基于同步控制的超高速成像方法技术

本发明专利技术涉及基于同步控制的超高速成像方法，它包括：使成像单元中的工业相机对测量区域序列成像，并且使每台工业相机曝光时间内对应一台脉冲激光器对测量区域闪光；所述脉冲激光器通过外触发点灯信号和调Q信号进行闪光控制；所述成像单元包括多台带有成像镜头、分辨率至少为1000万像素的工业相机；脉冲激光器的数量与工业相机的数量相同；脉冲激光器的脉冲宽度最多为10ns。本发明专利技术能实现对目标的高分辨率超高速序列成像，可应用于序列阴影成像及序列前光成像。

【技术实现步骤摘要】
基于同步控制的超高速成像方法
本专利技术涉及超高速成像
，尤其涉及一种基于同步控制的超高速成像方法。
技术介绍
随着航天技术、武器装备和基础学科的发展，对超高速空气动力学、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。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，对这些变化过程进行清晰、连续地成像记录，有利于掌握其物理现象的本质。对物质现象超高速序列成像除了对摄影仪器的幅频要求很高以外，还须确保获得的图像分辨率足够高，有效曝光时间足够短，从而提高成像清晰度，减小由于超高速运动引起的图像模糊失真。现有转镜式分幅胶片高速摄影机，在使用前后需要准备胶片并进行冲洗，使用不方便；而已有的多光源空间分离的序列成像技术是将不同激光束按照一定的空间角度布置，所有激光束扩束以后以近似同一光路形式照射到待测试区域，经过汇聚以后的激光束在成像系统中再通过反射镜和分束镜把不同的光束相互分开，并且放大角度，成像过程中不同激光束的出光时刻流场阴影信息相应地记录在相机内，相机采用长时间曝光的方式来成像，因此只适用于对目标阴影成像，而不适用于目标的前光成像。因此，针对以上不足，需要提供一种新的超高速成像技术，能够对目标高分辨率成像，并通用于前光成像和阴影成像。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有多光源空间分离的序列成像技术需要长时间曝光，不适用于前光成像的缺陷，提供一种基于同步控制的超高速成像方法。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于同步控制的超高速成像方法，它包括：使成像单元中的工业相机对测量区域序列成像，并且使每台工业相机曝光时间内对应一台脉冲激光器对测量区域闪光；所述脉冲激光器通过外触发点灯信号和调Q信号进行闪光控制；所述成像单元包括多台带有成像镜头、分辨率至少为1000万像素的工业相机；脉冲激光器的数量与工业相机的数量相同；脉冲激光器的脉冲宽度最多为10ns。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述工业相机和脉冲激光器通过时序控制单元进行控制，时序控制单元输出相机触发信号控制工业相机快门的开启；时序控制单元还输出光源触发信号控制脉冲激光器的闪光，所述光源触发信号包括外触发点灯信号和调Q信号。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述相机触发信号的触发时刻至少基于相机外触发延时时间确定。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述光源触发信号的触发时刻至少基于光源外触发延时时间确定。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述光源触发信号的触发间隔至少基于工业相机的曝光时间确定。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述光源出光时间间隔至少大于工业相机曝光时间的一半。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，成像单元中相邻工业相机快门的开启时间间隔tI至少为：tI＝0.5×tCE+1μs；其中tCE表示工业相机的最短曝光时间。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述光源触发信号的外触发延时时间包括从发出外触发点灯信号直到脉冲激光器闪光所需要的时间。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述光源触发信号的外触发延时时间的确定方法为：以外触发点灯信号的输出时刻为0时刻，调Q信号的输出时刻为tLI，调Q信号的输出时刻与脉冲激光器闪光的时间间隔为tLD，则外触发延时时间为tLI+tLD。在根据本专利技术所述的基于同步控制的超高速成像方法中，所述相机触发信号的触发时刻为：tLI+tLD-tCD-0.5×tCE；其中tCD为相机外触发延时时间；时序控制单元输出光源触发信号控制脉冲激光器的闪光时刻处于工业相机的曝光时间中点。实施本专利技术的基于同步控制的超高速成像方法，具有以下有益效果：本专利技术采用同步控制，使工业相机的成像与相应的脉冲激光器出光相配合，实现对目标的序列成像。为了保证激光器的出光控制精度，对其采用外触发点灯和调Q信号分别控制，由此在保证准确控制激光器出光时刻的前提下，再使出光时刻处于工业相机的曝光时间内，能实现对目标的高分辨率超高速序列成像，可应用于序列阴影成像及序列前光成像，对获得清晰的超高速序列瞬态图像具有重要意义。附图说明图1是根据本专利技术的基于同步控制的超高速成像方法的控制工业相机序列开启曝光和对应脉冲激光器闪光示意图；其中激光器闪光时刻对应于相机曝光时间的中间时间点；横坐标t表示时间；图2是与图1对应的，激光器闪光时刻对应于相机曝光时间的中间时间点以前时，对相机曝光与激光器闪光的控制示意图；图3是在一次成像过程中，通过时序控制单元对工业相机和脉冲激光器进行触发控制的触发信号时刻示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种基于同步控制的超高速成像方法，它包括：使成像单元中的工业相机对测量区域序列成像，并且使每台工业相机曝光时间内对应一台脉冲激光器对测量区域闪光；所述脉冲激光器通过外触发点灯信号和调Q信号进行闪光控制，保证激光器出光时刻更精确。所述成像单元包括多台带有成像镜头、分辨率至少为1000万像素的工业相机；工业相机的曝光时间可以选择小于10μs；脉冲激光器的数量与工业相机的数量相同；脉冲激光器的脉冲宽度最多为10ns，时序精度优于10ns。本实施方式通过多台工业相机和相应的脉冲激光器相配合，对超高速瞬态变化目标成像。在每个相机有效曝光时间段对应一台脉冲激光器闪光，因为是通过多个相机在时间序列的控制下顺次对目标成像，因此不必采用昂贵的高分辨率超高速摄像机，即可充分保证每台相机的成像质量。在本公开中，1000万像素的工业相机足够满足对目标的成像需求。脉冲激光器的脉冲宽度越小，对成像目标产生的拖影越小，成像越清晰，在使用中根据实际需求进行选择。其中每台脉冲激光器分别独立出光对测试区域进行照明，工业相机对同一测试区域序列成像。对于工业相机和脉冲激光器，可以基于设定的相机曝光时间，及欲实现的激光器闪光时刻，对二者进行时序控制。进一步，所述工业相机和脉冲激光器可以通过时序控制单元进行控制，时序控制单元输出相机触发信号控制工业相机快门的开启；时序控制单元还输出光源触发信号控制脉冲激光器的闪光，所述光源触发信号包括外触发点灯信号和调Q信号。作为示例，所述时序控制单元可以采用传统的TTL信号驱动控制方式对工业相机和脉冲激光器进行控制。进一步，所述相机触发信号的触发时刻至少基于相机外触发延时时间确定。不同工业相机从触发到曝光的外触发延时时间不同，确定了相机外触发延时时间，才能根据要求的相机曝光时间确定相机触发信号的输出时刻。进一步，所述光源触发信号的触发时刻至少基于光源外触发延时时间确定。同样，为了使激光器的出光时刻与相机曝光时间相配合，并且使激光器的出光时刻对应于曝光时间内的预定时间点，也要基于光源外触发延时时间确定光源触发信号的输出时刻。所述光源触发信号的触发间隔至少基于工业相机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于同步控制的超高速成像方法，其特征在于：它包括：使成像单元中的工业相机对测量区域序列成像，并且使每台工业相机曝光时间内对应一台脉冲激光器对测量区域闪光；所述脉冲激光器通过外触发点灯信号和调Q信号进行闪光控制；所述成像单元包括多台带有成像镜头、分辨率至少为1000万像素的工业相机；脉冲激光器的数量与工业相机的数量相同；脉冲激光器的脉冲宽度最多为10ns。

