[發明專利]一種超快隨機物理過程的圖像捕獲方法

有效

• 申請號: 201711084976.1
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107734232B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 嚴明;胡靜;李剛;陳亮;劉璐;郭明安;李斌康;張忠兵
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/235;H04N5/232
• 代理公司: 61211 西安智邦專利商標代理有限公司
• 代理人: 胡樂

本發明提出一種超快隨機物理過程的圖像捕獲方法，解決了常規圖像捕獲方法很難準確捕捉單次物理過程圖像的問題，尤其適用于隨機粒子事件的單粒子徑跡成像。該方法采用的成像系統由圖像傳感器和像增強器進行光學耦合得到，其中像增強器和圖像傳感器的曝光控制相互獨立；利用像增強器和圖像傳感器的獨立曝光控制功能，通過實驗系統提供預觸發和后觸發信號，對超快隨機物理過程實現單次圖像的穩定可靠捕獲，該方法可有效提高成像系統捕捉隨機過程的能力，并能可靠實現單次過程圖像的捕獲，極大提高了隨機物理過程實驗的圖像獲取能力。

技術領域

本發明涉及超快隨機物理過程的圖像捕獲方法，具體涉及一種能夠應用于現代應用物理實驗研究中超快隨機物理過程的圖像捕獲方法。

背景技術

超快物理過程的圖像捕獲是現代應用物理實驗研究的一項重要內容，是理論物理研究進行實驗驗證的一種重要測試技術手段。物理過程根據其出現的概率，通常可以分為兩種：一種是確定時間物理過程，此類物理過程在實驗系統達到物理過程發生條件后，經過確定的時間(此處所指的確定時間，是指物理過程的持續時間遠大于物理過程出現時間的不確定度)，物理過程必然發生，因此此類過程的圖像捕獲可以通過實驗系統給出的實驗條件達到信號進行精確同步；另一種則為隨機時間物理過程，此類過程在實驗系統達到過程發生條件后，在不確定的時間(此處所指的不確定時間，是指物理過程出現時間的不確定度遠大于物理過程的持續時間)隨機出現，此類物理過程的圖像捕獲難以通過實驗系統的實驗條件信號進行精確同步，常規的圖像捕獲方法通常采取在實驗條件達到信號之后，設定固定的延遲時間和曝光時間進行“撒網式”捕獲的方式，這種方式通常會出現捕捉不到或一幅圖像疊加多次物理過程的情況。

若物理過程的持續時間較長，且不關心過程初始段信息的情況下，可以采用高速分幅相機或ICCD、ICMOS相機，由物理過程出現后產生的觸發信號進行同步，對后續過程進行圖像捕獲；當超快物理過程的持續時間小于數十納秒時，如隨機粒子事件，由于觸發信號產生電路帶來的固有延遲，常規的圖像捕獲方法很難準確捕捉單次物理過程的圖像。

發明內容

本發明提出一種超快隨機物理過程的圖像捕獲方法，解決了常規圖像捕獲方法很難準確捕捉單次物理過程圖像的問題，尤其適用于隨機粒子事件的單粒子徑跡成像。

本發明的技術解決方案為：

超快隨機物理過程的圖像捕獲方法，采用的成像系統由圖像傳感器和像增強器進行光學耦合得到，其中像增強器和圖像傳感器的曝光控制相互獨立；該方法包括以下步驟：

1】實驗系統在需要進行隨機物理過程圖像捕獲時，給出預觸發信號TRIG_PRE，該信號被成像系統識別，即進入等待超快隨機物理過程圖像捕獲狀態；

2】像增強器以時間T₀為周期，以開門和關門時間的占空比為R_H進入重復開關狀態；周期T₀根據實驗對象的隨機物理過程平均出現時間來確定，占空比R_H滿足：在周期T₀下，像增強器的快門能夠正常工作；

3】當超快隨機物理過程出現時，實驗系統將其轉換為可見光過程，并同步產生后觸發信號TRIG_POST，該信號被成像系統識別，即進入超快隨機物理過程圖像捕獲狀態；

4】此時判斷增強器的開門/關門狀態；

若像增強器處于關門狀態，則忽略該過程，并跳轉至步驟2】；

若像增強器處于開門狀態，則關閉像增強器，由圖像傳感器進行曝光并獲取圖像，超快隨機物理過程圖像捕獲完畢。

進一步的，圖像傳感器為CCD或CMOS，相應構成ICCD成像系統或ICMOS成像系統。

進一步的，周期T₀設置為隨機物理過程平均出現時間的兩倍。