[发明专利]广角VISAR物面重构方法

说明书

本发明公开了一种广角VISAR物面重构方法，包括以球形靶面中心为原点，建立空间直角坐标系；建立由球形靶面上任意一物点向靶面球心附近发出的光线与椭球镜表面交点的位置方程，以及所述交点的椭球面方程，获得参数表示的交点坐标；依据所获取的交点坐标，以及反射光线的方向向量，建立所述反射光线的参数方程，获得反射光线与二维平面交点的集合；选取像质评价函数由所述集合获得物点对应的像点。本发明通过选取像质评价函数，并建立像点坐标追踪算法，同时充分考虑了不同类型工程误差对像面形状的影响，实现了物像坐标的精确对应，最终减弱甚至消除了激光聚变中广角VISAR像面变形导致的靶面冲击波速度表信息追踪困难的问题。

技术领域

本发明涉及激光测量技术领域，具体涉及一种广角VISAR物面重构方法。

背景技术

在激光聚变中，通常使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)作为冲击波探测的工具。在VISAR中，从冲击波阵面反射回的探针光由于光学多普勒效应频率发生改变，被成像系统收集后进入干涉仪，频率信息以干涉条纹的形式输出到条纹相机上；条纹相机扫描视场中的光强变化，并转接到检测器(一般为CCD)上进行记录，通过读取记录图样中的条纹移动可获得冲击波的速度信息，这些信息可广泛用于高压状态方程、脉冲整形、冲击波作用下的材料特性、冲击波预热及辐射温度测量等研究领域。

经典的VISAR技术应用大多局限于多点、线或平面的采样，较少应用于激光聚变内爆过程中冲击波的宽角度、高时空分辨诊断。近年来，广角VISAR技术被提出，例如公开号为CN106199038A的专利文献，其公开了一种激光聚变靶丸物态信息立体测量系统，通过在激光聚变靶丸中设置椭球面反射镜后，实现了探测界面和VISAR探针光路的转接，表观上将3维球面的内爆冲击压缩转换成二维的平面压缩过程并记录，解决了传统冲击波探测由于取样局限难以用于三维对称性诊断的问题，为汇聚型流体力学诊断提供了新方法。该技术在神光III原型装置上被成功验证，获得了广角的动态冲击波速度干涉条纹。

在VISAR记录图样中，像面反应靶丸位置信息，条纹数据反应速度信息，两种信息同时被条纹相机进行了记录，一般只要像面与靶面具有明确的位置对应关系，就可以根据记录的条纹图样获得靶面各处位置的速度信息。在经典的VISAR测量中靶面与像面就具有明确的对应关系，而在广角VISAR中，由于椭球镜面的使用，存在像面弯曲变形，使得条纹相机记录图像不能直观反映靶面变化，导致靶面冲击波速度信息追踪困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种广角VISAR物面重构方法，通过建立像点坐标追踪算法，实现了物像坐标的精确对应，以解决由于广角VISAR像面变形导致的靶面冲击波速度信息追踪困难的技术问题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种广角VISAR物面重构方法，包括以球形靶面中心为原点，建立空间直角坐标系；建立由球形靶面上任意一物点向靶面球心O附近发出的光线与椭球镜表面交点P(x₀,y₀,z₀)的位置方程，以及所述交点P(x₀,y₀,z₀)的椭球面方程，并联立求解，获得参数表示的交点坐标；依据所获取的交点坐标，以及光线经该交点后反射光线的方向向量(c₁,c₂,c₃)，建立所述反射光线的参数方程，并将靶面范围内各点代入该方程求解，获得反射光线与二维平面交点的集合；选取像质评价函数由所述集合获得物点对应的像点。

采用以上方法，通过建立像点坐标追踪算法，实现了物像坐标的精确对应，使得广角VISAR在像面变形后仍可实现靶面冲击波速度信息的追踪。

作为优选，所述交点P(x₀,y₀,z₀)的位置方程为：

椭球面方程为：