【技术特征摘要】
1.一种基于同步控制的超高速成像方法，其特征在于：它包括：使成像单元中的工业相机对测量区域序列成像，并且使每台工业相机曝光时间内对应一台脉冲激光器对测量区域闪光；所述脉冲激光器通过外触发点灯信号和调Q信号进行闪光控制；所述成像单元包括多台带有成像镜头、分辨率至少为1000万像素的工业相机；脉冲激光器的数量与工业相机的数量相同；脉冲激光器的脉冲宽度最多为10ns。2.根据权利要求1所述的基于同步控制的超高速成像方法，其特征在于：所述工业相机和脉冲激光器通过时序控制单元进行控制，时序控制单元输出相机触发信号控制工业相机快门的开启；时序控制单元还输出光源触发信号控制脉冲激光器的闪光，所述光源触发信号包括外触发点灯信号和调Q信号。3.根据权利要求2所述的基于同步控制的超高速成像方法，其特征在于：所述相机触发信号的触发时刻至少基于相机外触发延时时间确定。4.根据权利要求2所述的基于同步控制的超高速成像方法，其特征在于：所述光源触发信号的触发时刻至少基于光源外触发延时时间确定。5.根据权利要求4所述的基于同步控制的超高速成像方法，其特征在于：所述光源触发信号的触发间隔至少基于工业相机的曝光时间确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯发伟，黄洁，李鑫，柳森，罗锦阳，宋强，谢爱民，文雪忠，姜林，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51