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1、(10)申请公布号 CN 103126710 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103126710 A *CN103126710A* (21)申请号 201210579403.7 (22)申请日 2012.12.27 A61B 6/03(2006.01) G03B 42/02(2006.01) (71)申请人 中国科学院西安光学精密机械研究 所 地址 710119 陕西省西安市高新区新型工业 园信息大道 17 号 (72)发明人 白晓红 白永林 徐鹏 缑永胜 刘百玉 王博 朱炳利 秦君军 杨文正 (74)专利代理机构 西安智邦专利商标代理有限 公司 61211 代理人 姚敏杰。
2、 (54) 发明名称 基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于分幅相机的高时间分辨 三维成像方法， 该方法包括以下步骤 ： 1） 利用分 幅相机获取待测目标的二维图像 ； 2） 将步骤 1） 所 获取得到的待测目标的二维图像进行三维重建， 得到具有三维视觉效果的待测目标。本发明提供 了一种能获得皮秒 （10-12S） 时间分辨的三维图片 以及可在为实验过程中直接改进激光束的形态提 供可靠依据的基于分幅相机的高时间分辨三维成 像方法。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申。
3、请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103126710 A CN 103126710 A *CN103126710A* 1/1 页 2 1. 一种基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 其特征在于 ： 所述方法包括以下步 骤 ： 1） 利用分幅相机获取待测目标的二维图像 ； 2） 将步骤 1） 所获取得到的待测目标的二维图像进行三维重建， 得到具有三维视觉效果 的待测目标。 2. 根据权利要求 1 所述的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 其特征在于 ： 所 述步骤 1） 的具体实现方式是 ： 1.1） 精确设计小孔成像光学系统的位置， 使得待测目标分别投影。
4、在分幅相机的微带 上 ； 1.2） 对于一套分幅相机记录系统， 同一选通时刻在微带上分别的选通位置， 通过小孔 成像系统采集到待测目标在不同角度的二维图像 ； 1.3） 随着电脉冲在微带上的传输， 每台分幅相机可获得不同时刻的多幅二维图像 ； 1.4） 根据射线发射特性与待测目标内部物质状态的对应关系分别从多幅二维图像的 信息数据中解算出成像平面各像素点的 X 射线的强度系数 ； 1.5） 根据步骤 1.4） 所得到的成像平面各像素点的 X 射线的强度系数建立待测目标图 像同一时刻不同角度的二维强度矩阵 ； 1.6） 重复步骤 1.1） 至步骤 1.5） ， 建立多台分幅相机获得不同时刻不同方。
5、向的多幅二 维图像， 并建立各个时刻不同角度的二维强度矩阵。 3.根据权利要求1或2所述的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 其特征在于 ： 所述步骤 1） 是利用 X 射线微通道板行波选通分幅相机获取待测目标的二维图像。 4. 根据权利要求 3 所述的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 其特征在于 ： 所 述分幅相机是按照等方位排布的方式获取待测目标的二维视图。 5. 根据权利要求 4 所述的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 其特征在于 ： 所 述分幅相机的等方位排布的方式是正四边形、 正四面体或正六面体。 6. 根据权利要求 5 所述的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 。
6、其特征在于 ： 所 述步骤 2） 的具体实现方式是 ： 2.1） 将步骤 1） 所获取得到的待测目标的二维图像进行三维数据的计算 ； 2.2） 根据步骤 2.1） 计算得到的三维数据进行重建， 得到具有三维视觉效果的待测目 标。 7. 根据权利要求 6 所述的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法， 其特征在于 ： 所 述 2.1） 的计算方式是将步骤 1） 所获取得到的待测目标的二维图像进行图像配准以及三维 差值的方式进行三维数据的计算。 权 利 要 求 书 CN 103126710 A 2 1/3 页 3 基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法 技术领域 0001 本发明属于惯性约束聚变诊断技。
