你有沒有過這種經(jīng)歷，當你看到自己的呼吸時，說明天氣非常的寒冷。
這在冬天特別的明顯，你呼出的氣像是形成一層霧一樣。
可為什么其他溫暖的季節(jié)卻看不到它們呢？
我們有沒有辦法在照片中捕捉到那種呼吸？
你怎么能看到和拍攝一些看不見的東西，比如氣流？
幸運的是，他們確實發(fā)現(xiàn)了一種方法可以實現(xiàn)拍攝。
什么是紋影成像？
紋影成像是一種利用流體中折射率的變化，來可視化人眼不可見的流體流動的技術。
該技術廣泛用于捕獲氣流圖像。
我們現(xiàn)在可以觀看、拍攝照片或拍攝慢動作視頻，了解空氣的流動和行為方式。
紋影成像可用于捕捉從我們身體升起的熱量、從爆裂的氣球中逸出的氦氣或來自子彈的沖擊波。
通過紋影成像，我們甚至可以看到從我們手中升起的熱量
紋影成像背后的原理
紋影成像的工作原理可以通過折射率的概念來解釋。
光速的變化取決于它通過的介質(zhì)。
光在不同密度的介質(zhì)之間移動時會發(fā)生折射或彎曲。
這種彎曲的程度就是介質(zhì)的折射率。
它是光在真空中的速度與光在介質(zhì)中的速度之比。
折射是鉛筆在部分浸沒時看起來像彎曲的原因
我們通常說空氣的折射率在 1.0003 左右，但這個值會根據(jù)空氣的溫度、壓力和成分等因素而變化。
例如，熱空氣的折射率低于冷空氣的折射率。
這就是為什么我們可能會在炎熱的天氣里看到海市蜃樓。
當光通過非均勻介質(zhì)時，它會發(fā)生折射，這意味著它會稍微彎曲到不同的路徑。
介質(zhì)中折射率的這些變化通常被稱為“紋影”，紋影成像讓我們看到了這種變化。
使用這個工具，我們可以捕捉并更好地理解物體與其周圍空氣的相互作用。
紋影成像的應用
通過紋影成像，我們可以在呼氣時看到自己的呼吸。
我們可以觀察到蠟燭火焰如何與空氣相互作用。
我們可以看到丁烷從打火機中傾瀉而出，以及當我們點燃它時它周圍的空氣究竟發(fā)生了什么。
紋影成像用于捕捉口罩如何控制我們呼出的空氣，從而幫助控制近年來席卷全球的流行病的蔓延。
看到你的呼吸看起來很酷，但這不是紋影成像的主要應用。
紋影成像有助于科學家更好地了解氣流。
該技術的主要應用之一在于航空領域。
該方法對于幫助我們了解空氣在移動飛機周圍的行為非常有益。
它可用于捕捉超音速流動中產(chǎn)生的沖擊波的視覺效果。
NASA使用紋影成像技術來捕捉其超音速飛機的沖擊波。
這些數(shù)據(jù)將對此類飛機的未來設計開發(fā)大有幫助。
紋影圖像顯示了飛行中兩架超音速飛機的沖擊波相互作用，由 NASA 捕獲
紋影成像設置
紋影成像最簡單的設置有燈、鏡子和相機或屏幕。
紋影成像設置
一方面，我們有一個近似點光源的窄光源。
光線擴散開來，照亮我們想要觀察氣流的物體。
然后光被凹面球面鏡或拋物面鏡反射。
反射的光線聚焦到鏡子的焦點上，我們在那里放置了一個相機。
如果我們要查看圖像而不是拍照，我們可以在那里放置一個查看屏幕。
一個薄而鋒利的刀刃放置在相機的前面，將反射光的一半切斷。
邊緣阻擋了一些折射光，從而產(chǎn)生具有良好對比度的圖像。
這種刀刃的存在是紋影設置的一個決定性特征，這使其與稱為陰影成像的類似技術區(qū)分開來。
或者，我們可以使用雙色調(diào)濾色器代替邊緣，從而為我們提供顏色漸變的圖像。
從點燃的蠟燭中升起的氣體的彩色紋影圖像
空氣中的不均勻性——密度變化——意味著一些光被折射，而另一些則沒有。
這轉(zhuǎn)化為圖片中的對比度差異，給我們一個視覺效果。
這種設置稱為經(jīng)典紋影成像。
也可以使用帶有兩個鏡子的配置以獲得更好的分辨率。
鏡頭也經(jīng)常被用來代替鏡子。
設置非常簡單，你甚至可以嘗試在家里自己構(gòu)建一個！
紋影成像的變化
紋影成像的另一種設置稱為聚焦紋影系統(tǒng)。
它將點光源換成光源陣列。圖像是在截止網(wǎng)格的幫助下形成的。
這些特性也賦予了它鏡頭和網(wǎng)格紋影成像的名稱。
聚焦紋影設置
面向背景的紋影成像是另一種用于更大規(guī)模觀察的變體。
當我們不能在物體后面放一面鏡子時，這些就派上用場了，就像我們在上面看到的美國宇航局對超音速飛機的測試一樣。
在紋影成像的幫助下，我們現(xiàn)在可以看到不可見的東西。
科學家可以使用這種技術更好地了解流體流動，我們可以用它來看看蠟燭火焰看起來有多酷，
或者更好地了解口罩如何保護我們免受致命病毒的侵害！
參考資料：
