[发明专利]一种同轴超高速多序列激光阴影成像装置

说明书

本发明公开了一种同轴超高速多序列激光阴影成像装置，包括：多腔光源系统、光纤耦合系统、平行光透射成像系统、成像系统、数据采集系统和控制系统。本发明通过采用多腔光源共用一个光路出口，不同序列的激光束共用一套成像光路进入平行光透射装置和成像分光装置，通过相机的感光时间和激光闪光时间同步，能够实现不同序列成像的光轴和光路结构一致，且对同一测试区域进行成像，成像光斑的背景质量可保持一致，实现对超高速现象的多序列成像。

技术领域

本发明涉及超高速成像技术领域，特别是涉及一种同轴超高速多序列激光阴影成像装置。

背景技术

随着我国航天技术、武器装备和基础学科的发展，涉及超高速空气动力学、超高速碰撞、爆炸与冲击、燃烧与化学反应等领域的研究不断深入。在这些研究工作中，许多现象是持续时间仅为微秒甚至纳秒级的超高速瞬态变化过程，需要有一种照相系统能够对这一过程进行清晰、连续地成像记录，以便掌握物理现象的本质。目前实验室开展的多种超高速现象研究中，在某一固定测试区域的持续时间通常为几微秒到几十微秒，如超高速目标的速度为10km/s(目前超高速现象通常低于此值)，测试区域大小为100mm，则超高速目标在测试区域的持续时间为10μs，在测试区域内通常如果能够获得4幅～8幅超高速目标图像，则足以表征超高速现象的变化过程，也就是其帧频至少达到40万幅/秒～80万幅/秒。如果超高速目标速度低于10km/s，则超高速现象在测试区域的持续时间更长，相同帧频下可以获得更多数量的图像。为了在记录图像时不因为目标的运动引起较大的模糊，则每幅图像的曝光时间必须足够短，通常要求记录的图像运动模糊量小于图像分辨率的1/10，则认为记录的图像满足清晰成像要求。

目前国外可购置的超高速摄影机都采用微通道板(MCP)技术，图像像素都在130万左右，并采用两种成像方式，一种只有一个成像通道，其帧频与图像像素成反比，全画幅时帧频约2万幅/秒，在最高帧频为100万幅/秒时像素为2万左右；另一种采用分幅成像方式，拍摄4幅图像时需要4个通道。国内中科院西安光机所、深圳大学能生产序列数量大于8个、曝光成像时间大于200纳秒的转镜式分幅胶片摄影机，由于采用机械旋转的方式，每幅图像的曝光时间难以小于100ns，而且随着胶片生产量减少，此类摄影机将很少使用。中国空气动力研究与发展中心研制了基于“多光源空间分离技术”的多种规格超高速摄影机，其图像像素大于1000万可以实现较高的成像分辨率，并能很好地消除测试区域自发光，但不同序列时刻的光轴不一致，这样会导致每幅图像的成像角度和测试区域不一致，而且不同序列成像时因光路结构不一样，不同序列图像的背景光斑质量也会有所差别。

发明内容

本发明的目的是提供一种同轴超高速多序列激光阴影成像装置，能够实现不同序列成像的光轴和光路结构一致，且对同一测试区域进行成像，成像光斑的背景质量可保持一致。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种同轴超高速多序列激光阴影成像装置，包括：

多腔光源系统，用于发出序列激光光束；

光纤耦合系统，与所述多腔光源系统连接，用于对所述序列激光光束进行耦合和传输；

平行光透射成像系统，与所述光线耦合系统连接，用于对耦合后的光束进行准直和汇聚；

成像系统，与所述平行光透射成像系统连接，用于对汇聚后的光束进行等光程分光，得到多个分光图像；

数据采集系统，与所述成像系统连接，用于按照一定时序接收不同位置的分光图像，并将接收到的分光图像远程传输到计算机进行图像处理；

控制系统，分别与所述多腔光源系统和所述数据采集系统连接，用于对所述多腔光源系统中不同序列激光光束的闪光时间及数据采集系统中曝光相机开启和关闭时间进行控制。