[發(fā)明專利]一種超高速連續(xù)采樣的條紋相機(jī)成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110996261.3
• 申請(qǐng)日: 2021-08-27
• 公開（公告）號(hào): CN113686312B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興;吉超;田進(jìn)壽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號(hào): G01C11/02
• 分類號(hào): G01C11/02;H04N5/372
• 代理公司: 西安智邦專利商標(biāo)代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發(fā)明公開了一種超高速連續(xù)采樣的條紋相機(jī)成像方法，主要解決了條紋相機(jī)讀取信息效率低且不能連續(xù)采樣的技術(shù)難題。該成像方法為：數(shù)字延遲器觸發(fā)條紋相機(jī)使其工作，目標(biāo)信號(hào)進(jìn)入條紋相機(jī)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；不同時(shí)刻的電信號(hào)被附加高頻掃描信號(hào)的掃描偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)；被偏轉(zhuǎn)的電信號(hào)依次到達(dá)線陣CCD，同時(shí)數(shù)字延遲器觸發(fā)線陣CCD采集第一行數(shù)據(jù)，經(jīng)過Δt后觸發(fā)線陣CCD采集第二行數(shù)據(jù)，依此類推，直至一個(gè)時(shí)間窗口的CCD陣列數(shù)據(jù)采集結(jié)束；依此采集所有時(shí)間窗口的CCD陣列數(shù)據(jù)；最終通過計(jì)算機(jī)終端將采集的所有數(shù)據(jù)拼接，實(shí)現(xiàn)跨時(shí)間窗口連續(xù)信號(hào)的重建，最終通過顯示單元展示目標(biāo)圖像。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光電子超快診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超高速連續(xù)采樣的條紋相機(jī)成像方法。

背景技術(shù)

條紋相機(jī)是一種具有超高時(shí)間分辨的一維成像器件，其工作原理是：目標(biāo)的光學(xué)圖像經(jīng)過光學(xué)鏡頭上的狹縫以后變?yōu)橐痪S的狹縫圖像，一維狹縫圖像與條紋管的光電陰極相互作用后基于光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為容易被操控的電信號(hào)。電信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到掃描偏轉(zhuǎn)板內(nèi)線性電場(chǎng)的調(diào)制作用，將不同時(shí)間到達(dá)的電子信號(hào)在空間上展開，這些電子轟擊熒光屏后再產(chǎn)生光學(xué)信號(hào)，最終采用圖像采集器件將光學(xué)信號(hào)記錄，它的時(shí)間分辨率可以從微秒量級(jí)(10^-6s)到飛秒量級(jí)(10^-15s)。但是受限于電子偏轉(zhuǎn)掃描成像的工作原理，在超高時(shí)間分辨率的條件下條紋相機(jī)單次可連續(xù)成像的時(shí)間被限制在很窄的時(shí)間窗口內(nèi)(比如100ns掃描時(shí)間下的時(shí)間分辨率通常在1ns左右)。條紋相機(jī)的這種缺點(diǎn)導(dǎo)致許多在納秒尺度到百皮秒尺度的快速、高精密、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的現(xiàn)象無法有效觀察，如生物熒光壽命，含能燃料燃燒，高精度的半球諧振子頻率檢測(cè)等，要想獲得這些現(xiàn)象的完整演化信息，就需要條紋相機(jī)無時(shí)間窗口約束、長(zhǎng)時(shí)間的信息采集。

傳統(tǒng)的條紋相機(jī)采用面陣CCD全像元讀取掃描數(shù)據(jù)，但是CCD二維陣列不僅價(jià)格昂貴，而且時(shí)間分辨率僅在毫秒量級(jí)，將條紋相機(jī)可重復(fù)的掃描間隔約束在毫秒量級(jí)，且CCD二維陣列讀出會(huì)造成兩個(gè)時(shí)間上的消耗：

(1)二維陣列讀取CCD需等待條紋信息掃滿全屏才可以開始讀取，而事實(shí)上每個(gè)條紋信息在時(shí)間和空間上都是獨(dú)立的，不同條紋信息到達(dá)CCD上的時(shí)間和位置不同，當(dāng)信息到達(dá)CCD時(shí)就可以開始獨(dú)立采集，因此采用CCD全像元讀取的方式?jīng)]有充分利用到對(duì)無數(shù)據(jù)像元非必要讀出的冗余時(shí)間；

(2)CCD的讀出速度與單次讀出像元的數(shù)量有很大的關(guān)系，條紋相機(jī)的實(shí)時(shí)成像信息僅為一維信息，而CCD全像元讀取的方式會(huì)明顯加劇電路信息讀出的復(fù)雜度。例如：線陣CCD的讀出速度可以達(dá)到10MHz,而普通面陣CCD的讀出速度僅為KHz量級(jí)，造成4個(gè)時(shí)間量級(jí)的讀出時(shí)間消耗。

綜上所述，傳統(tǒng)的條紋相機(jī)采用二維陣列CCD讀出的線條紋數(shù)據(jù)的方式存在讀出方式時(shí)間冗余問題，以及讀出電路復(fù)雜度高的弊端，無法實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間窗口信息的連續(xù)銜接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種超高速連續(xù)采樣的條紋相機(jī)成像方法及系統(tǒng)，從而解決條紋相機(jī)讀取信息效率較低且不能連續(xù)采樣的技術(shù)難題。

針對(duì)以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種超高速連續(xù)采樣的條紋相機(jī)成像方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

步驟一：數(shù)字延遲器t0時(shí)刻觸發(fā)條紋相機(jī)工作，目標(biāo)光信號(hào)進(jìn)入條紋相機(jī)被轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

步驟二：所述電信號(hào)按時(shí)間序列被劃分為多個(gè)時(shí)間窗口，以t＝1/(f×Δt)作為一個(gè)時(shí)間窗口，在該時(shí)間窗口進(jìn)入條紋相機(jī)陰極的電信號(hào)被附加高頻掃描信號(hào)的掃描偏轉(zhuǎn)板偏轉(zhuǎn)；其中，所述高頻掃描信號(hào)的頻率f為100KHZ～2MHz；Δt為條紋相機(jī)的工作周期；

步驟三：偏轉(zhuǎn)后的電信號(hào)依次到達(dá)線陣CCD，形成1/(f×Δt)行CCD陣列數(shù)據(jù)；

步驟四：數(shù)字延遲器在t0時(shí)刻觸發(fā)線陣CCD采集第一行數(shù)據(jù)，再經(jīng)過Δt后數(shù)字延遲器觸發(fā)線陣CCD采集第二行數(shù)據(jù)，依此類推，直至一個(gè)時(shí)間窗口CCD陣列數(shù)據(jù)采集結(jié)束；