CN109218583B - 基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，包括遮光板、条纹相机和N个透射式压缩成像系统，所述条纹相机上设置有N个呈矩阵方式排列的狭缝，所述遮光板等分为与狭缝采用相同矩阵方式排列的N个子区域，在每个子区域上均开设有一个针孔，各个针孔在条纹相机的扫描方向上的投影依次排列，所述透射式压缩成像系统均包括依次设置在对应的针孔和狭缝之间的成像透镜组和编码板。采用该基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，能够解决单狭缝条纹相机测量区域小，无法充分利用光阴极，造成资源的浪费，并且，反射式压缩成像系统不能适用于X光波段的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及超快动态光学场景成像记录领域，具体涉及一种基于透射式压 缩成像系统的超快二维阵列成像系统。
背景技术
在高能量密度物理研究中，许多物理过程的发生时间尺度非常短，如高能 量密度物理实验中冲击波传输过程、靶丸压缩过程等，这些物理图像在时间尺 度变化很快，同时在空间尺度上存在一定的各项异性，为了得到这些物理过程 的准确信息，需要使用高时空分辨率的系统进行诊断。目前具有高时间分辨率 的记录系统主要是条纹相机和分幅相机，受限于工作原理，条纹相机虽然具有高时间分辨率(～2ps),但只能记录一维信息的时间演化过程，而分幅相机只能 记录有限幅(目前最多为16幅)图像，且时间分辨有限(～50ps)。
对于条纹相机，目标信号通过狭缝后经过光阴极转换为电信号，相机内部 的时间扫描电压将电子束脉冲的时间信息转换为空间上的一维信息，所以相机 狭缝如果开的过大(通常为10-50μm)，狭缝采集的不同时间的图像在经过扫描 之后会发生重合，因此条纹相机只能采集到一维的图像信息。通过传统的反射 式压缩成像系统(CUP)和条纹相机的耦合可以实现利用条纹相机采集二维图 像。对于单狭缝条纹相机，压缩成像过程因存在信息丢失，对重建的断面数量有一定限制，同时受限于条纹相机狭缝可打开的宽度，可测量区域同样受限。 而且由于只有一条狭缝，同时传统的反射式压缩成像系统目前只能在对20帧左右的图像复原时有理想的效果，远低于我们当前使用相机的扫描区域(1024× 1344)，无法充分利用相机的光阴极区域造成资源的浪费。
为了克服上述缺点，申请人希望基于压缩成像技术设计出一套超快二维阵 列成像系统，该超快二维阵列成像系统在X光波段使用，但是传统的反射式压 缩成像系统只能适用于可见光波段，故传统的反射式压缩成像系统无法满足要 求。
解决以上问题成为当务之急。
发明内容
为解决单狭缝条纹相机测量区域小，无法充分利用光阴极，造成资源的浪 费，并且，反射式压缩成像系统不能适用于X光波段的技术问题，本发明提供 一种基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，其要点在于：包 括遮光板、条纹相机和N个透射式压缩成像系统，所述条纹相机上设置有N个 呈矩阵方式排列的狭缝，所述遮光板等分为与狭缝采用相同矩阵方式排列的N 个子区域，在每个子区域上均开设有一个针孔，各个针孔在条纹相机的扫描方 向上的投影依次排列，所述透射式压缩成像系统均包括依次设置在对应的针孔 和狭缝之间的成像透镜组和编码板，其中，N为正整数；
将目标图像沿条纹相机的扫描方向分为N个目标图像区域，各个目标图像 区域发出的X光信息分别由对应的针孔小孔成像到对应的成像透镜组上，从各 个成像透镜组透射出的X光信息经对应的编码板编码后，分别从对应的狭缝进 入条纹相机，并由条纹相机进行记录。
采用以上结构，将目标图像切分为N个区域，针孔相互之间互有错位，采 用非均匀排列，能够分别瞄准目标图像的N个区域，使小孔成像的像点位置处 于成像透镜组的物点位置，再分别对各个区域的目标图像进行编码，并最终由对应的狭缝进入条纹相机；由于每个狭缝对应测量相应的区域，最后利用算法 能够复原出不同时间断面的原始二维图像。
作为优选：所述编码板为掩膜版，在所述掩膜版上设置有呈矩阵方式排列 的网格，其中一部分网格X光能够穿过，另一部分网格能够阻挡X光穿过。采 用以上结构，X光通过之后即带有了编码信息，以便于后续处理时能够明确是 哪个区域的目标图像信息，复原出不同时间断面的原始二维图像。
作为优选：在掩膜版能够阻挡X光穿过的部分所述网格上镀金。采用以上 结构，金能够很好地阻碍X光，且镀金的方式工艺简单，便于制作。
作为优选：所述狭缝和子区域均采用正方形矩阵方式排列。采用以上结构， 能够更加充分地利用光阴极，提高光阴极的利用率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
