一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法，该装置包括照明模块、摄像模块和触发模块；照明模块按照光线传播方向依次为：激光器、传能光纤合束器和光纤准直镜，激光器通过传能光纤合束器与光纤准直镜连接；摄像模块按照光线传播方向依次为：第一反射镜、陷波滤光片、窄带滤光片、相机和分析模块，相机和分析模块电连接；触发模块为延时控制器，延时控制器分别与激光器和相机电连接。本发明专利技术采用反射成像技术，可实现Gf/s的高帧频的图像采样，可应用于高峰值功率脉冲激光诱导靶材表面损伤过程研究，也可应用于高速撞击等的试验研究。

A super high speed time resolution camera and method based on reflection imaging technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法
本专利技术涉及图像采集
，更具体的说是涉及高峰值功率激光诱导靶材表面损伤过程的研究，同时也可以应用于高速撞击等的试验研究中。
技术介绍
激光对靶材的损伤是一个非常快的过程，强激光，特别是高峰值功率的窄脉冲强激光辐照后的极短时间内，表面烧蚀形貌既已成型，研究这一过程必须采用时间分辨率足够高的检测手段。高峰值功率强激光诱导烧蚀靶材损伤形貌的观测是实现激光损伤程度表征的有效手段，在激光与物质相互作用研究领域，特别是激光加工工艺研究领域有着广泛的应用，比如激光打孔、激光切割和激光焊接等激光加工过程和加工工艺研究方面，需要研究激光功率、辐照时间、激光能量、脉冲宽度、光束质量等参数对激光加工质量的影响。目前均采用事后观察，即通过各类显微镜对固定激光参数情况下损伤的靶材表面进行离线观察，受限于照相机或者摄像机的帧频，无法实现在线实时监测，对于激光加工工艺的研究具有片面性，无法综合考虑复杂场对激光加工工艺的影响，限制了激光加工工艺的提高。上世纪90年代以来，人们更加关注激光加工过程中损伤形貌的动态过程，比如靶材的损伤形貌在激光入射后纳秒量级时间内的变化过程、损伤过程中产生的冲击波以及冲击波对材料结构的影响、光学材料后表面损伤时喷溅粒子的大小及速度、损伤过程中产生的等离子体的物理性质及对损伤的反作用等。目前，国内外对激光损伤过程中靶材表面损伤形貌的变化过程，有两种方法，第一种方法是采用分幅拍摄方式，即控制实验条件及环境，多次重复实验控制拍摄延时。受限于靶材的材料一致性、激光参数的波动、以及各类噪声的影响，这种方式在激光与物质相互作用现象观测中，特别是在瞬态剧烈现象拍摄中存在一定的不可靠性；第二种方法为利用市售的高速相机，实现激光诱导爆轰波过程的高速拍摄，该方法受限于高速相机的速度，无法实现ns量级时间分辨的高速现象记录和重现。因此，如何提供一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法，采用反射成像技术，可以实现纳秒量级时间间隔的高帧率分时图像采集。该方法在强激光辐照、激光焊接、打孔等研究中，对于表面的微物质喷射、界面上的波系状况、界面不稳定性等演化情况，具有重要的应用前景。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，包括：照明模块、摄像模块和触发模块；所述照明模块按照光线传播方向依次为：激光器、传能光纤合束器和光纤准直镜，所述激光器通过所述传能光纤合束器与所述光纤准直镜连接；所述摄像模块按照光线传播方向依次为：第一反射镜、陷波滤光片、窄带滤光片、相机和分析模块，所述相机和所述分析模块电连接；所述触发模块分别与所述激光器和所述相机电连接。进一步，所述触发模块为延时控制器，所述延时控制器分别与所述激光器和所述相机电连接。进一步，所述激光器为多台半导体激光器，所述半导体激光器的脉宽为纳秒量级，且多台所述半导体激光器波长不同。进一步，所述陷波滤光片、所述窄带滤光片和所述相机均设置为多个，且均与所述激光器一一对应设置。进一步，所述陷波滤光片为45°高反射的陷波滤光片，多个所述45°高反射的陷波滤光片的窄带峰值波段与多个所述激光器的激光波长一一对应，且谱间互不重叠。进一步，所述相机为具有外触发功能的相机，包括CCD相机和CMOS相机。进一步，多个所述窄带滤光片的峰值波长与多个所述激光器的激光波长一一对应，且谱间互不重叠。进一步，所述延时控制器具有多个通道，多个所述通道之间能够按照预设时间要求产生纳秒量级的时延。进一步，所述分析模块包括下位机和上位机，所述相机、所述下位机和所述上位机依次电连接。一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像方法，包括以下步骤：触发步骤：触发信号作为外触发源驱动延时控制器，所述延时控制器分别异步触发所述激光器和所述相机；照明步骤：多个所述激光器接收触发信号后发出激光信号，经过传能光纤合束器传输至光纤准直镜，经过所述光纤准直镜的多波段激光对待测靶面进行辐照；摄像步骤：辐照后的激光信号经第一反射镜导向陷波滤光片，再通过窄带滤光片传输至所述相机，所述相机将采集的激光信号转换为图像信息并传送给分析模块，所述分析模块通过对所述图像信息进行时序编码排序，构成常规视频信号，完成对高速采样情况下的变换存储，实现超高速摄像。