三通道门控分幅相机及其触发晃动测量

研制了三通道微通道板(MCP)门控X射线分幅相机,其MCP微带阴极宽度为8 mm,相邻两阴极间隔为2.8mm,由幅值为-1.9kV和宽度为210ps的门控脉冲进行驱动。采用光纤传光束法测量了相机的触发晃动。实验结果表明,相机的触发晃动约为94ps,与高速示波器测得的90ps基本一致。此外,测得相机的时间分辨率约为100ps。     

门控分幅相机增益衰减特性

 分析了分幅相机增益衰减的理论模型,利用Mathematica软件模拟了增益随电脉冲传输时间指数衰减的曲线图。根据增益衰减理论,设计了测量增益衰减系数的实验。实验结果表明：分幅相机的平均增益按0.024 9 mm^-1指数衰减,电脉冲沿微带线传输的电压幅值衰减系数平均为0.003 56 mm^-1。得出实验数据中单条微带上增益并不完全符合增益指数衰减规律,而是在最后一帧图的增益有所回升,分析得出这是由电脉冲在微带末端连接处的反射引起的。经多次测量,电脉冲在微带线末端的平均值反射比为24.2％。对增益衰减状况的改善提出建议：采用良导体制作传输线,选取介质损耗小和绝缘性能好的材料作为填充介质,合理设计MCP微带线的厚度、微带宽度及微带与输出面的间距则可减小分幅相机增益的衰减。     

基于解析法的X光分幅相机静态增益特性仿真

 采用解析法对X光分幅相机中微通道板单孔内电子运动、碰壁和二次发射一系列过程进行了建模与求解,依托商业Lorentz-2D软件,得到了二次电子初能量分布、电子碰壁前能量分布、渡越时间分布等仿真曲线。实验测量了分幅相机的静态灵敏度曲线,与仿真结果对比分析表明：光电子首次碰撞深度是影响相机增益的重要因素,给出了修正后的增益与电压关系表达式,定性分析了工作偏压等参数对首次碰撞深度的影响。     

大面积X射线分幅变像管的设计

提出了一种实现大工作面积分幅变像管的方法。设计了一种大输入光电阴极、小输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接常规小工作面积快门选通微通道板（MCP）分幅管单元,实现图像选通和增强功能。这种分幅变像管与直接采用大面积MCP相比,不仅省去了制作大面积MCP的高昂成本,而且避免了由于微带线过长引起的选通脉冲传输衰减大、增益不均匀性严重等固有缺陷。设计的分幅变像管输入阴极有效直径100 mm,输出图像直径40 mm,放大倍率为0.4。中心空间分辨力达到14.4 lp/mm,边缘空间分辨力达到11.2 lp/mm,几何畸变不超过15%,其分幅特性由MCP分幅单元决定。     

软X射线皮秒分幅相机的增益压窄效应

 高速行波选通的X射线皮秒分幅相机的时间分辨率受皮秒选通脉冲的宽度和幅值的非线性关系直接影响。针对微通道板(MCP)行波选通皮秒分幅相机中的“增益压窄效应”,在高斯型皮秒选通电脉冲作用下,通过计算MCP分幅管的时间分辨率和对增益压窄效应的分析,得到MCP皮秒选通分幅管的增益压窄指数约为10.0,分幅管的时间分辨率约为选通脉冲脉宽的1/3.16。并在脉冲参数（250 ps,－1 100 V）和（220 ps,－900 V）下进行了分幅相机时间分辨率理论计算和实验测试,分别得到了理论时间分辨率为78.8 ps和67.6 ps,相机实验时间分辨率为76.4 ps 和66.5 ps的结果。     

单一视角X射线分幅变像管设计

针对传统X射线快门选通微通道板(MCP)分幅相机利用针孔阵列获取目标图像时视角不一致的问题,提出一种单一视角X射线变像管分幅方法。利用电子束团在电子光学交叉点所携带信息的全息性和可分割性,设计了一种单一视角多幅输出图像的静电聚焦变像管,输出端配接MCP分幅单元以实现图像选通和增强功能。与传统门控MCP分幅管相比,其既能实现图像视角的同一性,又可以避免直穿光激发荧光屏对输出图像的影响,具有更高的信噪比。所设计的分幅变像管阴极有效工作直径为40mm,输出荧光屏直径为40mm,放大倍率为1.29,中心理论空间分辨率达到60lp/mm,边缘空间分辨率达到26lp/mm,分幅曝光时间特性由快门选通MCP分幅单元的选通脉宽决定。该方法为实现X射线分幅相机视角同一性给出了一条有效途径。     

