[发明专利]一种超高速分幅相机系统及成像方法

说明书

技术领域

本发明属于高速光电成像领域，涉及真空光电成像器件和图像处理方法，具体涉及一种超高速分幅相机系统及成像方法。

背景技术

X射线分幅相机是激光核聚变及激光等离子体物理研究的重要工具。由于激光等离子体的整个作用过程仅发生在数纳秒内，因而超快分幅成像技术便应运而生。X射线分幅相机用于观测惯性约束核聚变(ICF)实验过程中等离子体温度和密度随时间变化的二维形貌，在研究流体力学不稳定性，内爆动力学与压缩对称性研究和X射线背光照相研究等方面有着广泛的应用。

在ICF内爆动力学和界面诊断研究中，内爆过程的推进速度很快，在利用X射线分幅相机进行时间分辨二维成像测量时，为避免像的动态模糊，要求X射线分幅相机的曝光时间小于40ps。而现有MCP选通式分幅相机其时间分辨由于受到关键器件MCP微通道渡越时间的限制，极限曝光时间只有约60ps。

现有行波选通分幅成像技术一般采用四条微带型光电阴极，每条微带阴极需一路选通电脉冲输入，其主要缺点如下：

1)由于微通道板的孔径比较大，光电子的渡越时间较长，因此相机的曝光时间提高受到限制；

2)目前研制更小孔径、更薄厚度的微通道板技术上有一定的困难，所以无法通过改变通道板参数提高分幅相机的时间分辨率；

3)利用纯电子学方法产生脉宽为百皮秒的高压脉冲已达到半导体器件的极限速度，因而无法通过缩小电子快门的门宽提高时间分辨。

发明内容

为了解决背景技术中所提出的技术问题，本发明提出了一种超高速分幅相机系统，有效解决了现有分幅相机系统时间分辨无法满足实验需求的技术问题。

本发明的技术方案是：一种超高速分幅相机系统，其特殊之处在于：包括电控系统及目标光源发出光信号的路径上依次设置的针孔板、分幅管组件及用于采集、记录并进行数据分析的图像采集模块；上述分幅管组件与图像采集模块之间设置有荧光屏；还包括与分幅管组件连接的高压脉冲发生器；上述电控系统分别与高压脉冲发生器、分幅管组件、图像采集模块连接；

上述电控系统包括输入模块、选通模块、板压模块、屏压模块和控制模块；上述控制模块分别连接输入模块、选通模块、板压模块、屏压模块；

上述分幅管组件包括法兰盘，法兰盘一端设置有用于固定荧光屏的可伐环；上述荧光屏正上方设有通过线路板固连在法兰盘上的微通道板；上述线路板通过微通道板压环固连在法兰盘上；上述微通道板上设置有阴极微带线组；上述阴极微带线组包括第一阴极微带线、第二阴极微带线、第三阴极微带线、第四阴极微带线；上述线路板上设置有渐变线，渐变线的一端与输入模块连接，另一端与微通道板上的阴极微带线连接；

上述目标光源所产生的光信号通过针孔板成像在阴极微带线的不同位置，阴极微带线把光子通过光电阴极转换成光电子；当阴极微带线上没有加电压时，光电子就会被微通道板吸收而无增益输出；当在微通道板输入与输出面之间加电压时，在微通道形成加速电场，光电子在该电场作用下碰撞微通道板的通道壁，产生二次电子倍增，然后穿过微通道板，打在荧光屏上，形成可见光图像输出。

一种超高速分幅相机系统的一种超高速分幅相机成像方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1】目标光源产生的光通过针孔阵列板同时投影在光电阴极的不同位置并且产生光电子；

2】电控系统产生两路高精度同步、幅度2500V、脉宽180ps的快门脉冲和两路高精度同步、幅度2500V、脉宽220ps的快门脉冲；

3】宽度为180ps的脉冲分别与分幅管的第一和第三条微带线连接，宽度为220ps的脉冲分别与分幅管的第二和第四条微带线连接；

4】步骤2】所产生的4路快门脉冲从微带线阴极的一端向另一端传输，在微通道板两端形成加速电场，光电子在该电场作用下碰撞微通道板的通道壁，产生二次电子倍增，然后穿过微通道板，打在荧光屏上，使针孔板投在微带阴极上面的图像成像于荧光屏上；

5】图像采集模块采集荧光屏上的图像并且将图像数字化；

6】通过图像采集模块得到分幅图像。

上述步骤6】包括以下步骤：

6.1读进原始探测器上所采集到的图像，根据图像的特点进行图像裁剪，将图像分成8个子图像；

6.2从8个子图像中选取相应的2个图像进行匹配；

6.3选用SIFT算法匹配图像，随机选取几个匹配点，由算法自行计算图像的特征点，然后用SIFT算法匹配图像，求出A1,所述A1为图像的偏移坐标；