高速摄像机是分析制造过程（如焊接）的宝贵工具，可以提供焊缝形成和冷却方式的详细图像。然而，最佳成像效果需要特殊的照明和光过滤设置。
由于焊接过程过于明亮，标准成像和照明技术往往难以实现清晰图像的捕获。一种特殊的基于激光的照明和光过滤设置，可以减轻焊接部位的强烈光亮。与 LED 等传统照明相比，激光照明使高速摄像机能够捕获焊接动态的详细图像，以便对其进一步分析。
案例介绍
Sigma-Netics 公司是压力开关、压力传感器、金属波纹管和金属波纹管组件的制造商，他们需要记录下钨极惰性气体保护焊（TIG）的过程，以研究波纹管及其法兰的焊接接口。
通过使用 Phantom 高速摄像机、脉冲激光照明装置和带通滤镜，他们成功观察并表征了 TIG 焊接工艺的熔池动态，使工程师能够确认波纹管组件的尺寸完整性。
传统焊接成像
由于焊接事件非常明亮，因此，可能需要超过 140 分贝（dB）的动态范围才能准确捕获图像。然而，大多数科学高速 CMOS 传感器仅有 50 到 70 dB 的动态范围，这会导致图像过度饱和或缺乏阴影细节。为了克服这一挑战，传统的焊接应用装置通常需要一个中性密度（ND）滤镜。
滤镜通过均匀地减弱从焊接部位发射出的光子，将输入信号降低到传感器动态范围的上限之下，从而防止像素饱和。然而，使用 ND 滤镜通常会在焊接事件上生成具有单个亮点的图像，而周围背景则很暗且有噪点。
虽然使用高强度 LED 照明阵列可以照亮阴影区域，但是熔池发射出的光线会使图像过度饱和，使得无法对熔池动态进行深入了解。
脉冲激光照明
与使用 LED 照明和 ND 滤镜不同，高速专家选择使用脉冲激光器和带通滤镜这种替代方式，它可以照亮阴影区域而不会使焊接部位过度饱和。
用高强度激光为极其明亮的事件进行照明以避免图像过度饱和，这听起来似乎有悖常理，但是这种方法的基础是将激光和滤镜相结合，通过指定具有匹配波长范围的激光器和带通滤镜，用激光器提供精确的照明，而滤镜允许仅从焊接部位散射激光，这是捕获高质量视频所必需的。
如果不使用脉冲激光器，传感器将产生饱和的图像。另一方面，仅使用激光器会使拍摄对象变亮，但焊接发出的光亮对传感器来说仍然太强。增加带通滤镜可以消除绝大多数来自焊接事件发射的光子，同时允许散射的激光光子穿过并到达 CMOS 传感器。与激光相比，落在带通滤镜范围内的焊接事件所发出的光可以忽略不计，因此也就无法被检测到。
将高速摄像机与激光脉冲同步，生成黑白视频，从而对焊接事件有清晰理解。
带通滤镜允许通过的波长范围较窄，允许来自激光的散射光子和一些来自焊接发射的光子到达 CMOS 传感器，剩余的光则被排除在外
摄像机和激光器的同步
在 Sigma-Netics 公司的实验中，高速专家使用了 Oxford Laser 的 1 千瓦、808 纳米 Firebird 脉冲激光器。激光器配备了一个液体光导和扩散光学装置，可以调整光斑大小。为了照亮四分之一英寸的焊接区域，将光斑的直径调整为 1 英寸左右。
Phantom VEO 1310 高速摄像机配备一个 100 毫米的 Makro 镜头，延长管和 810 纳米的带通滤镜（+/- 5 纳米）。通过 5 伏晶体管-晶体管逻辑（TTL）信号将摄像机与激光器同步，确保仅在每个激光脉冲期间捕获图像。
脉冲激光器和带通滤镜相结合，使 VEO 1310 捕获到 TIG 焊接过程的高质量视频
摄像机 5 伏 TTL 输出信号的下降沿和上升沿对应于一帧曝光及随后捕获的开始与结束。通过将激光控制器设置为“下降”，激光就会在摄像机每次开始图像曝光时发射一个脉冲。脉冲宽度，即每个脉冲持续的时间，与摄像机的 1 微秒曝光时间相匹配。该团队以 2000 帧/秒（fps）和 1280 x 960 的分辨率进行录制，为进一步的分析收集到高质量的视频。
VEO 1310 高速摄像机
明亮区域的观测
得益于先进的脉冲激光照明技术、带通滤镜和 Phantom 高速摄像机，Sigma-Netics 公司成功捕获了熔池，并消除了焊接发光所导致的过度饱和。捕获的镜头证实了 TIG 焊接过程中的熔融填充材料会渗入法兰和波纹管之间的接口处，该信息验证了 Sigma-Netics 公司的 TIG 焊接工艺确实能够制造出尺寸完整的组件。
带通滤镜消除了明亮的像素饱和，并提供了熔池的清晰视图
脉冲激光照明装置也适用于其他高度发亮事件的研究，如弹道学和燃烧过程。值得注意的是，该技术中使用的激光可能极其强烈，例如本研究中使用的 IV 类激光，这种量级的激光器操作起来非常危险，在操作过程中需要适当的保护设备和措施。
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