高速摄影机

高速相机是一种能够捕捉移动图像的设备，其曝光时间小于1/1000秒，或帧速率大于250帧。它用于将快速移动的物体作为摄影图像记录在存储介质上。记录后，存储在介质上的图像可以慢动作播放。

早期的高速相机使用胶片来记录高速事件，但被使用电荷耦合器件（CCD）或CMOS有源像素传感器的电子设备所取代，通常，超过1,000 fps的记录在DRAM上，并缓慢回放，用于研究瞬时现象的运动。

高速相机可分为：

• 高速胶片相机，记录在胶片上，
• 高速视频相机，记录在电子存储器上，
• 高速取景相机，在多个图像平面或同一图像平面的多个位置记录图像（通常是胶片或CCD相机网络），
• 高速条纹相机，将一系列线条图像记录在胶片或电子存储器中。

一部正常的电影胶片以每秒24帧的速度播放，而电视使用每秒25帧（PAL）或每秒29.97帧（NTSC）。

高速摄影机可以通过让胶片在旋转的棱镜或镜子上运行而不是使用快门来拍摄250,000帧，减少了在快门后面停止和启动胶片的需要，这将在该速度下撕裂胶片。使用这种技术，一秒钟的动作可以拉长到十分钟以上的播放时间（超慢动作）。

高速摄像机被广泛用于科学研究、军事测试和评估以及工业。工业应用的例子是拍摄生产线以更好地调整机器，或拍摄汽车工业中的碰撞试验以调查对碰撞假人乘客和汽车的影响。

今天，数字高速摄像机已经取代了用于车辆碰撞测试的胶片摄像机。

电视系列节目，如《神秘博士》和《时空穿梭》经常使用高速摄像机以慢动作展示他们的测试。保存录制的高速图像可能很耗时，因为截至2017年，分辨率高达400万像素、每秒帧率超过1000的消费类相机将以每秒11吉比特的速度录制。从技术上讲，这些相机是非常先进的，然而保存图像需要使用较慢的标准视频计算机接口。为了减少所需的存储空间和人们检查录像所需的时间，可以只选择感兴趣或相关的动作部分进行记录。当为工业故障分析而记录一个循环过程时，只有每个循环的相关部分被拍摄。

高速摄像机的一个问题是需要对胶片进行曝光；为了能够以40,000 fps的速度拍摄，需要非常明亮的光线，有时照明的热量会导致检查对象被破坏。单色（黑白）拍摄有时被用来减少所需的光线强度。然而，这些相机仍然使用旋转的镜子，就像它们的老式胶片对应物一样。固态摄像机的速度可以达到1000万帧。现在，所有高速摄像机的发展都集中在数字视频摄像机上，与胶片摄像机相比，它有许多操作和成本上的优势。

2010年，研究人员建造了一台每帧曝光时间为2万亿分之一秒（皮秒），有效帧率为5万亿fps（飞秒摄影）的相机。现代高速相机的工作原理是将入射光（光子）转换为电子流，然后偏转到光阳极，再回到光子，然后可以记录在胶片或CCD上。

• 《神秘博士》（Doctor Who）节目突出地使用高速摄像机来测量速度或高度。
• 《时空幻境》的中心内容是使用高速摄像机将通常快得无法用肉眼看到的东西放慢。
• 高速摄像机经常被用于许多重大体育赛事的电视制作中，当普通慢动作不够慢时，用于慢动作即时重播，如国际板球比赛。

高速摄像机在科学中经常被用来描述对于传统胶片速度来说太快的事件。生物力学采用这种相机来捕捉高速动物运动，如青蛙和昆虫的跳跃、鱼的吸吮、螳螂虾的撞击，以及鸽子的直升机式运动的空气动力学研究。