在科學實驗和工程測試領域，高速相機是實驗中常用的儀器設備?；鸺c火、碰撞測試、靶場彈道——這些關鍵數(shù)據(jù)往往隱匿于一瞬間，高速相機所具備的超高采集速度，使這些現(xiàn)象能夠被清晰捕捉。

但實驗與測試的場景從非理想狀態(tài)，當科研與工程走向高空低壓的極限空域、伴隨劇烈振動的機械現(xiàn)場、充斥電磁干擾的復雜環(huán)境，或是面臨寬溫波動、目標明暗反差極大、光線微弱，甚至需要捕捉紫外等不可見光信號時，傳統(tǒng)高速相機的短板便瞬間凸顯：即便幀率達標，采集的圖像也常出現(xiàn)失真、模糊，關鍵信息悄然丟失。

深視智能AIR系列高速相機，將技術突破點精準鎖定于此，專為解決極端環(huán)境下的高速成像難題而生。

背照式工藝

-打破光效瓶頸的物理重構-

要理解高速成像在弱光或復雜光照條件下的挑戰(zhàn)，首先需要了解傳統(tǒng)前照式（FSI）CMOS傳感器的結構局限。

在FSI架構中，光線必須穿過金屬排線層和鈍化層才能到達感光區(qū)域。這些“攔路”結構會吸收和反射部分入射光，尤其在高幀率下曝光時間被壓縮至極短時，光效損失直接表現(xiàn)為圖像信噪比的劣化。

AIR系列高速攝像機采用的背照式（Stack BSI）工藝，從根本上重構了這一物理路徑。通過將金屬排線層轉移至感光層背面，光線得以直達光電二極管。這一結構優(yōu)化的直接結果是：傳感器對入射光子的捕獲效率顯著提升，尤其在弱光場景下，等效感光度獲得跨越式增強。與此同時，AIR系列搭載深視自研顏色算法，圖像質(zhì)量獲得顯著提升。

相同拍攝條件下，左圖：傳統(tǒng)前照式(FSI)傳感器結構 | 右圖：AIR系列采用的背照式(BSI)傳感器結構

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動態(tài)范圍的工程平衡

-75dB如何實現(xiàn)“同框不失真”-

極端瞬態(tài)事件的另一大成像難點，在于場景內(nèi)光照強度的巨大反差。以火箭尾焰為例，焰心區(qū)域亮度極高，而箭體表面可能處于陰影中。傳統(tǒng)傳感器受限于電荷滿阱容量的物理上限，往往顧此失彼：亮部過曝，暗部欠曝。AIR系列高速攝像機通過自研單幀HDR算法實現(xiàn)了75dB動態(tài)范圍。這一指標的意義在于：它允許傳感器在單次曝光中，對不同光照區(qū)域進行非線性的電荷響應調(diào)制，從而將高光與暗部細節(jié)壓縮至同一幅圖像的動態(tài)范圍內(nèi)。

左圖：HDR開啟前，強光處過曝，細節(jié)丟失 | 右圖：HDR開啟后，明暗細節(jié)層次分明

從工程角度，這意味著無需多幀合成（降低幀率），即可在單幀圖像中同時保留尾焰的結構紋理與箭體的表面特征。

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量子效率曲線

-從紫外到近紅外的全波段均衡-

高速成像的應用場景往往對應特定的光譜窗口：

紫外波段（355-500nm）：用于火焰光譜分析、電暈放電檢測、某些熒光標記實驗；

可見光波段：最通用的觀測窗口；

近紅外波段：可用于穿透煙塵、燃燒診斷及特定材料分析。

AIR系列的量子效率曲線呈現(xiàn)出兩個技術特征：

第一：350-400nm波段，量子效率依然趨近90%，這對需要極高紫外靈敏度的科研場景（如燃燒中間產(chǎn)物的自發(fā)光譜捕捉）來說尤為重要。

圖：AIR系列型號量子效率曲線

第二：響應曲線在可見光波段，峰值量子效率≥90%，并平滑延伸至近紅外波段。這種全波段均衡的探測能力，并非偶然的工藝結果，而是對傳感器材料與電極結構進行針對性優(yōu)化的產(chǎn)物。對于復雜實驗而言，這意味著同一臺相機可覆蓋更寬的實驗窗口。

