[发明专利]一种超快随机物理过程的图像捕获方法

说明书

本发明提出一种超快随机物理过程的图像捕获方法，解决了常规图像捕获方法很难准确捕捉单次物理过程图像的问题，尤其适用于随机粒子事件的单粒子径迹成像。该方法采用的成像系统由图像传感器和像增强器进行光学耦合得到，其中像增强器和图像传感器的曝光控制相互独立；利用像增强器和图像传感器的独立曝光控制功能，通过实验系统提供预触发和后触发信号，对超快随机物理过程实现单次图像的稳定可靠捕获，该方法可有效提高成像系统捕捉随机过程的能力，并能可靠实现单次过程图像的捕获，极大提高了随机物理过程实验的图像获取能力。

技术领域

本发明涉及超快随机物理过程的图像捕获方法，具体涉及一种能够应用于现代应用物理实验研究中超快随机物理过程的图像捕获方法。

背景技术

超快物理过程的图像捕获是现代应用物理实验研究的一项重要内容，是理论物理研究进行实验验证的一种重要测试技术手段。物理过程根据其出现的概率，通常可以分为两种：一种是确定时间物理过程，此类物理过程在实验系统达到物理过程发生条件后，经过确定的时间(此处所指的确定时间，是指物理过程的持续时间远大于物理过程出现时间的不确定度)，物理过程必然发生，因此此类过程的图像捕获可以通过实验系统给出的实验条件达到信号进行精确同步；另一种则为随机时间物理过程，此类过程在实验系统达到过程发生条件后，在不确定的时间(此处所指的不确定时间，是指物理过程出现时间的不确定度远大于物理过程的持续时间)随机出现，此类物理过程的图像捕获难以通过实验系统的实验条件信号进行精确同步，常规的图像捕获方法通常采取在实验条件达到信号之后，设定固定的延迟时间和曝光时间进行“撒网式”捕获的方式，这种方式通常会出现捕捉不到或一幅图像叠加多次物理过程的情况。

若物理过程的持续时间较长，且不关心过程初始段信息的情况下，可以采用高速分幅相机或ICCD、ICMOS相机，由物理过程出现后产生的触发信号进行同步，对后续过程进行图像捕获；当超快物理过程的持续时间小于数十纳秒时，如随机粒子事件，由于触发信号产生电路带来的固有延迟，常规的图像捕获方法很难准确捕捉单次物理过程的图像。

发明内容

本发明提出一种超快随机物理过程的图像捕获方法，解决了常规图像捕获方法很难准确捕捉单次物理过程图像的问题，尤其适用于随机粒子事件的单粒子径迹成像。

本发明的技术解决方案为：

超快随机物理过程的图像捕获方法，采用的成像系统由图像传感器和像增强器进行光学耦合得到，其中像增强器和图像传感器的曝光控制相互独立；该方法包括以下步骤：

1】实验系统在需要进行随机物理过程图像捕获时，给出预触发信号TRIG_PRE，该信号被成像系统识别，即进入等待超快随机物理过程图像捕获状态；

2】像增强器以时间T₀为周期，以开门和关门时间的占空比为R_H进入重复开关状态；周期T₀根据实验对象的随机物理过程平均出现时间来确定，占空比R_H满足：在周期T₀下，像增强器的快门能够正常工作；

3】当超快随机物理过程出现时，实验系统将其转换为可见光过程，并同步产生后触发信号TRIG_POST，该信号被成像系统识别，即进入超快随机物理过程图像捕获状态；

4】此时判断增强器的开门/关门状态；

若像增强器处于关门状态，则忽略该过程，并跳转至步骤2】；

若像增强器处于开门状态，则关闭像增强器，由图像传感器进行曝光并获取图像，超快随机物理过程图像捕获完毕。

进一步的，图像传感器为CCD或CMOS，相应构成ICCD成像系统或ICMOS成像系统。

进一步的，周期T₀设置为随机物理过程平均出现时间的两倍。