FJZ-250型高速分幅相机时间测量不确定度分析

FJZ-250型高速转镜分幅相机因转镜速度的不可重复性，光机结构的构造原理和控制系统各路高压触发时间的漂移，导致了时间测量的不确定度。为此，须对相机测量数据进行校正。阐述了校正方法、提供了逐幅校正位置误差的修正系数。若以预置转速对应的名义周期值去处理测量结果，则相机的时间测量合成小确定度将达1％，对名义周期值和名义幅间间隔时间值进行修正后，则可降至0.3％。     

提高转镜分幅相机动态空间分辨率的一种途径

在转镜分幅相机中,有效相对孔径一般部比较小,尤其在时间方向上,由于受排透镜光栏宽度的限制,有效相对孔径就显得更小。因而动态衍射对空间分辨率的影响较大。本文试图从提高时间方向上动态空间分辨率出发,从理论上分析和探讨提高动态分辨率的可能性。分析结果证明,在适当扩大孔径光栏宽度后,在时间方向上的动态空间分辨率可提高15～20%。这一结果对改善转镜分幅相机的成像质量是有实际意义的。     

转镜分幅相机中离焦计算的误差

在转镜分幅相机的设计中,采用代替园的方法会导致象点离焦,降低了相机的成象质量。象点离焦的传统计算公式没有考虑排镜代替园的影响,因此给出的结果精度低,不是任何情况上都可采用的。     

高速分幅相机鉴别率极限的研究

对Schadin教授提出的转镜分幅相机的鉴别率极限的信息量概念所作的进一步理论探论,构成了本文的大部分篇幅。根据转镜的尺寸和目标的扩散速度所限定的孔径比、鉴别率、分幅速度、有效曝光时间和对光源的要求,提出了一个完全的信息。在这个信息里,可以得到作为象速函数的每幅的平均鉴别率。可以利用这个函数来评定不同型号的转镜分幅相机。此外,还简要地叙述了旋转棱镜和析象管相机、电光快门和变相管的理论研究方面的进展。析象管和变象管所固有的低鉴别率,表明它们用在最高象速区域很有效,而高鉴别率的转镜相机和旋转棱镜动片相机用在比较低的速度区域是非常有效的。     

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。     

转镜相机设计计算

本文给出了在转镜条纹和分幅相机中光轴、像、转镜和底片平画相互位置的数学关系。也给出了影响记录信息质量的估价。     

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。     

共面光路在等待型转镜高速摄影机中实现同时分幅扫描

根据胶片图象形式的不同,转镜相机可分为两类,即扫描摄影机和分幅摄影机。由于它们各有利弊,因此,最好的方法是能用一台摄影机,同时得到现象的扫描和分幅图象。国际上有美国的330A型相机,但它采用空间光路,三面体铍转镜及整体充氦技术,这就给技术、工艺带来许多困难。本文根据我国的具体情况,提出了一种新颖方案来同时实现分幅、扫描,它包括以下内容: 采用两层共面光路可实现同时分幅扫描。研究了几种可能的等待形式,以尽量减少整体尺寸,入口角,增大光力,提高象质。同时,进行了结构优选,对空间光路的实现方式作了比较研究,给出了光学系统的设计参数。 实验中,首先采用了高强度铝合金六面体转镜。用弹性力学理论,对六面体铝转镜的强度及变形进行了精确计算,证明其变形量仅为同样回转半径三面体铍转镜的1.45倍,边缘线速度达816m/s。此外,对铝转镜进行了强度及变形实验,实验结果表明:其性能与理论相符,满足役计要求。 采用了国内较成熟的真空球罩技术,与充氦气相比,大大降低了成本。     

平面光路在等待式转镜高速摄影机中实现同时分幅扫描

根据胶片图象形式的不同,转镜相机可分为两类,即扫描摄影机和分幅摄影机,由于它们各有利蔽,因此,最好的方法是能用一台摄影机,同时得到现象的扫描(侧重时间信息)和分幅(侧重空间信息)图象。国内尚没有开展此方面的工作,国际上有美国330A型相机,但它是采用空间光路,三面体铍转镜及整体充氮技术,这就给技术、工艺带来许多困难。本文根据我国的具体情况,提出了一种新颖形式来实现同时分幅、扫描,它包括以下内容:     

