解析頻閃成像原理

運(yùn)動MEMS器件的運(yùn)動頻率都相當(dāng)高，一般在50～500kHz左右。為了利用機(jī)器微視覺技術(shù)對高速運(yùn)動的MEMS器件的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行描述，可引入頻閃成像技術(shù)。頻閃成像技術(shù)來自頻閃效應(yīng)原理。所謂頻閃效應(yīng)，就是物體在人的視野中消失后能留一定時間的視覺印象，即視后效。視后效的持續(xù)時間，在物體一般光度條件下約在1/5～1/20s的范圍內(nèi)。如果來自被觀察物體的視覺刺激信號是一個跟一個的信號，每兩次間隔都少于1/20s，則視覺來不及消失，從而給人以連貫的假象。此時，如果用一閃一閃的光來照明周期運(yùn)動的MEMS器件，則在MEMS器件的運(yùn)動頻率與閃光頻率相等時，就相當(dāng)于閃光燈“凍結(jié)”在某個位置上，這樣，通過多次曝光即可得到MEMS器件在此相位的清晰圖像。圖1所示為頻閃成像原理。假設(shè)要采集高速運(yùn)動的MEMS器件零相位時的清晰圖像，首先可用函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生照明所需的窄脈沖信號，此信號的周期與MEMS器件的驅(qū)動信號相同且在零相位保持同步。即每個周期內(nèi)高電平的位置應(yīng)與MEMS驅(qū)動信號的零相位位置一致。只有這樣才能捕捉到MEMS器件零相位時的運(yùn)動圖像。為了使照明的效果進(jìn)一步優(yōu)化，照明信號高電平的時間應(yīng)為100ns～1000ns。這樣，利用這一照明信號并通過頻閃驅(qū)動電路來驅(qū)動高亮度LED以便使其發(fā)出足夠強(qiáng)度的光照，就可以使CCD在零相位多次曝光，從而最終得到所需的固定圖像。

從頻閃成像原理可以看出，為了能夠采集到高速運(yùn)動的MEMS器件在不同運(yùn)動相位、不同驅(qū)動頻率下的清晰圖像，需要設(shè)計一個頻閃照明電路。因為成像的好壞直接影響到后續(xù)MEMS器件運(yùn)動特性的提取與分析，所以它對LED有很高的要求。首先要有足夠的強(qiáng)度，且對其穩(wěn)定性、可控性也有較高的要求。