Полёт пули

Скорость полёта пули зависит от вида стрелкового оружия и может достигать 1000 метров в секунду. Для определения скорости полёта пули или для изучения её траектории нужно произвести скоростную видеосъёмку этого процесса и определить с высокой точностью моменты времени и координаты пули. Для этого необходимо, чтобы за время съёмки изображение пули целиком попало в кадр не менее 2 раз, что можно сделать с помощью высокоскоростной камеры Fastvideo-500M.

Если размер пули имеет порядок 3 см (для других размеров расчёт будет аналогичным) и мы хотим, чтобы на экране пуля имела размер 10 пикселов, то получается, что на экране шириной 1280 пикселов изображение пули сможет поместиться более 100 раз, т.е. на матрицу видеокамеры будет проецироваться область шириной более 3 метров.

Чтобы на экране было зарегистрировано как минимум 2 снимка пули, необходима частота съёмки 3м / (2+1) / 1000 м/с = 1000 Гц. Такую частоту можно получить с помощью высокоскоростной камеры Fastvideo-500M, причём в этом случае область интереса будет составлять 1280 х 512 (при уменьшении размера по вертикали в 2 раза можно добиться увеличения максимальной частоты в 2 раза, т.е. до 1000 Гц). При этом на изображении пули будет видно размытие, которое определяется длительностью выдержки и для значения 4 мкс оно составит 1000 м/с * 4 мкс = 4 мм. Чтобы добиться такого размытия, нужно обеспечить очень хорошее освещение объекта съёмки, так как за 4 мкс на матрицу высокоскоростной камеры попадает совсем мало света. Программным образом длительность выдержки можно установить и больше, но при этом возрастёт размытие, зато понадобится меньший уровень освещения. Если при съёмке полёта пули нас интересует не форма или ориентация пули, а её скорость (расстояния между последовательными положениями, полученными при съёмке), то вполне можно обойтись размытием более 4 мм. В принципе, размытие может быть ещё больше - главное, чтобы на экране целиком поместились не менее двух отдельных изображений, пусть и размытых.

Если траектория полёта пули хорошо известна, то с высокоскоростной камерой можно работать и на частоте 10000 кадров в секунду. При этом область сканирования будет иметь размер 1280 х 50, что при заданном масштабе составит 15 см по вертикали, а это вполне достижимо.

Желательно, чтобы система освещения имела высокочастотный источник света и кроме того, нужно подобрать контрастный фон для улучшения качества снимков. Параметры освещения и его мощность можно определить экспериментально, зная расстояния от объекта съёмки до видеокамеры и до осветителей.

Для успешного проведения такого эксперимента необходимо синхронизировать начало процесса съёмки с началом полёта пули. Для этого можно зарегистрировать движение курка (поставить реле) и передать этот синхросигнал в видеокамеру. В принципе, можно обойтись и без внутренней синхронизации, так как у высокоскоростной камеры Fastvideo-500M с памятью 1 ГБайт максимальная длительность записи составляет 1,6 сек, то человек, услышавший звук выстрела, должен в течение секунды нажать кнопку. При этом в программе должна быть установлена опция синхронизации с упреждением, т.е. при получении синхросигнала должны сохраняться данные, которые уже пришли от видеокамеры.

Объектив, используемый для этой задачи, должен соответствовать формату матрицы видеокамеры, обеспечивать глубину резкости от 0,5 м до бесконечности и желательно, чтобы его светосила была большой, так как объект имеет малую освещённость.

Стандартного программного обеспечения вполне достаточно для решения этой задачи. Нужно только перед измерениями провести настройку и калибровку.

Комплектация видео системы

• Высокоскоростная камера с частотой сканирования 500 кадров в секунду при разрешении 1280 х 1024 (монохромная)
• Фреймграббер PCI-Express x4 для подключения скоростной камеры к компьютеру
• Комплект кабелей Camera Link (2 штуки)
• Блок питания
• Инструкция для пользователя
• Базовое программное обеспечение на русском языке для Windows-2000/XP/Vista
• Объектив Nikon
• Компьютер (процессор Pentium-4-2800, 2 ГБайт оперативной памяти, материнская плата с разъёмом PCI-Express x4, видеопамять 128 МБайт, жёсткий диск не менее 500 ГБайт, ЖК-монитор 19", свободный USB разъём для подключения принтера, операционная система MS Windows-2000/XP/Vista)

Выше описана система с базовой функциональностью. Мы также предлагаем нашим заказчикам разработку комплексов для скоростной регистрации видео по техническому заданию.