中科院西安光机所研制的转镜高速摄影机

本文系统地介绍了自1964年以来,西安光机所研制成功及部分小批量生产的八种转镜高速摄影机的主要性能和特点。它们是等待转镜分幅相机ZFD—20、ZFD—250、ZFD—50和ZFD—180型;同步型转镜分幅相机ZFK—250和ZFK—500型;同步型转镜扫描相机、ZSK-29型以及等待型转镜扫描瞬时摄谱仪D36型。     

转镜式高速分幅相机中的离焦计算

本文从排镜代替圆产生的离焦和不共轴性出发,推导了在底片代替圆上离焦计算的精确公式,克服了传统计算方法所引入的误差,为评价转镜分幅相机的像质提供了更可靠的依据。     

高速动光弹系统及其应用

高速动光弹仪是动态光弹性研究的有效诊断工具,主要用于记录各种结构在动载荷作用下,不同瞬间的应力条纹图像。研究应力波的传播规律,裂纹扩展过程,固体高速变形等。通常的动光弹仪为多火花式动光弹仪。国外也有采用静态光弹仪与转镜式高速分幅相机结合的系统。我们研究调试的动光弹系统,是在高速纹影系统中加入偏振光场,即静态光弹系统、纹影系统与转镜式高速分幅相机结合。在雷管动载荷作用下,应用高压脉冲氙灯光源,单色圆偏振光亮场,获得了不同光弹模型的清晰应力条纹图像。给出应力波的传播过程和孔附近产生的应力集中现象。该系统具有摄影频率高、曝光时间短、测试灵敏度高、适于强载荷、远距离研究大尺寸光弹模型,同时具有透射式和反射式光学系统等特点。从而为动态光。弹性研究提供了有效的测试技术和诊断系统。     

立体显示中的垂轴放大率

为消除立体影像的畸变需研究拍摄再现立体影像的垂轴放大率。重新推导了立体影像拍摄再现的总垂轴放大率公式,在该公式中增加了一个观看再现放大率系数,立体影像的观看再现垂轴放大率为像距与观看距离之比。实验结果验证了理论的正确性,该公式对于进一步研究再现立体影像的消畸变具有重要作用。     

转镜式高速相机在爆炸实验中的某些应用

本文介绍了转镜式高速相机在爆炸实验中的应用情况。阐明了这些相机使用时配备的各种主要附加装置,并举例说明了所得到的实验结果。     

多角度耦合分幅相机光学系统设计

为实现高速相机的分幅功能,本文提出一种采用多角度耦合分幅方式的高速相机光学系统。该系统分幅结构采用多组相同的光学系统,在平行于物面的圆周上均匀分布,分别从不同角度拍摄同一物面,在保证各组系统的物方视场相同的情况下,每组光学系统的光轴与物平面的夹角均相同,通过优化设计得到全视场的最佳成像。根据需求,使用光学设计软件设计了多角度耦合四分幅成像中长焦光学系统并绘制三维立体仿真模型,分析了每组像面像质、照度以及畸变等相关参数,调制传递函数MTF在频率为50 lp/mm处不低于0.5,F数为2,畸变小于0.4%,相较于常用的棱镜和反射棱锥分光方式,无需额外分光结构,像面照度提高4倍以上。结果表明成像质量理想,分幅相机系统各像面所成像一致性高。     

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。     

用超高速阴影摄影技术研究微喷射现象

以转镜式高速分幅相机作为记录载体,设计并建立了高速阴影系统。用该摄影系统研究在爆轰加载下金属表面的微喷射现象,以及由此产生的波阵面发展过程。通过获取的阴影图像观察到了带有特定形状缺陷（矩形槽、盲孔）锡自由表面的微喷射演变过程,给出了微射流的形状,冲击波阵面以及喷射物头部的运动速度等物理信息。     

X光能点、放大倍率及针孔尺寸对空间分辨的影响

X光针孔成像是惯性约束聚变(ICF)研究中重要的诊断方法,对其点扩散函数的计算可用于图像重建和系统空间分辨的判断。对菲涅耳衍射公式进行了化简,分析了X光能点、针孔尺寸及放大倍率对针孔点扩散函数的影响。实验在保证成像能获得足够高信噪比的条件下,通过模拟获得在最佳空间分辨时所要的针孔大小、放大倍率和X光能点等参数。在流体力学不稳定性的静态样品定标实验中,通过模拟获得了针孔的调制传递函数(MTF),结合实验测量的结果反推获得分幅相机本身的MTF值。同时采用测刀边函数的方法获得了分幅相机本身的刀边函数,进而得到相机在各空间频率下的MTF值。两种方法得到的分幅相机MTF值一致,验证了通过菲涅耳衍射模拟X光针孔成像的可行性。