神光-Ⅲ主机X光双通道单分幅成像系统研制

根据神光-Ⅲ激光器的运作方式和靶室结构,成功研制出用于神光-Ⅲ激光器装置的X光双通道单分幅相机系统。该相机系统主要由针孔成像组件、MCP选通技术型分幅相机和科学型可见光CCD三部分组成,同时系统具有线下瞄准、线上三维调节的功能。系统中针孔直径为10μm,放大倍率为5,分幅相机单画幅宽度13mm,长度36mm,曝光时间0.5~10.0ns可调。在神光-Ⅲ主机装置上成功完成了对此系统的性能考核,结果表明,该系统完全能够应用于神光-Ⅲ装置上,而且与传统方式上的针孔成像组件配接X光CCD组成的成像系统相比,具有更好的信噪比和空间分辨。     

磁脉冲压缩的分幅相机超快选通脉冲研究

为拓展脉冲功率技术在超快诊断领域的发展和磁脉冲压缩技术的应用，基于磁性元件良好的开关性能和脉冲宽度压缩原理，采用具有多重压缩特性的级联磁开关，设计磁脉冲压缩电路，并将输出的皮秒选通脉冲应用于分幅相机时间分辨率研究。研究结果显示，磁脉冲压缩电路能产生适用于分幅相机的皮秒选通脉冲，当直流电源为500 V，磁开关电感量为1μH，初级线圈回路充电电容为4μF，变压器匝数比为10∶1，磁开关线圈匝数比为1∶2，复位电流为1 A，次级线圈回路和两级磁开关电路充电电容为1 pF时，获得幅值为-3.2 kV和半高宽为149 ps的选通脉冲，将其加载于采用蒙特卡洛法建立的微通道板通道内光电子动态倍增模型，通过计算随选通脉冲的时变增益和构建微通道板上的时间-增益曲线，可实现87 ps的分幅相机时间分辨率。研究结论可为应用于分幅相机的皮秒选通脉冲产生以及磁脉冲压缩电路的拓展应用提供新思路。     

转镜分幅相机中分幅系统放大倍率的校正

理论上分析转镜分幅相机分幅系统放大倍率不一致产生的原因及因素。给出分幅系统放大倍率校正的方法,并以国内普遍使用的FJZ-250型高速转镜分幅相机为例,给出了每一画幅的放大倍率和校正系数。实测结果表明：分幅系统的放大倍率的不一致性与理论计算值差异较大,以校正的数据去分析处理爆轰实验底片,其空间测试精度有较大的提高。     

门控型像增强器开门时间测量

提出了采用超快激光脉冲与光纤阵列形成的光延时、跟CCD相机相结合的方法,对门控型像增强器进行了开门时间的测量,分析了该测量方法的可行性,建立了门控型像增强器开门时间的测量系统。用该测量方法对超高速光电分幅相机中的门控型像增强器开门时间进行了测量,得到了10,20,30,50 ns档开门时间的实验图片,与所加的快高压脉冲时间12.50,18.50,28.75,48.60 ns相比较,开门时间的测量精度得到了提高,该测量方法可用于超高速光电分幅相机曝光时间的标定。     

线阵TDI CCD遥感相机非均匀性校正的研究

线阵TDICCD遥感相机的非均匀性标定对获取高质量的图像来说具有重要意义。由于线阵TDICCD、透镜等主要部件的生产过程与工艺过程的控制和材料的种类及性质的影响,所以使所获取的图像是非均匀的,在图像上表现为水平纹理。分析了非均匀性校正的算法。根据线阵TDICCD相机像素光电响应不一致的特点,运用了两点定标的非均匀性校正的算法。最后对校正前后的图像的标准方差进行了比较,得到了令人满意的结果。     

基于BP网络的图像增强器像元通道不一致性校正研究

像元通道响应不一致性是影响图像增强器检测能力的重要因素,因而有必要对不一致性进行校正。首先分析了传统的不一致性校正方法的缺点,然后提出了一种基于BP神经网络的像元通道响应不一致性的校正方法。该方法利用BP神经网络良好的非线性映射能力,对每一个像元通道进行输入-输出特性的反非线性逼近,同时利用实验数据进行了神经网络的训练。对比了校正前后的图像及标准差。     

X射线图像增强器像元响应不一致性的分析及校正

X射线图像增强器像元响应不一致性是评定图像质量的重要指标,它将影响设备的探测能力和分类级别,因而很有必要对不一致性的进行校正。通过对不一致性产生机理的理论分析,建立了图像增强器的每个像元通道光电响应的对数曲线模型。基于该模型,提出了一种改进的两点校正算法。该算法首先将非线性响应转化为线性响应,然后用基于最小二乘的多点校正算法对线性数据进行校正。校正前后的图像及标准差给出了对比,实验结果表明了该校正方法的有效性。     

基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法研究

针对两点温度定标算法在应用过程中曝露的问题,提出了基于变积分时间的红外焦平面非均匀性校正算法.该算法先对图像进行非线性压缩,转换为线性图像,再利用红外焦平面阵列探测元的响应特性与积分时间之间的关系,采用改变积分时间的方法拟合红外焦平面探测器的平均响应特性曲线,进行两点校正,然后对结果进行取指数操作,即得到原图非均匀校正后的图像.分别利用两点温度定标法和变积分法对航拍红外图像进行校正效果验证,同时进行了不同校正算法的非均匀性适应性评价实验.实验结果表明新算法计算量小,校正准确度高,反应速度快,并在一定程度上解决了大动态范围下响应非线性对校正性能的影响,具有很好的工程应用价值.     

