解析频闪成像原理

运动MEMS器件的运动频率都相当高，一般在50～500kHz左右。为了利用机器微视觉技术对高速运动的MEMS器件的运动状态进行描述，可引入频闪成像技术。频闪成像技术来自频闪效应原理。所谓频闪效应，就是物体在人的视野中消失后能留一定时间的视觉印象，即视后效。视后效的持续时间，在物体一般光度条件下约在1/5～1/20s的范围内。如果来自被观察物体的视觉刺激信号是一个跟一个的信号，每两次间隔都少于1/20s，则视觉来不及消失，从而给人以连贯的假象。此时，如果用一闪一闪的光来照明周期运动的MEMS器件，则在MEMS器件的运动频率与闪光频率相等时，就相当于闪光灯“冻结”在某个位置上，这样，通过多次曝光即可得到MEMS器件在此相位的清晰图像。图1所示为频闪成像原理。假设要采集高速运动的MEMS器件零相位时的清晰图像，首先可用函数发生器来产生照明所需的窄脉冲信号，此信号的周期与MEMS器件的驱动信号相同且在零相位保持同步。即每个周期内高电平的位置应与MEMS驱动信号的零相位位置一致。只有这样才能捕捉到MEMS器件零相位时的运动图像。为了使照明的效果进一步优化，照明信号高电平的时间应为100ns～1000ns。这样，利用这一照明信号并通过频闪驱动电路来驱动高亮度LED以便使其发出足够强度的光照，就可以使CCD在零相位多次曝光，从而最终得到所需的固定图像。

从频闪成像原理可以看出，为了能够采集到高速运动的MEMS器件在不同运动相位、不同驱动频率下的清晰图像，需要设计一个频闪照明电路。因为成像的好坏直接影响到后续MEMS器件运动特性的提取与分析，所以它对LED有很高的要求。首先要有足够的强度，且对其稳定性、可控性也有较高的要求。