[发明专利]一种基于光度立体的固体核径迹三维测量系统

说明书

本发明涉及辐射探测与测量技术领域，具体涉及一种基于光度立体的固体核径迹三维测量系统，本发明的基于光度立体的固体核径迹三维测量系统填补了现有的基于光度立体测量物体表面方法不适用CR‑39所造成的空白，克服了原子力显微镜、共聚焦显微镜仪器昂贵，扫描速度慢、经济性差的缺点，且不会对被测物造成损伤，同时能够带动被测物在水平面上高精度移动，补充充足的背景光源，并为控制装置运行设置了按特定逻辑运行的算法。

技术领域

本发明涉及辐射探测与测量技术领域，具体涉及一种基于光度立体的固体核径迹三维测量系统。

背景技术

固体核径迹探测器CR-39(类似于玻璃的长方体薄片材料)已被广泛用于氡及其子体，质子、重离子和中子的测量。其原理是先将CR-39置于辐射场中接受辐照，然后通过测读经化学溶液蚀刻后在CR-39上形成的核径迹的数量和二维形态来推算入射粒子的通量等信息。对于核径迹测读，当前对其二维图像的获取和自动测读技术已非常成熟。但较之于二维图像，CR-39上核径迹的三维结构能提供更多入射辐射信息，例如入射粒子的能量和角度等。

目前可以用原子力显微镜、共聚焦显微镜(两种商用精密测量仪器，常用于材料和生物领域)和切片(沿CR-39侧面切开，再用普通光学显微镜观察径迹剖面)等方法获取CR-39表面核径迹三维形态。两种方法的基本原理都是用光度立体法对物体进行重建，但彼此装置的结构和用途均存在差异。光度立体法是计算机视觉中的一种重建方法，其原理是在固定视角下，根据物体在变化光线照射下不同的反射图像，计算出物体表面的三维形态。本发明提出的方法基于光度立体法的思想。利用多束不同方位的固定激光照射CR-39表面(变化光照)，然后在光学显微镜下(固定视角)获取物体表面的反射图像，依据反射图像重建出当前视野下物体表面的三维结构。

但是这两种方法都有一定缺陷，以原子力显微镜为例，扫描2.5×10^-5cm²面积的表面需耗时约5min，常规的CR-39单片面积在1cm²及以上，完成全片扫描需要3000小时以上；同时原子力显微镜单个造价在百万以上，可测量众多材料参数，并非专用的CR-39测量装置，使用原子力显微镜用于CR-39表面径迹三维结构重建不够经济(共聚焦显微镜原因和原子力显微镜相同)。切片方法会对被测物造成无法修复的损伤，不能推广应用。部分技术所使用的图像获取装置并非显微镜，因而不能在微米尺度下重建物体表面。即使使用了显微镜，但相关方法的装置并非为CR-39整个表面三维结构的特定需求而设计，例如缺乏带动被测物在水平面上高精度移动的结构，缺乏背景光源，缺乏控制装置运行按特定逻辑运行的软件等问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于光度立体的固体核径迹三维测量系统。

本发明提供了一种基于光度立体的固体核径迹三维测量系统，用于对固体核径迹探测器CR-39上核径迹的三维结构进行测量，具有这样的特征，包括：移动模块，用于带动待测量的固体核径迹探测器CR-39沿第一方向或第二方向移动；背景光源模块，设置在移动模块下方，用于为待测量的固体核径迹探测器CR-39提供背景光；图像获取模块，设置在移动模块上方，用于获取背景图像以及待测量的固体核径迹探测器CR-39的图像；高度调节模块，用于沿第三方向调节图像获取模块的位置；激光光源模块，设置在高度调节模块上，用于为待测量的固体核径迹探测器CR-39提供激光光源；图像处理模块，用于对图像获取模块获取的待测量的固体核径迹探测器CR-39的图像进行处理；掩膜建立模块，用于根据对图像获取模块获取的图像建立掩膜；图像重建模块，用于对图像处理模块处理过的图像进行重建；控制模块，用于控制移动模块、背景光源模块、高度调节模块、图像获取模块、激光光源模块、图像处理模块、掩膜建立模块以及图像重建模块。