基于焦平面归一化响应特性的红外非均匀性校正

红外焦平面阵列的非均匀性噪音是制约红外成像质量的主要因素,非均匀性校正是红外焦平面器件应用的一个关键技术.本文提出了一种基于焦平面归一化响应特性且易于实现的非均匀性校正算法,并基于像元分布的卡方直方图提出一种新的图像非均匀性评估方法,即校正比例.该方法的校正输出考虑了每个像元的观测值与焦平面的响应信号的平均值,校正参量通过将像元的输出与其理想校正结果之间的偏差用焦平面响应的平均值建立联系而计算得到.提出的校正比例兼顾考虑了焦平面响应的时间与空间特性,比现有的图像非均匀性评估方法更能合理衡量焦平面的非均匀性程度.多种非均匀性校正的评价数据以及实验结果表明,该算法的校正效果优于两点校正法与原值拟合二阶校正法,并对于响应异常的像元具有较强的校正能力.此外其校正准确度高,所需参量少,易于实时处理,具有较强的实用价值.     

基于稳态卡尔曼滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法

传统的卡尔曼滤波算法利用批处理实现非均匀校正,这样不仅会带来较大的计算量和存储量,而且更重要的是该方法不能实时处理.为此,提出了一种基于稳态卡尔曼滤波的红外焦平面阵列非均匀校正算法,它可以根据固定图案噪声的特点离线计算出滤波器的增益矩阵,并且非均匀校正过程也采用了逐帧迭代方式,因此大大降低了计算复杂度和存储占用量.详细阐述了该算法的基本原理,并用仿真数据和真实红外数据对算法性能进行验证,实验结果表明:本方法平均校正一帧图像所需CPU时间和内存占用量分别为1.7188 s和131.25 KB,完全可以满足实时处理的要求.     

基于黑体标定的红外图像非均匀性校正系统设计

为提高某中波红外探测器的图像质量,设计了基于FPGA的红外图像实时处理系统,系统能够完成实时的非均匀性校正与盲元补偿处理。介绍了目前常用的非均匀性校正、盲元识别和补偿算法,并结合实际工程需求采用多点法进行非均匀性校正以及8点平均法进行盲元补偿。在仿真实验成功的基础上,基于FPGA平台构建了硬件平台。系统可以实现系数自定义更新,可以手动或自动完成非均匀性较正系数计算,以及实现盲元列表的自动更新操作。利用某国产中波红外探测器对处理系统进行了测试试验,实验结果表明:校正后图像非均匀性0.3%,盲元率0.001%。系统工作稳定、可靠,图像处理满足实时性和精度要求。     

不同非均匀性校正温度的红外测温技术

为使制冷型中波红外热像仪在不同环境温度下经过非均匀性校正后保持较高的测温精度,研究了考虑非均匀性校正温度效应的中波红外热像仪标定模型。利用不同温度的面源黑体对热像仪进行非均匀性校正,然后对黑体目标进行测温实验,获得了不同校正温度下热像灰度与黑体辐射亮度之间的变化关系,建立了目标的测温数学计算模型,最后对测温结果进行误差分析。结果表明：在不同校正温度下,热像灰度相对非均匀校正辐亮度的漂移可做线性化处理,且与目标温度变化无关。在非均匀性较低的测温范围内热像仪的测温误差小于±0.22 ℃,极大减小了制冷型中波红外热像仪在不同校正温度下非均匀性校正后的测温误差。     

一种新的基于平稳小波变换的红外焦平面非均匀性校正技术

在分析固定图案噪音频率分布的基础上,提出了一种利用平稳小波进行非均匀性校正的方法.选择合适的小波函数对红外图像序列进行分解,从而估计出非均匀性校正的增益和偏置系数,最终实现红外焦平面阵列的非均匀性校正.利用小波的多分辨性质,提高了低频部分的频率分辨率,有效的抑制了一般基于场景统计校正算法中易于出现的“人工鬼影”现象.用真实的红外图像序列进行了处理,实验证明了算法的优越性.     

一种非均匀校正的新算法

本文在分析现行各种非均匀校正算法优缺点的基础上,根据红外焦同器件探测单元响应曲线特点和神经网络理论,提出一种新的非均匀校正方法－“Ｓ”曲线模型算法。该算法能同时校正焦平面器件的非均匀性和非线性,并且具有动态范围大、存贮容量小和校正精度高等焦点。