采用本发明提供的基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，通 过独创的透射式压缩成像系统，使其能够应用于X光波段，并通过编码板对图 像信息进行编码，能够复原出不同时间断面的原始二维图像；采用狭缝阵列的 方式采集信息，相较原来的单狭缝，可测量区域大大提高，对于目标图像可获 取更加丰富的信息，同时也提高了相机光阴极的利用率；对目标图像进行分区 域独立测量，可对不同区域设置不同的参数，例如在采集热斑的图像时，热斑 随时间变化的过程中，热斑的边缘相较中间部分变化速率快，信息量大，因此可在边缘位置采用分辨率更高的编码方式，在保证复原效率的同时提高复原图 像的质量。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为目标图像的示意图；
图3为遮光板的示意图；
图4为条纹相机上狭缝阵列的示意图；
图5为编码板的示意图；
图6为条纹相机成像效果示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，包 括遮光板1、条纹相机3和N个透射式压缩成像系统2，需要指出的是，本实施 例中N均为正整数。
请参见图1～图3，所述遮光板1等分为矩阵方式排列的N个子区域11，在 每个子区域11上均开设有一个针孔12，各个针孔12在条纹相机3的扫描方向 上的投影依次排列。具体地说，遮光板1只有各个针孔12能够透过X光，本实 施例中，将目标图像4沿条纹相机3的扫描方向分为9个目标图像区域，即条 纹相机3的扫描方向为沿上下方向扫描时，目标图像4自上而下分为9个区域， 所述遮光板1等分为9个子区域11，9个子区域11呈3×3排列，如图3所述， 9个针孔12从Ⅰ号孔到Ⅸ号孔逐渐降低，即Ⅰ号孔高于Ⅱ号孔，Ⅱ号孔高于Ⅲ 号孔，Ⅲ号孔高于Ⅳ号孔，以此类推。
请参见图1、图3和图4，所述条纹相机3上设置有N个呈矩阵方式排列的 狭缝31，本实施例中，所述条纹相机3上共设置有9个狭缝31，9个狭缝31采 用与9个子区域11完全相同的排列方式，且各个狭缝31与各个子区域11一一 对应，即9个狭缝31也呈3×3排列，各个狭缝31均位于条纹相机3的光阴极 外侧，能够充分利用光阴极，提高光阴极的使用率。
请参见图1和图5，所述透射式压缩成像系统2均包括成像透镜组21和编 码板22，所述成像透镜组21和编码板22依次排列在对应的针孔12和狭缝31 之间。其中，所述编码板22为掩膜版，在所述掩膜版上设置有呈矩阵方式排列 的网格221，其中一部分网格221X光能够穿过，另一部分网格221能够阻挡X 光穿过，并且，该能够阻挡X光穿过的部分网格221为通过镀金工艺在掩膜版 上制成。需要指出的是，掩膜版上能够阻挡X光穿过的网格221随机分布，实 现随机编码的目的，X光通过掩膜版之后即带有了编码信息，最后进入条纹相机3进行记录。由于我们的实验对象具有较强的规律性，后续的编码方式可以 固定下来，形成伪随机码库，提高实验效率。
本发明的工作过程如下：
请参见图1，将目标图4沿条纹相机3的扫描方向分为N个目标图像区域， 各个目标图像区域发出的X光信息分别由对应的针孔12小孔成像到对应的成像透镜组21上，从各个成像透镜组21透射出的X光信息经对应的编码板22编码 后，分别从对应的狭缝31打在条纹相机3的光阴极32上，最后利用算法复原 出不同时间断面的原始二维图像。
请参见图6，条纹相机3采用自上而下的扫描方式，对于每个狭缝31，在 第一个扫描位置记录下第一帧目标物的二维图像，下个时刻在第二个位置记录 第二帧的二维图像，依次记录20帧左右的图像得到最终的图像。所以采用狭缝 阵列能够充分利用条纹相机3的光阴极32面积，而且通常认为狭缝阵列纵向排 布时能够最大化利用相机的光阴极像素面积。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通 技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以 做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，其特征在于：包括遮光板(1)、条纹相机(3)和N个透射式压缩成像系统(2)，所述条纹相机(3)上设置有N个呈矩阵方式排列的狭缝(31)，所述遮光板(1)等分为与狭缝(31)采用相同矩阵方式排列的N个子区域(11)，在每个子区域(11)上均开设有一个针孔(12)，各个针孔(12)在条纹相机(3)的扫描方向上的投影依次排列，所述透射式压缩成像系统(2)均包括依次设置在对应的针孔(12)和狭缝(31)之间的成像透镜组(21)和编码板(22)；
将目标图像(4)沿条纹相机(3)的扫描方向分为N个目标图像区域，各个目标图像区域发出的X光信息分别由对应的针孔(12)小孔成像到对应的成像透镜组(21)上，从各个成像透镜组(21)透射出的X光信息经对应的编码板(22)编码后，分别从对应的狭缝(31)进入条纹相机(3)，并由条纹相机(3)进行记录；
所述编码板(22)为掩膜版，在所述掩膜版上设置有呈矩阵方式排列的网格(221)，其中一部分网格(221)X光能够穿过，另一部分网格(221)能够阻挡X光穿过；
所述狭缝(31)和子区域(11)均采用正方形矩阵方式排列。
2.根据权利要求1所述的基于透射式压缩成像系统的超快二维阵列成像系统，其特征在于：在掩膜版能够阻挡X光穿过的部分所述网格(221)上镀金。
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