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置和方法，把具有精确时间控制的延时控制器、激光器和相机相结合，采用反射成像技术，可以实现纳秒量级时间间隔的高帧率分时图像采集。该方法在强激光辐照、激光焊接、打孔等研究中，对于表面的微物质喷射、界面上的波系状况、界面不稳定性等演化情况，具有重要的应用前景，也可应用于高速撞击的研究。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1附图为本专利技术提供的一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置示意图。其中，1、激光器，2、传能光纤合束器，3、光纤准直镜，4、第一反射镜，5、陷波滤光片，6、窄带滤光片，7、相机，8、分析模块，81、下位机，82、上位机，9、延时控制器，10、底板。具体实施方式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，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，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。本专利技术实施例公开了一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，包括：照明模块、摄像模块和触发模块；照明模块和摄像模块均与底板9连接，触发模块分别与照明模块和摄像模块电连接。具体的，结合图1，照明模块按照光线传播方向依次为：激光器1、传能光纤合束器2和光纤准直镜3，激光器1通过传能光纤合束器2与光纤准直镜3连接，且激光器1和光纤准直镜3均与底板10连接。其中，传能光纤合束器2利用纤芯较粗的传能光纤制备而成，能够将自由空间传播的光高效地耦合到光纤中，并将多路光信号耦合到一路进行传输，减少了单元镜头搭建系统的复杂性，节省了空间，同时增加了系统的灵活性。摄像模块按照光线传播方向依次为：第一反射镜4、陷波滤光片5、窄带滤光片6、相机7和分析模块8，分析模块8包括下位机81和上位机82，相机7、下位机81和上位机82依次电连接，第一反射镜4、陷波滤光片5、窄带滤光片6、相机7依次与底板10连接，窄带滤光片6固定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，其特征在于，包括：照明模块、摄像模块和触发模块；/n所述照明模块按照光线传播方向依次为：激光器(1)、传能光纤合束器(2)和光纤准直镜(3)，所述激光器(1)通过所述传能光纤合束器(2)与所述光纤准直镜(3)连接；/n所述摄像模块按照光线传播方向依次为：第一反射镜(4)、陷波滤光片(5)、窄带滤光片(6)、相机(7)和分析模块(8)，所述相机(7)和所述分析模块(8)电连接；/n所述触发模块分别与所述激光器(1)和所述相机(7)电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，其特征在于，包括：照明模块、摄像模块和触发模块；
所述照明模块按照光线传播方向依次为：激光器(1)、传能光纤合束器(2)和光纤准直镜(3)，所述激光器(1)通过所述传能光纤合束器(2)与所述光纤准直镜(3)连接；
所述摄像模块按照光线传播方向依次为：第一反射镜(4)、陷波滤光片(5)、窄带滤光片(6)、相机(7)和分析模块(8)，所述相机(7)和所述分析模块(8)电连接；
所述触发模块分别与所述激光器(1)和所述相机(7)电连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，其特征在于，所述触发模块为延时控制器(9)，所述延时控制器(9)分别与所述激光器(1)和所述相机(7)电连接。


3.根据权利要求1所述的一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，其特征在于，所述激光器(1)为多台半导体激光器，所述半导体激光器的脉宽为纳秒量级，且多台所述半导体激光器波长不同。


4.根据权利要求3所述的一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，其特征在于，所述陷波滤光片(5)、所述窄带滤光片(6)和所述相机(7)均设置为多个，且均与所述激光器(1)一一对应设置。


5.根据权利要求4所述的一种基于反射成像技术的超高速时间分辨摄像装置，其特征在于，所述陷波滤光片(5)为45°高反射的陷波滤光片，多个所述45°高反射的陷波滤光片的窄带峰值波段与多个所述激光器(1)所发出的激光波长一一对应，且谱间互不重叠。


6.根据权利要求1所述的一种基...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘倡，李昌立，闫鹏宇，王耀德，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22