[实用新型]一种同时分幅扫描超高速光电摄影系统

说明书

技术领域

本实用新型属于高速摄影测试技术领域，具体涉及一种可同时实现分幅成像和扫描成像的光电摄影系统，该系统可在一次实验中获得超高速瞬态过程同一时基、同一空基的分幅和扫描图像。

背景技术

高速摄影技术是研究高速运动过程的一种重要测试方法，针对不同时间变化过程的瞬态事件的测量，需要不同摄影频率和时间分辨力的摄影技术。高速摄影技术按拍摄频率和时间分辨力两个重要指标分类又可以分为低、中速，甚高速和超高速三大类；按成像方式可分为光学机械结构高速摄影设备和光电成像高速摄影设备。

高速摄影与一般摄影技术最根本的区别，就是它具有高的时间分辨本领，能够跟踪快速变化过程的发生和发展，并记录下来。由于其具有时间/空间分辨率高、画幅尺寸大以及摄影频率高等优点，能够直观形象地反映高速瞬变过程或事物瞬态变化及发展趋势的一维、二维或三维空间位置随时间的变化，为研究高速现象的发生机理和规律提供可靠数据，具有其它测试手段不可替代的优点。因此，不仅在物理、化学、生物、医学、材料等自然科学领域有着广泛的应用，而且是汽车安全性能测试、航空发动机研制、在线工业检测、发射及碰撞类研究等工程技术领域常用的测试手段；同时超高速光电摄影技术更是武器物理研究及工程应用等军事领域不可或缺和替代的测试工具。

同时分幅扫描高速摄影系统可以在一次实验中获得同时分幅、扫描记录的图像，得到瞬态过程更丰富的时空信息。传统光学机械结构的同时分幅扫描摄影设备通常采用电动或气动控制的高速旋转反射镜成像，这导致进一步提高摄影频率非常困难，因为相机摄影频率决定于系统内部转镜的转速，其转速的提高势必导致转镜工作稳定性下降，而且受限于其光学结构，摄影频率、扫描速度的提高也会导致系统空间分辨率的下降。同时因该类系统曝光时间较长，在单幅曝光时间内产生的图像模糊量（像移）较大。随着电磁内爆等离子体放电、受控核聚变、激光与物质相互作用等超快过程研究的深入，由于该类超快过程持续时间非常短，通常在几十纳秒以内，传统的光学机械结构的同时分幅扫描摄影设备最高时间分辨率在百纳秒量级，已经不能满足上述实验过程测试需求。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了针对目前基于光学机械结构的同时分幅扫描成像系统摄影频率和时间分辨率很难进一步提高的缺陷，提供一种新型的同时分幅扫描成像超高速光电摄影系统。

本实用新型采用如下技术方案：一种同时分幅扫描超高速光电摄影系统，所述系统包括：中继成像单元、光学分光系统、扫描成像系统、分幅成像系统、精密延时及控制系统、高压供电及脉冲产生模块、控制计算机；被测目标通过中继成像单元和光学分光系统同时成像到扫描成像系统和分幅成像系统，通过精密延时及控制系统和高压供电及脉冲产生模块控制同步成像；所述分幅成像系统和扫描成像系统其本身具有非常低的开启时间晃动和可从纳秒到毫秒以上时间范围内连续可调的开启时间延时；所述分幅成像系统和扫描成像系统每幅图像曝光时间可以分别由高压门控脉冲产生模块和高速高线性度扫描斜坡产生模块从纳秒到毫秒以上时间范围内任意调节。

在上述技术方案中，所述中继成像单元包括主物镜、分划板和电磁快门。

在上述技术方案中，所述光学分光系统包括分光棱镜、分光物镜、平面反光镜、分光棱锥、分光六面棱锥。

在上述技术方案中，所述扫描成像系统包括扫描狭缝、皮秒时间分辨条纹变像管、高速高线性度扫描斜坡产生模块、中继成像模块和CCD接收模块。

在上述技术方案中，所述分幅成像系统包括纳秒超快门选通像增强器、高压门控脉冲产生、中继成像模块和CCD接收模块。

本实用新型的优点在于：第一，系统采用一个物镜成像后利用光学分光系统将像面分别耦合到分幅成像组件和扫描成像组件，保证了分幅成像组件和扫描成像组件具有同样的空间基准；第二，通过系统内部精密的时序控制，使分幅成像和扫描成像工作时刻严格同步，保证了系统各成像模块具有同一时间基准；第三，由于系统采用光电成像方式，使系统分幅摄影频率大大提高，可达到每秒2亿幅频以上；扫描时间分辨率也可以达到皮秒量级，远远超过基于光学机械结构的同时分幅扫描成像系统的技术指标；第四，当前光学机械结构的同时分幅扫描成像系统只能采用底片成像，拍摄一次后需重新更换底片，底片还要经过冲洗才能获得拍摄结果，这种方式虽然比较简单，但后续图像获取均需要专门人员完成，而且在洗像过程中还有可能操作不当导致数据丢失，不能实时数字化及显示拍摄效果，也为后续图像处理引入较大工作量，本系统可以克服上述缺点，实时获取动态过程的图像，大大提高了实验效率。