触发装置、延时器和超高速闪光灯等组成部分。结果 研制了物证瞬间状态摄影装置并进行实验。
关键词：  瞬间摄影实验；物体瞬间形态；高速摄影装置。
 
物证检验中，常需要对运动物体瞬间形态加以检验和研判。尤其是在一些模拟试验、检验中，如武器弹道发射瞬间的固定；物体破碎过程瞬间状态的分析；命案现场血迹滴溅状态的再现等。进行物证瞬间状态摄影实验，研究运动物体瞬间形态拍照方法，可以为保证物证检验质量提供有益的条件（见附图一）。
一、         研制瞬间摄影方法的意义
物证检验中，用摄影方法固定物证瞬间变化过程，记录高速运动物体特性很有意义，如：拍摄子弹击中物体瞬间状况影像，拍摄凶器刺切人体的变化过程影像，以及拍摄不同物体受力断裂瞬间形态影像等。但照相机的快门速度却有 1／8000秒的极限，且人的神经反射延迟为20—50毫秒，要得到更高的成像速度和更准确的曝光控制。需要研制专用的高速摄影方法和装置。我们为此研制了以声、光、电瞬间感应触发高速闪光成像的装置和方法。达到以普通数码相机，拍摄物证瞬间变化形态的目的。
二、瞬间摄影实验重点内容：
①、声、光、电瞬间感应触发的快速性、可靠性。人的神经反应延迟为20—50ms，子弹飞行速度1毫秒大于0.3米.因此通过人手按压快门抓拍瞬间影象难以实现。必须靠声、光、电瞬间感应触发来实现。同时电器件及其周围噪声的干扰也是研制中要克服的难题。因此瞬间摄影触发信号的稳定性、可靠性是实验制作的基础。
②、时间、距离等延时参数调节的精准性。记录不同时间、不同位置的客体运动图像，要靠精确的定时（延时）曝光成像。如子弹速度大于 300米/每秒（3毫米/10微秒），要记录飞行子弹在不同位置的形态，延时调节的步进就应精确在微秒级。而常见的RC（阻容元件）延时器件，在微秒级无法保证其稳定性。因此编制单板机程序完成精确延时调节是实验重点。
③、成像瞬间的高速性。专业照相机最高快门速度约1/8000秒，常见专业闪光灯最短闪光持续时间大于十万分之一秒，多为数十微秒（尼康28灯 最高速=1/28000秒），而子弹的运行速度大于3毫米/10微秒。显然要记录子弹飞行瞬间形态，曝光成像或闪光成像速度应达到小于百万分之一秒（小于1微秒）。因此装配超高速闪光灯也是制作实验所必须的。
三、国内外瞬间摄影技术检索
    瞬间摄影技术亦称高速摄影 （High-Speed Photography ），在国内外均有专业人员进行研究，但未见有完整装置的成果介绍和展示。虽有部分高速摄影图片和零星文本资料的介绍，但关键的（难点）高速成像、微秒级延时和高速光源资料却不完整。
视频高速摄影机产品已有披露和面世，但从已查出的数据得知，快门速度在百万分之一秒时其分辨率较低，且价格多在数十万元以上。
四、瞬间摄影实验创新点及效果
实验创新点主要包括：研制了百万分之一秒超高速闪光灯，从而保证了高速成像光源的实现。创新性的数字化微秒级延时器，保证了延时参数调节的精准性。同时制作了声、光、电瞬间感应触发装置（见附图二）。
①、数字单板机微秒延时器保证了延时参数调节的精准性。触发装置虽能直接触发拍摄，但无法抓取运动物体某一瞬间特定影像的问题（如子弹发射后不同时段的形态等），为此必须加入延时调控模块，才能定时定点抓取影像。为了保证触发后延时调节的精准性，延时步进调节应小于10微秒级（子弹10微秒飞行大于3毫米)。为此我们采用当前较先进的“AT89S51”数字单板机.编制微秒延时程序，制作完成了“数字化微秒级延时器”（见附图三）。
②、超高速闪光灯的制作保证了高速成像。普通专业照相闪光灯最短持续时间大于十万分之一秒（约数十微秒）。要摄影记录子弹飞行状态，成像速度应小于0.5微秒（≥1/100万 秒），如前所述普通闪光灯难以实现。我们依据闪光持续时间与电容量成正比的原理，设计制作了超高速闪光灯。闪光持续时间小于0.5微秒，这样飞行子弹瞬间成像位移约0.1毫米，满足了一般检验需要。同时为了提高闪光强度，我们采用了集合闪光灯组群的方式。较好解决了子弹等高速运动物体影像拍摄固定的问题（见附图四）。
③、声、光、电瞬间感应的触发装置模块。它是本实验装置的最前端模块，灵敏性、可靠性是关键。在电路设计和元器件选配时我们严格高标准筛选，使用了性能较好的555时基集成电路和 IC4011集成电路。有效降低了分立器件的噪声和干扰。保证了装置的稳定性、可靠性。
本实验方法及装置的研制得到了06年部应用创新计划项目的资助，经一年多来的实验工作，先后进行了资料查询、功能线路设计；器件装配调试；应用试验等过程。目前正在试用完善。
 
附图见下
 


 
▲    图1一1枪弹击发模拟试验瞬间状态摄影
 
 




 
▲图1一3 血迹滴渐模拟试验瞬间状态摄影
 


 
 
▲    图2  瞬间摄影实验模块示意图



 
▲    图三 单板机延时器及实验图像（延时最小步进：10us）
 



 ▲图四 高速闪光灯及实验工作图片