[實(shí)用新型]一種高速運(yùn)動(dòng)過程圖像記錄裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320590480.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-24
• 公開（公告）號(hào): CN203492110U
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫偉峰;熊學(xué)仕;何徽;陶世興;李澤仁;彭其先;田建華;吳廷烈;趙新才;劉寧文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號(hào): H04N5/232
• 分類號(hào): H04N5/232;H04N5/235
• 代理公司: 成都九鼎天元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 徐宏;吳彥峰

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于高速攝影裝置及技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種能夠在一幅圖像中完整呈現(xiàn)運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)過程的高速光電分幅成像裝置，具體的說就是利用脈沖個(gè)數(shù)、脈沖寬度和脈沖時(shí)間間隔可調(diào)的序列高壓脈沖串驅(qū)動(dòng)單個(gè)選通式近貼聚焦像增強(qiáng)器光電陰極來實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)過程的圖像記錄。

背景技術(shù)

高速分幅攝影技術(shù)是研究高速運(yùn)動(dòng)過程的一種重要測(cè)試方法，它與一般攝影技術(shù)最根本的區(qū)別，就是它具有高的時(shí)間分辨本領(lǐng)，能夠跟蹤快速變化或運(yùn)動(dòng)過程的發(fā)生和發(fā)展，并記錄下來。高速分幅攝影技術(shù)具有時(shí)間分辨率高（曝光時(shí)間短）、攝影頻率高等優(yōu)點(diǎn)，其拍攝的圖像可直觀形象地反映高速瞬變過程發(fā)展趨勢(shì)，從而為研究高速運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理和規(guī)律提供可靠數(shù)據(jù)，具有其它測(cè)試手段不可替代的優(yōu)點(diǎn)。

高速分幅攝影技術(shù)按成像方式可分為光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)高速分幅攝影技術(shù)和高速光電分幅攝影技術(shù)。前者通常采用電動(dòng)或氣動(dòng)控制的高速旋轉(zhuǎn)反射鏡成像，由于高速旋轉(zhuǎn)反射鏡在一定轉(zhuǎn)速下工作穩(wěn)定性下降甚至?xí)l(fā)生變形，這導(dǎo)致進(jìn)一步提高攝影頻率非常困難，目前每幅圖像時(shí)間分辨在亞微秒量級(jí)，攝影頻率在10⁶幅/秒左右；此外，光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)的高速攝影設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、操作繁瑣，也大大限制其應(yīng)用領(lǐng)域。為克服光學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)的高速攝影技術(shù)時(shí)間分辨和攝影頻率很難進(jìn)一步提高的缺點(diǎn)，高速光電分幅攝影技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，主要包括微波傳輸型光電分幅攝影技術(shù)、交叉點(diǎn)掃描多光欄分幅成像技術(shù)、多通道光學(xué)分幅光電攝影技術(shù)。

微波傳輸型光電分幅攝影技術(shù)首先采用光學(xué)針孔成像方法將運(yùn)動(dòng)物體目標(biāo)像面分成空間上分離的多個(gè)像面，在后端的近貼聚焦像增強(qiáng)器的微通道板上制作有微波傳輸線，被光學(xué)針孔成像方法分離的多個(gè)成像像面沿微波傳輸線分布，當(dāng)一個(gè)高壓脈沖沿微波傳輸線傳輸時(shí)，沿微波傳輸線分布的多個(gè)像面就會(huì)被該脈沖依次選通成像，從而得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)像面在不同時(shí)刻的記錄圖像。由于此方法所得到的運(yùn)動(dòng)過程圖像時(shí)間間隔與脈沖沿微波傳輸線的傳輸時(shí)間有關(guān)，通常在數(shù)十皮秒量級(jí)，所以該類系統(tǒng)無法得到納秒以上時(shí)間間隔的分幅記錄圖像。

交叉點(diǎn)掃描多光欄分幅成像技術(shù)采用掃描管電子偏轉(zhuǎn)方式實(shí)現(xiàn)高速分幅成像，其單幅時(shí)間分辨可以達(dá)到亞納秒量級(jí)，但其主要缺點(diǎn)是時(shí)間分辨與畫幅間隔相關(guān)聯(lián)，無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立調(diào)節(jié)，而且其全程記錄時(shí)間只有數(shù)納秒，無法滿足運(yùn)動(dòng)過程在微秒或毫秒時(shí)間范圍的多幅記錄。

多通道光學(xué)分幅光電攝影技術(shù)首先采用棱鏡或平面分光方式將運(yùn)動(dòng)物體目標(biāo)像面分成多個(gè)空間上分離的像面，然后每個(gè)像面用一個(gè)選通式近貼聚焦像增強(qiáng)器進(jìn)行高速選通成像，最后再由CCD記錄。此種技術(shù)的記錄畫幅數(shù)由分光后像面數(shù)量和對(duì)應(yīng)的選通式近貼聚焦像增強(qiáng)器個(gè)數(shù)決定。雖然可以實(shí)現(xiàn)單幅數(shù)納秒到毫秒以上曝光時(shí)間的調(diào)節(jié)，應(yīng)用領(lǐng)域也非常廣，但該技術(shù)采用了復(fù)雜的光學(xué)分光系統(tǒng)將被測(cè)物體成像在不同的像增強(qiáng)器上，設(shè)計(jì)中不可避免因每個(gè)分光系統(tǒng)的不一致性所引入的成像畸變和像差，也不能在同一幅圖像上顯示被測(cè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。此外，每個(gè)分離像面需要對(duì)應(yīng)一個(gè)選通式近貼聚焦像增強(qiáng)器，勢(shì)必增加系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

在高速分幅成像技術(shù)中還有利用自聚焦透鏡陣列分光成像、激光脈沖照明成像等方式。自聚焦透鏡陣列分光成像基本原理與多通道光學(xué)分幅光電攝影相同，也是將目標(biāo)像面分成多個(gè)空間上分離的像面然后利用后端CCD記錄成像；激光脈沖照明成像利用脈沖激光照亮目標(biāo)形成短曝光時(shí)間，然后利用CCD記錄成像，該高速成像技術(shù)只能在背景環(huán)境光較暗的場(chǎng)所應(yīng)用，而且對(duì)激光光束的光斑均勻性要求較高，否則曝光不均勻，成像質(zhì)量較差。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本實(shí)用新型的主要目的是提出一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅用一個(gè)通道光學(xué)耦合模塊和一個(gè)選通式近貼聚焦像增強(qiáng)器，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行快速分幅圖像記錄的裝置。由于該裝置未使用多路分光系統(tǒng)，避免了多路成像時(shí)引入的成像畸變和像差，而且其以非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多次成像。每次成像的曝光時(shí)間在數(shù)納秒到毫秒以上可調(diào)，多次成像間隔也可在十納秒到毫秒以上可調(diào)。該裝置的上述特點(diǎn)使其特別適用于時(shí)間范圍在數(shù)十納秒到毫秒量級(jí)運(yùn)動(dòng)過程的圖像記錄。