[发明专利]多火花式极高速数字成像系统及方法

权利要求书

1.一种多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，包括：

照明单元，用于将脉冲激光束在单个脉冲持续时间内分解为依次通过多个光输出口输出朝向目标的多个时序闪光；

光学系统单元，用于在每个闪光持续期间将实时目标状态成像；

图像记录单元，用于记录并读取所述每个闪光持续期间的目标状态的图像；及

同步控制单元，用于提供多通道的可编程的延迟输出脉冲，以对所述照明单元、所述图像记录单元及目标之间的精密触发进行同步控制。

2.根据权利要求1所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，所述照明单元包括：激光器、分束镜、光学延迟线、准直系统、电光偏转器、光导装置、PIN快速光电管及高压电脉冲发生器；其中：

所述分束镜设置在所述激光器输出端，用于将来自所述激光器的脉冲激光束分成两路：第一路脉冲激光束经由所述光学延迟线和准直系统到达所述电光偏转器，第二路脉冲激光束经由所述PIN快速光电管转换为电脉冲传送至高压电脉冲发生器，所述高压电脉冲发生器与所述电光偏转器相连；

所述电光偏转器受控于所述高压电脉冲发生器产生的高压电脉冲，用于将从所述准直系统接收到的第一路脉冲激光束在单个脉冲持续时间内转换成直线轨迹的时序扫描光束；

所述光导装置用于将所述直线轨迹的时序扫描光束转换为环状轨迹的时序扫描光束，并通过所述多个光输出口输出，从而产生所述多个时序闪光。

3.根据权利要求2所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，所述脉冲激光束为调Q脉冲激光束，所述光输出口的数量为4至20个，所述多个时序闪光之间的间隔为ns级或亚ns级。

4.根据权利要求3所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，所述电光偏转器包括LiNbO₃电光晶体。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，所述图像记录单元包括与所述多个光输出口的数量相对应的多个CCD摄像头及与所述多个CCD摄像头相连的图像采集卡；所述多个CCD摄像头呈环状分布，其镜头对准环心。

6.根据权利要求5所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，

所述光学系统单元包括

第一场镜，其前焦面与所述多个光输出口共面；

第二场镜，其前焦面与所述第一场镜的后焦面共面，所述目标位于所述第一场镜和第二场镜的共焦面上，

多面锥镜，其位于呈环状分布的多个CCD摄像头的环心处，用于对所述环状布置的多个点光源发出的所述多个时序闪光进行成像光线路由，以成像在对应摄像头的CCD靶面上。

7.根据权利要求5所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，所述同步控制单元包括：

模拟延迟模块，用于对延迟输出脉冲的延迟量低位部分进行控制；及

数字延迟模块，用于对延迟输出脉冲的延迟量高位部分进行控制。

8.根据权利要求5所述的多火花式极高速数字成像系统，其特征在于，所述图像采集卡包括E个采集通道，通过F-1个扩展接口与所述多个CCD摄像头相连，从而将所述多个CCD摄像头分为F个组，并依次对每一组CCD摄像头的图像进行并行采集，其中，2≤E≤4、F≥2，所述CCD摄像头的数量最多为E×F个。

9.一种多火花式极高速数字成像方法，其特征在于，包括：

提供多通道的可编程延迟输出脉冲，以同步控制如下步骤：

产生脉冲激光束，并在单个脉冲持续时间内依次通过多个光输出口输出朝向目标的多个时序闪光；

在每个闪光持续期间将此时的目标状态成像；及

记录并读取所述每个闪光持续期间的目标状态的图像。

10.根据权利要求9所述的多火花式极高速数字成像方法，其特征在于，所述脉冲激光束为调Q脉冲激光束，所述多个时序闪光之间的间隔为ns级或亚ns级。