Шлирен-визуализацию с цифровой фокусировкой можно распространить на приложения для высокоскоростного видео. Чтобы дополнить приемник sTube ™, мы разработали высокоинтенсивную цифровую систему подсветки, основанную на технологии прозрачного ЖК-дисплея. Этот дисплей способен обеспечить достаточную интенсивность для микросекундных воздействий в течение продолжительности, указанной заказчиком. Частота кадров ограничена только возможностями камеры. Мы успешно протестировали его с частотой кадров до 8400 кадров в секунду с Phantom Miro m320s, хотя его можно легко адаптировать к большому количеству камер.

В отличие от классической шлирен системы, для которой нужен точечный источник света, для фокусирующей  используется источник света большой площади. Для этого хорошо подходят современные импульсные светодиоды. Они не очень эффективны в качестве быстрых точечных источников высокой мощности, поскольку из одного светодиода сложно выжать более нескольких ватт радиометрической мощности, но массив близко расположенных светодиодов может легко выдать десятки или даже сотни ватт для коротких рабочих циклов. Согласовав оптическую мощность плоской светодиодной матрицы с фокусирующей шлирен-оптикой, мы можем объединить выход десятков светодиодов в систему, что обеспечивает высокую оптическую пропускную способность, необходимую для экспозиций в диапазоне от нескольких сотен наносекунд до микросекунд. С классической Шлирен системой, такие короткие выдержки действительно непрактичны без дорогих и привередливых источников дуговых вспышек. Для фокусировки системы Шлирена, также можно использовать большие источники дуговых вспышек, такие как вспышки для студийной фотосъемки, которые производят в тысячу раз больше энергии дуги квазиточечного источника. Эта гибкость позволяет нам использовать ряд недорогих имеющихся в продаже источников света, которые никогда не могли быть использованы в классической шлирен-системе. 

Обычно матрица освещения может составлять 1 / 4–1 / 3 размера модулятора для идеального согласования внешнего вида, поэтому, поскольку размер модулятора обычно примерно в два раза превышает размер поля зрения, осветитель составляет примерно половину линейного размера. желаемого поля зрения, который можно подключить к оптике. Например, светодиодная матрица размером 15x15 см с импульсным выходом в сотни ватт может сбрасывать почти всю свою энергию в поле зрения 30x30 см, что позволяет легко использовать даже недорогой CMOS-датчик за сотню наносекунд. Это позволяет нам достичь светопропускной способности, в десятки раз превышающей практически достижимую классическими шлирен-системами.

Обычно мы используем высокоэнергетические ксеноновые источники для высокоскоростных видеопоследовательностей в много миллисекундном диапазоне, но мы также можем использовать импульсные светодиоды для получения субмикросекундных снимков без специальной высокоскоростной камеры.

Ниже приведены изображения, снятые с помощью этой системы пламени свечи, взаимодействующего с дробовиком пневматической винтовки, и подвергнутые последующей обработке с помощью нашей специализированной технологии обработки шлирен-изображений. Исходные изображения имеют разрешение 1600x1200 пикселей с выдержкой 5 микросекунд и частотой 1250 кадров в секунду.

Вспышка только что сработала. Этот первый кадр часто не очень хорошо сбалансирован из-за временного дрожания относительно резкого начала интенсивности вспышки, поэтому в следующем кадре будет небольшой скачок яркости изображения.

В настоящее время гранула летит к раме, но еще не дошла до ничего не подозревающей свечи. Само пламя свечи намного ярче, чем фон, освещенный вспышками, но эффект шлирена вокруг столба горячего газа над свечой все еще виден. В этом установившемся режиме колонна находится в плавном ламинарном потоке.

Здесь первоначальная ударная волна (белая кривая) только что прошла через свечу с небольшим возмущением. Этот удар относительно слабый и возникает из-за того, что воздух нагнетается вокруг гранулы и выходит из ствола, так что он бежит впереди удара гранулы.

В этом кадре начинается настоящее действие. Гранула только что прошла над рамкой свечи. Ясно видны более сильные удары, связанные с гранулой, а также ее турбулентный след. Даже в этот момент мы можем видеть некоторое нарушение следа от гранул и пламени свечи. Обратите внимание, что передние края этих ударных волн белые (положительный контраст), что указывает направление, в котором они изгибают свет.

Здесь гранула покинула рамку, но энергия, передаваемая воздуху вокруг свечи, уносит светящиеся газы от стационарного положения, а турбулентный след от гранулы нарушил столб горячего газа.

Слева от изображения мы можем заметить слабое облако, которое (относительно) медленно дрейфует по полю изображения в течение следующих нескольких кадров. Это остаток затяжки воздуха за гранулой.

Примерно в этот момент фон начинает казаться более зернистым, потому что общий уровень освещенности необработанных изображений быстро уменьшается по мере затухания вспышки. Уровни видимого света в этих обработанных изображениях поддерживаются с использованием методов цифровой обработки изображений, но мы не можем обойти физику, лежащую в основе шума в оптическом сигнале. Вот почему кажется, что пламя свечи становится все ярче, хотя на самом деле оно гаснет, но не гаснет так быстро, как вспышка.

Здесь мы видим слабую ударную волну в правой части изображения. Обратите внимание, что эта изгибается в противоположном направлении от более ранних ударных волн, а передняя часть темная (отрицательный контраст), что указывает на то, что она изгибает свет в противоположном направлении. Это потому, что после отражения от цели он возвращается к дробовику.

На этом последнем кадре вспышка почти полностью погасла.

Этот инновационный подход к фокусировке системы Шлирена отличается простым выравниванием и большой площадью, до 20 дюймов в поперечнике с этой системой, без затрат и веса, связанных с 20-дюймовыми зеркалами, которые были бы необходимы в сопоставимой классической Шлирен-системе. Доступны коммерческие прозрачные дисплеи с диагональю до 84 дюймов, обеспечивающие ошеломляющее 40-дюймовое шлирен-поле зрения - сопоставимая классическая шлирен-система Z-типа может весить до 1000 фунтов вместе с креплением.

Несколько изображений ниже показывают всю высокоскоростную систему, установленную в лабораториях Spectabit. Система камер sTube на этих изображениях оснащена Phantom Miro m320s.