[实用新型]一种高速运动过程图像记录装置

说明书

技术领域

本实用新型属于高速摄影装置及技术领域，涉及一种能够在一幅图像中完整呈现运动物体运动过程的高速光电分幅成像装置，具体的说就是利用脉冲个数、脉冲宽度和脉冲时间间隔可调的序列高压脉冲串驱动单个选通式近贴聚焦像增强器光电阴极来实现对运动物体运动过程的图像记录。

背景技术

高速分幅摄影技术是研究高速运动过程的一种重要测试方法，它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，能够跟踪快速变化或运动过程的发生和发展，并记录下来。高速分幅摄影技术具有时间分辨率高（曝光时间短）、摄影频率高等优点，其拍摄的图像可直观形象地反映高速瞬变过程发展趋势，从而为研究高速运动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。

高速分幅摄影技术按成像方式可分为光学机械结构高速分幅摄影技术和高速光电分幅摄影技术。前者通常采用电动或气动控制的高速旋转反射镜成像，由于高速旋转反射镜在一定转速下工作稳定性下降甚至会发生变形，这导致进一步提高摄影频率非常困难，目前每幅图像时间分辨在亚微秒量级，摄影频率在10⁶幅/秒左右；此外，光学机械结构的高速摄影设备结构复杂、体积庞大、操作繁琐，也大大限制其应用领域。为克服光学机械结构的高速摄影技术时间分辨和摄影频率很难进一步提高的缺点，高速光电分幅摄影技术应运而生，主要包括微波传输型光电分幅摄影技术、交叉点扫描多光栏分幅成像技术、多通道光学分幅光电摄影技术。

微波传输型光电分幅摄影技术首先采用光学针孔成像方法将运动物体目标像面分成空间上分离的多个像面，在后端的近贴聚焦像增强器的微通道板上制作有微波传输线，被光学针孔成像方法分离的多个成像像面沿微波传输线分布，当一个高压脉冲沿微波传输线传输时，沿微波传输线分布的多个像面就会被该脉冲依次选通成像，从而得到运动目标像面在不同时刻的记录图像。由于此方法所得到的运动过程图像时间间隔与脉冲沿微波传输线的传输时间有关，通常在数十皮秒量级，所以该类系统无法得到纳秒以上时间间隔的分幅记录图像。

交叉点扫描多光栏分幅成像技术采用扫描管电子偏转方式实现高速分幅成像，其单幅时间分辨可以达到亚纳秒量级，但其主要缺点是时间分辨与画幅间隔相关联，无法实现独立调节，而且其全程记录时间只有数纳秒，无法满足运动过程在微秒或毫秒时间范围的多幅记录。

多通道光学分幅光电摄影技术首先采用棱镜或平面分光方式将运动物体目标像面分成多个空间上分离的像面，然后每个像面用一个选通式近贴聚焦像增强器进行高速选通成像，最后再由CCD记录。此种技术的记录画幅数由分光后像面数量和对应的选通式近贴聚焦像增强器个数决定。虽然可以实现单幅数纳秒到毫秒以上曝光时间的调节，应用领域也非常广，但该技术采用了复杂的光学分光系统将被测物体成像在不同的像增强器上，设计中不可避免因每个分光系统的不一致性所引入的成像畸变和像差，也不能在同一幅图像上显示被测物体的运动轨迹。此外，每个分离像面需要对应一个选通式近贴聚焦像增强器，势必增加系统复杂度和成本，降低了系统稳定性和可靠性。

在高速分幅成像技术中还有利用自聚焦透镜阵列分光成像、激光脉冲照明成像等方式。自聚焦透镜阵列分光成像基本原理与多通道光学分幅光电摄影相同，也是将目标像面分成多个空间上分离的像面然后利用后端CCD记录成像；激光脉冲照明成像利用脉冲激光照亮目标形成短曝光时间，然后利用CCD记录成像，该高速成像技术只能在背景环境光较暗的场所应用，而且对激光光束的光斑均匀性要求较高，否则曝光不均匀，成像质量较差。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的不足之处，本实用新型的主要目的是提出一种结构简单，仅用一个通道光学耦合模块和一个选通式近贴聚焦像增强器，就可以实现对高速运动过程进行快速分幅图像记录的装置。由于该装置未使用多路分光系统，避免了多路成像时引入的成像畸变和像差，而且其以非常简单的结构实现对运动目标的多次成像。每次成像的曝光时间在数纳秒到毫秒以上可调，多次成像间隔也可在十纳秒到毫秒以上可调。该装置的上述特点使其特别适用于时间范围在数十纳秒到毫秒量级运动过程的图像记录。