[發明專利]一種提取激光等離子體輪廓的系統及方法

有效

• 申請號: 202110569877.2
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113358272B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 袁歡;柯偉;王小華;楊愛軍;劉定新;榮命哲
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L21/00
• 分類號: G01L21/00;H01J37/32
• 代理公司: 北京前審知識產權代理有限公司 11760
• 代理人: 張波濤;陳旭

本公開揭示了一種提取激光等離子體輪廓的系統，包括：等離子體產生單元，通過發送激光脈沖沿第一光路傳輸并照射真空腔產生等離子體；成像單元，用于捕捉沿第一光路返回并繼續沿第二光路傳輸的等離子體，以獲得第一激光等離子體圖像；圖像處理單元，用于對所述第一激光等離子體圖像進行處理，以獲得第二激光等離體子圖像，并從第二激光等離子體圖像中提取激光等離子體的輪廓。

技術領域

本公開屬于等離子體圖像處理領域，具體涉及一種提取激光等離子體輪廓的系統及方法。

背景技術

激光等離子體技術是利用高能脈沖激光轟擊目標靶材產生等離子體的技術，廣泛運用于激光誘導擊穿光譜(Laser?induced?breakdown?spectroscopy)、脈沖激光沉積(Pulsed?laser?deposition)等領域。

基于激光等離子體技術的真空開關真空度檢測技術相比于傳統的真空開關真空度檢測方法具有更高的檢測精度、更低的檢測下限，并極大地降低了環境條件的影響，有望突破半個多世紀以來真空開關真空度檢測的技術瓶頸。大量研究結果顯示，不同氣壓下激光等離子體形貌特征、激光等離子體輪廓面積、激光等離子體輻射強度等有著顯著的差異。研究真空條件下激光等離子體的演化特征具有重要意義，獲取能夠表征真空度的激光等離子體的特征參數，可以為基于激光等離子體成像技術的真空開關真空度檢測方法提供理論依據與應用基礎。激光等離子體輪廓是表征真空的一個關鍵參數，最能直觀表現真空度對激光等離子體的影響。處于真空中的激光等離子體會快速膨脹，壽命通常在微秒量級，并且其尺寸也處于微米量級。通過人眼無法直接觀察到真空下激光等離子體的演化過程，這增加了激光等離子體輪廓的獲取難度。因此，借助于高感光的成像設備ICCD相機，拍攝納秒時間尺度內處于膨脹階段的激光等離子體圖像，通過處理激光等離子體圖像來獲取激光等離子體輪廓。然而，由于光子的量子特性以及設備本底噪聲的影響，激光等離子體圖像具有一定的噪聲，等離子體成像邊界十分模糊，無法準確界定并描繪激光等離子體輪廓。

發明內容

針對現有技術中的不足，本公開的目的在于提供一種提取激光等離子體輪廓的方法，能夠快速準確地提取激光等離子體輪廓。

為實現上述目的，本公開提供以下技術方案：

一種提取激光等離子體輪廓的系統，包括：

等離子體產生單元，通過發送激光脈沖沿第一光路傳輸并照射真空腔產生等離子體；

成像單元，用于捕捉沿第一光路返回并繼續沿第二光路傳輸的等離子體，以獲得第一激光等離子體圖像；

圖像處理單元，用于對所述第一激光等離子體圖像進行處理，以獲得第二激光等離體子圖像，并從第二激光等離子體圖像中提取激光等離子體的輪廓。

優選的，所述等離子體產生單元包括沿第一光路依次設置的脈沖激光器、二向色鏡、第一平凸透鏡和真空腔。

優選的，所述成像單元包括沿第二光路依次設置的第二平凸透鏡和ICCD相機。

優選的，所述圖像處理單元包括：

第一處理子單元，用于去除第一激光等離子體圖像上的背景噪聲，獲得第二激光等離子體圖像；

第二處理子單元，用于對所述第二激光等離子體圖像上各像素點的感光強度值進行高斯曲面擬合，獲得二維高斯曲面；

提取單元，通過對所述二維高斯曲面上所有Z軸坐標值為設定值的像素點進行標注以提取獲得激光等離子體的所有輪廓點。

本公開還提供一種提取激光等離子體輪廓的方法，包括如下步驟：

S100：拍攝獲取第一激光等離子體圖像；

S200：去除第一激光等離子體圖像上的背景噪聲，獲得第二激光等離子體圖像；