量子效率的提升不僅意味著感光度的提升，更重要的是信噪比的提升。在信號較強的拍攝條件下主要考慮散粒噪聲，讀出噪聲和暗電流可忽略不計。此時信噪比和QE的平方根成正比。

圖：信噪比公式

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環(huán)境適應性

-三大硬件優(yōu)勢-

當高速相機走出實驗室，被掛載于機載平臺、嵌入碰撞假人、置于爆炸場邊緣，另一個技術維度開始主導成敗：環(huán)境適應性。

AIR系列高速相機具有三大突出的環(huán)境適應能力：

1.寬溫運行（-40℃~70℃）：這不僅僅是元器件選型的寬溫化。溫度變化會導致傳感器暗電流漂移、ADC參考電壓波動，進而影響圖像的固定模式噪聲（FPN）水平。寬溫范圍內(nèi)的穩(wěn)定成像，需要對讀出電路進行溫度補償設計。

2.抗振與EMC防護：極端環(huán)境的機械振動會引發(fā)傳感器與光學系統(tǒng)的微位移，電磁干擾則會耦合進信號鏈路?？拐裨O計涉及機械結構的模態(tài)分析與阻尼優(yōu)化；EMC防護則需要在PCB布局、屏蔽層設計層面阻斷干擾路徑。

3.獨立運行能力：內(nèi)置行業(yè)安全性領先的鎳氫電池，配合CF卡存儲，實現(xiàn)完全脫機運行。相機可在圖像錄制完成后可實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存無需人工干預，這一設計邏輯并非簡單的“方便”，而是為了在無法部署線纜/供電電壓不穩(wěn)的封閉或危險環(huán)境中依然能夠完成數(shù)據(jù)采集與獨立存儲，且無燃爆風險。

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軟件層面

-從圖像采集到數(shù)據(jù)生成的閉環(huán)-

硬件捕獲的原始圖像，需要經(jīng)過軟件處理才能轉化為可量化的實驗數(shù)據(jù)。

AIR系列配套的FastPhoto采集軟件與Smotion-H運動分析軟件，構成了一套完整的后處理鏈路：

FastPhoto負責底層控制：曝光參數(shù)、觸發(fā)模式、緩存管理，確保每一次觸發(fā)事件都能被完整記錄，不丟幀；

Smotion-H則實現(xiàn)了無標記點的高精度運動追蹤：通過亞像素級的特征匹配算法，自動識別被測對象的位移軌跡、速度變化、形變過程，輸出量化數(shù)據(jù)供后續(xù)分析。

對于碰撞測試或彈道實驗而言，這意味著從“拍到畫面”到“獲得數(shù)據(jù)”的路徑被大幅縮短，且避免了人工標記帶來的誤差引入。

高速成像的技術縱深

回到開篇的問題：極端環(huán)境下的高速成像，難點究竟在哪里？

答案已逐漸清晰：幀率只是入場券。真正的技術縱深，體現(xiàn)在傳感器結構對光效的物理重構、動態(tài)范圍對極端光照的工程平衡、量子效率對全波段的均衡覆蓋、環(huán)境適應性對嚴苛工況的底層兼容，以及軟件算法對數(shù)據(jù)生成的完整支撐。

深視智能AIR系列的技術突破，并非單一指標的極致堆砌，而是在上述多個維度上，尋求工程可實現(xiàn)的最優(yōu)解集。對于航空航天、汽車碰撞、靶場測試、燃燒診斷等領域的研究者而言，這套系統(tǒng)提供的能力是：在極端環(huán)境下，依然能夠獲得保真度足夠高的原始數(shù)據(jù)，為后續(xù)的分析與結論筑牢根基。

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