摘要：为提高数字高速多幅相机的像面照度,简化光学系统结构,提出一种离轴光学系统设计方法。该系统使用多组相同物镜,采用圆心一组,圆周均匀分布多组的方式平行阵列排布。分布于圆周上的物镜,其像面接收器相对物镜轴心平移离轴,以获得与圆心物镜相同的物面图像。分析了单物镜像面照度、畸变等与视场有关参数对光学系统各像面匹配的影响。在此基础上给出一个5通道离轴光学系统设计实例,系统空间分辨率优于30lp/mm,畸变小于0.1%,F数2.0。相比目前广泛采用的棱锥、棱镜分幅方式,该离轴光学系统像面照度增加5倍以上,系统结构简易。

摘要：设计了一种水下气泡高速成像探测系统实验方案,模拟深水中暗光的情况,采用主动成像方式,以532nm绿光激光器作为光源,高速相机在距离气泡3m远处进行拍摄,成像速率约为500fps。在气泡后放置合作目标和没有合作目标的两种情况下进行实验,得到了气泡图像,对两种图像进行图像处理后发现,在有合作目标的情况下能得到更清晰、对比度更高的气泡运动图像。

摘要：随着毫米波成像技术越来越成熟,用于物体的成像探测工作也被运用到各类安检系统中,由于毫米波具有全天候的工作特点,可以避免检测的间断性,但由于系统比较复杂,对于高速成像系统往往会采用FPGA器件,进行大数据量的传输和处理。文中介绍了黑体辐射理论,针对高速成像的数据接收,采用了Altera系列的FPGA器件,通过AD采样处理的毫米波信号数据接收处理的试验,得出了高效率地完成数据接收的结果。系统搭建完成后,通过仿真与测试,可以克服传统的数据接收单元的灵活性低,功耗大的特点,通过设计数据接收的16个通道,数据采集单元在进入扫描模式时对每个通道均采样210个点,可以进行高速的数据接收。对于毫米波成像系统接收单元的设计体现了积极的研究意义,为该领域的发展提供了思路。

摘要：为了克服高速成像系统在曝光时间很短的情况下,难以理想成像的问题,它基于波长为905nm的SPL LL90_3激光二极管,提出了一种用脉冲半导体激光器阵列光源作辅助照明的方法。理论上计算了一定距离理想成像所需的能量,基于多倾斜高斯光束叠加实现均匀化的原理,设计了一种结构简单,光强均匀性好,脉宽为200ns,峰值功率达到1 120 W的脉冲半导体激光器阵列。通过ZEMAX光学仿真在500mm处的光强分布并实验验证,同时研究设计了脉冲大功率半导体激光器阵列的驱动电路,选用MC1362高速相机,做了在2μs的曝光时间内借助脉冲大功率半导体激光器阵列光源可否理想成像的验证实验。实验显示成像效果良好,方案具有现实可行性,适合作为高速成像的照明系统。

摘要：针对多谱段时间延迟积分电荷耦合器件（TDI—CCD）输出通道多的结构特点和工作频率高的应用要求，提出了一种多谱段TDI—CCD高速成像系统。采用单片可编程逻辑器件作为成像系统的控制核心，实现了视频处理器组的配置与控制以及12路数字视频信号的整合；采用高速集成视频处理器完成模拟输入电荷耦合器件（CCD）信号的视频处理和需精细调整相位的视频处理相关控制信号及水平转移信号的产生；采用高速集成驱动器实现高速低占空比信号的驱动。实验结果表明该系统满足设计要求，在像素时钟为20MHz时工作稳定正常，信噪比大于45dB，动态范围不低于58dB，可同时高速获取分辨率较高的全色图像和光谱信息丰富的多光谱图像。

摘要：研究单个角型颗粒的冲击过程,有助于深入理解冲蚀磨损过程中材料去除的机理。设计了一种用于冲击机理研究的单颗粒冲击实验装置,装置可按照设计速度、角度以及颗粒方位角发射单个颗粒撞击靶体材料,并通过高速摄像机捕捉颗粒撞击的动态过程。利用该装置进行了菱形形状的硬质角型颗粒撞击AA3003铝合金靶体材料的实验,结果表明:装置能够有效研究冲击参数(冲击速度、冲击角、方位角等)对冲击行为和材料变形机制的影响,实现研究变量可控,有助于研究冲蚀磨损过程的主、次要影响因素。冲击角和方位角是决定颗粒旋转方向的关键因素,不同的旋转方向对应了不同的材料变形机制。通过颗粒运动轨迹图像,揭示了冲击诱导的颗粒旋转与冲蚀机理之间的相关性。所设计的实验装置及方法为颗粒冲蚀中的细观力学行为研究提供了一种有效的研究手段。

