传统的纹影成像是一种复杂的成像技术，用于描述动态流体中的密度梯度。由于该梯度通常发生在瞬间，因此纹影技术依赖于高速摄像机。除了传统的黑白纹影外，还可以使用颜色来表达流动的数据，例如用于指示方向的彩色纹影。
在近期的一项应用中，来自澳大利亚新南威尔士大学的副教授兼流体力学研究员 Harald Kleine 使用高速摄像机结合方向指示彩色纹影成像技术，研究超音速流动和冲击波如何与钝体相互作用。阅读下文，您将深入了解何为彩色纹影以及 Kleine 如何使用该技术推进他的空气动力学研究。
传统纹影技术与彩色纹影技术的对比
纹影成像系统可以检测到由于压力、温度或流体密度的改变所导致的流体折射率变化。具体来说，该系统揭示并测量出光在通过不同密度的区域时是如何弯曲的。传统的黑白纹影表达了光线的折射程度，而方向指示彩色纹影则更进一步，它能表明这类折射所发生的方向。
传统纹影系统使用一个扩展的点光源来规定（系统可检测到的）最大折射的范围，并利用刀刃阻挡定义系统灵敏度。在彩色纹影系统中，通过排列彩色滤光片代替扩展点光源，这种排列的形状决定了阻挡的形状，例如：如果滤光片排列成一个圆圈，那么刀刃阻挡也应是一个圆圈，类似于光圈的形状。
方向指示彩色纹影也会使用扩展的圆形滤光片排列，通常有红色、蓝色、绿色的区分。被观察物体的密度梯度导致其中一种或两种颜色透过滤光片阻挡，通过光的折射从而在图像上呈现新的颜色。因此，成像专家可以使用不同颜色表达出每个折射方向，例如：向上弯曲的光线在图像上呈现绿色，向下弯曲的光线则在图像上呈现红色或蓝色。
成像专家通过校准系统能够得知哪个折射方向对应哪种颜色。得益于该技术，彩色纹影展现出全方向灵敏度的额外优势，而传统的刀刃纹影系统只能检测单个方向的梯度。
使用彩色纹影进行冲击波实验
Kleine 最近将方向指示彩色纹影成像技术与 Vision Research 的 Phantom TMX 7510 高速摄像机进行结合，用于观察冲击波在超音速气流中与钝尖（符合空气动力学形体）的相互作用。这三个实验的概述如下：
钝体尖锥. 第一个实验是在超音速风洞中，比较两款长短不同的钝体尖锥经受 2 马赫气流的影响。在 180,000 帧/秒（fps）和 200 纳秒（ns）曝光下进行录制时，他观察到了冲击波振荡。记录表明，振荡强度取决于尖锥的长度和直径，例如：与长而窄的尖锥相互作用时，振荡幅度大且剧烈，而与短且宽的尖锥相互作用时，振荡则相对温和。
冲击波聚焦.第二个实验研究的是冲击波聚焦。与第一个实验相同，通过使用 Phantom TMX 7510 高速摄像机，Kleine 记录下平面冲击波和复合反射面（由弯曲入口和反射面组成）的相互作用。冲击波速度在 1.2 马赫到 1.3 马赫之间。
冲击波与斜坡的相互作用. 在第三个实验中，Kleine 研究了冲击波如何与斜坡相互作用。实验视频显示，冲击波通过坡道，在顶部尖端处遇到一个尖角，然后发生衍射。得益于彩色纹影技术与 Phantom 相机的完美搭配，该实验揭示出在衍射前不久所产生的不规则的小马赫冲击波反射。衍射冲击波会产生一个强烈且可压缩的漩涡，方向指示纹影系统将其显示为圆形的彩虹图案。
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Kleine 的实验表明，在某些特定条件下，短且宽的尖锥相较于长且窄的尖锥，其空气动力学气流稳定性更佳。如果没有方向指示彩色纹影和充足的时间分辨成像，这些流体流动过程中的许多细节则无法被观察到
了解更多有关纹影成像的内容，请访问
在近期的一项应用中，来自澳大利亚新南威尔士大学的副教授兼流体力学研究员 Harald Kleine 使用高速摄像机结合方向指示彩色纹影成像技术，研究超音速流动和冲击波如何与钝体相互作用。阅读下文，您将深入了解何为彩色纹影以及 Kleine 如何使用该技术推进他的空气动力学研究。
传统纹影技术与彩色纹影技术的对比
纹影成像系统可以检测到由于压力、温度或流体密度的改变所导致的流体折射率变化。具体来说，该系统揭示并测量出光在通过不同密度的区域时是如何弯曲的。传统的黑白纹影表达了光线的折射程度，而方向指示彩色纹影则更进一步，它能表明这类折射所发生的方向。
传统纹影系统使用一个扩展的点光源来规定（系统可检测到的）最大折射的范围，并利用刀刃阻挡定义系统灵敏度。在彩色纹影系统中，通过排列彩色滤光片代替扩展点光源，这种排列的形状决定了阻挡的形状，例如：如果滤光片排列成一个圆圈，那么刀刃阻挡也应是一个圆圈，类似于光圈的形状。
方向指示彩色纹影也会使用扩展的圆形滤光片排列，通常有红色、蓝色、绿色的区分。被观察物体的密度梯度导致其中一种或两种颜色透过滤光片阻挡，通过光的折射从而在图像上呈现新的颜色。因此，成像专家可以使用不同颜色表达出每个折射方向，例如：向上弯曲的光线在图像上呈现绿色，向下弯曲的光线则在图像上呈现红色或蓝色。
成像专家通过校准系统能够得知哪个折射方向对应哪种颜色。得益于该技术，彩色纹影展现出全方向灵敏度的额外优势，而传统的刀刃纹影系统只能检测单个方向的梯度。
使用彩色纹影进行冲击波实验
Kleine 最近将方向指示彩色纹影成像技术与 Vision Research 的 Phantom TMX 7510 高速摄像机进行结合，用于观察冲击波在超音速气流中与钝尖（符合空气动力学形体）的相互作用。这三个实验的概述如下：
钝体尖锥. 第一个实验是在超音速风洞中，比较两款长短不同的钝体尖锥经受 2 马赫气流的影响。在 180,000 帧/秒（fps）和 200 纳秒（ns）曝光下进行录制时，他观察到了冲击波振荡。记录表明，振荡强度取决于尖锥的长度和直径，例如：与长而窄的尖锥相互作用时，振荡幅度大且剧烈，而与短且宽的尖锥相互作用时，振荡则相对温和。
冲击波聚焦.第二个实验研究的是冲击波聚焦。与第一个实验相同，通过使用 Phantom TMX 7510 高速摄像机，Kleine 记录下平面冲击波和复合反射面（由弯曲入口和反射面组成）的相互作用。冲击波速度在 1.2 马赫到 1.3 马赫之间。
冲击波与斜坡的相互作用. 在第三个实验中，Kleine 研究了冲击波如何与斜坡相互作用。实验视频显示，冲击波通过坡道，在顶部尖端处遇到一个尖角，然后发生衍射。得益于彩色纹影技术与 Phantom 相机的完美搭配，该实验揭示出在衍射前不久所产生的不规则的小马赫冲击波反射。衍射冲击波会产生一个强烈且可压缩的漩涡，方向指示纹影系统将其显示为圆形的彩虹图案。
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