摘要：设计了一种基于新型像素结构的高速低功耗图像传感器芯片.芯片采用提出的梯度掺杂掩埋型光电二极管(PPD)和非均匀掺杂沟道传输管的像素结构,有效地提高了PPD中光生载流子的横向转移速度,降低了光生载流子的残留,减少了图像传感器芯片的拖尾现象.芯片采用低功耗设计的像素信号读出电路阵列,降低了图像传感器芯片的整体功耗.图像传感器芯片采用0.18μm CMOS工艺制备,像素尺寸为18μm×18μm,数字量化精度为12 bit.设计了高速CMOS成像系统,并在暗室环境下搭建了图像传感器的光电测试平台.测试得到高速CMOS图像传感器的灵敏度为11 V/(lx·s),动态范围为65 dB,在816×600的分辨率下可稳定输出1000帧/s的高速图像数据.图像传感器工作在最大增益为4、帧率为1000帧/s的工作条件时的功耗为830 mW.基于设计的高速CMOS图像传感器芯片,试制了一款高速CMOS相机.将试制的高速相机应用到高速目标跟踪和大容量存储系统中.实验结果表明,整体系统工作稳定,高速CMOS图像传感器可以长时间地稳定传输高质量的高速图像数据,同时跟踪系统可以稳定跟踪目标、存储系统可以正确存储高速图像数据.

摘要：基于高速金属氧化物半导体场效应晶体管(metallic oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)设计了一款带输出监测的简单快速高压脉冲源,给出了设计参数和电路。该脉冲源驱动简单、体积小、输出幅度可由使用的高压电源调整、电流能达60 A及输出脉冲宽度和频率由输入信号确定。最小脉冲宽度为4.53 ns,250 V/30 A时,前沿为2.28 ns,后沿为3.34 ns,具有输出短路保护及电容、电感、负载调整能力,主要应用于高速成像的像增强器阴极快门。

摘要：为满足数字超高速成像需求,提高相机的时间分辨率,设计了一种工作于350nm^800nm宽波段的八分幅相机光学系统。该系统采用光阑外置的会聚光分光结构,可同时获得同一物面的八幅相同图像,针对光学系统后截距、像方数值孔径等重要光学参数对像面照度差的影响、宽光谱成像的色差校正等问题进行了分析。在Code V中对中继镜头进行设计优化,像面大小可达26mm,像方MTF在40lp/mm时对比度达0.5以上,畸变小于1%,分幅后系统像面照度差在±10%以内。模拟结果表明:八分幅相机光学系统各幅图像一致性较高。

摘要：光学相干层析?血管内超声联合(Optical coherence tomography intravascular ultrasound,OCT?IVUS)成像技术能同时弥补光学相干涉成像的低成像深度与超声成像的低分辨率,能够较为全面地进行血管内的易损斑块识别,但受血管内超声(Intravascular ultrasound,IVUS)技术超声激发重复频率限制,OCT?IVUS成像难以在高帧率成像的同时获得高成像线数,从而影响显示分辨率。为提升IVUS成像速度,同时不降低图像显示的分辨率,尝试应用高重频超声激发技术的方法解决这一难题。本文设计了一种50 kHz的高重频超声激发电路,并在此设计基础上研制了一种50 f/s的高速超声内窥成像系统;进而对系统性能进行测试。激发电路高压脉冲测试以及信噪比(Signal noise ratio,SNR)测试结果表明:激发电路可用于25 MHz超声换能器的激发,具有较高的SNR;应用此激发电路所研制的超声内窥成像系统能够在不降低显示分辨率的前提下提高成像速度,该系统技术能有效检出易损斑块,促进OCT?IVUS的临床应用,对心血管疾病的早期发现、诊断和预防具有一定价值。