7、术领域， 涉及一种三维成像方法， 尤其涉及一种 基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法。 背景技术 0002 X 射线微通道板行波选通分幅相机是一种二维图像获取装置， 用于 X 射线和紫外 光谱范围内的超快现象诊断， 其应用范围涵盖了核物理学、 生物医学光子学、 等离子体物理 学、 强场物理学等国外新型学科。目前， 在惯性约束聚变实验中， 通过分幅相机获得多幅具 有皮秒时间分辨的等离子体箍缩 X 射线图像， 但只是二维的成像系统， 仅能获取聚变二维 成像图像， 无法直观实时确定激光照射不均匀的位置， 实验人员不能在线调节实验装置而 获得更好的实验结果。 0003 计算机层析技术作为一种诊断工具在。
8、医学、 工业断层等方面已获得广泛的应用。 但是由于受环境等条件限制， 没有运用于超快现象诊断过程。 0004 目前， 研究惯性约束聚变的国家都获得了二维的皮秒分幅图像的诊断结果， 但均 没有获得三维图像结果。 发明内容 0005 为了解决背景技术中存在的上述技术问题， 本发明提供了一种能获得皮秒 （10-12S） 时间分辨的三维图片以及可在为实验过程中直接改进激光束的形态提供可靠依据 的基于分幅相机的高时间分辨三维成像方法。 0006 本发明的技术解决方案是 ： 本发明提供了一种基于分幅相机的高时间分辨三维成 像方法， 其特殊之处在于 ： 所述方法包括以下步骤 ： 0007 1） 利用分幅相机。
9、获取待测目标的二维图像 ； 0008 2） 将步骤 1） 所获取得到的待测目标的二维图像进行三维重建， 得到具有三维视觉 效果的待测目标。 0009 上述步骤 1） 的具体实现方式是 ： 0010 1.1） 精确设计小孔成像光学系统的位置， 使得待测目标分别投影在分幅相机的微 带上 ； 0011 1.2） 对于一套分幅相机记录系统， 同一选通时刻在微带上分别的选通位置， 通过 小孔成像系统采集到待测目标在不同角度的二维图像 ； 0012 1.3） 随着电脉冲在微带上的传输， 每台分幅相机可获得不同时刻的多幅二维图 像 ； 0013 1.4） 根据射线发射特性与待测目标内部物质状态的对应关系分别。
10、从多幅二维图 像的信息数据中解算出成像平面各像素点的 X 射线的强度系数 ； 0014 1.5） 根据步骤 1.4） 所得到的成像平面各像素点的 X 射线的强度系数建立待测目 标图像同一时刻不同角度的二维强度矩阵 ； 说 明 书 CN 103126710 A 3 2/3 页 4 0015 1.6） 重复步骤 1.1） 至步骤 1.5） ， 建立多台分幅相机获得不同时刻不同方向的多 幅二维图像， 并建立各个时刻不同角度的二维强度矩阵。 0016 上述步骤 1） 是利用 X 射线微通道板行波选通分幅相机获取待测目标的二维图像。 0017 上述分幅相机是按照等方位排布的方式获取待测目标的二维视图。 。
11、0018 上述分幅相机的等方位排布的方式是正四边形、 正四面体或正六面体。 0019 上述步骤 2） 的具体实现方式是 ： 0020 2.1） 将步骤 1） 所获取得到的待测目标的二维图像进行三维数据的计算 ； 0021 2.2） 根据步骤 2.1） 计算得到的三维数据进行重建， 得到具有三维视觉效果的待测 目标。 0022 上述 2.1） 的计算方式是将步骤 1） 所获取得到的待测目标的二维图像进行图像配 准以及三维差值的方式进行三维数据的计算。 0023 本发明的优点是 ： 0024 本发明公开了一种用于研究物质运动超快过程的图像获取方法， 该方法主要应用 于惯性约束聚变实验的超快诊断方向。
12、， 主要由 X 射线行波选通分幅成像技术和三维重建技 术相结合， 最终获得三维实时图像信息。 首先将多台分幅相机按正四边形、 正四面体或者正 六面体等方位排布， 通过针孔成像系统把X射线目标图像信息分成多幅， 再利用多台X射线 微通道板行波选通分幅相机将 X 射线图像信息转换成可见光信息， 获得高时间分辨的二维 图像， 通过精密同步电控制系统获取不同时刻的图像， 最后通过特殊算法把获得的二维图 像信息进行三维重建， 从而获得具有高时间分辨的目标靶丸聚变过程的三维动态图像。本 发明的实施使原来得到的二维图片提高至三维。本发明是一种能获得皮秒 （10-12S） 时间 分辨的三维图片的诊断技术， 可。
13、以在惯性约束聚变过程中直接观测激光辐射不对称性和靶 丸加工不均匀性等位置信息的结果， 可在为实验过程中直接改进激光束的形态提供可靠依 据， 并能节省大量实验时间和经费。 附图说明 0025 图 1 是本发明所提供的三维成像方法的具体实现原理示意图 ； 0026 图 2 是本发明所采用的四边形相机摆放方式示意图 ； 0027 图 3 是本发明所采用的正四面体摆放方式示意图 ； 0028 图 4 是本发明所采用的正六面体摆放方式示意图。 具体实施方式 0029 本发明使用多台分幅相机和计算机三维重建技术相结合， 来获取三维立体图像。 0030 参见图1， 本发明是集成创新的方法。 通过X射线微通道。
14、板行波选通分幅相机获取 皮秒时间分辨的二维图像， 与三维重建方法相结合， 获得皮秒时间分辨的三维图像。 目的是 在超快的聚变过程中， 为诊断聚爆靶丸时空演化过程、 聚爆对称性以及流体力学稳定性等 提供一种获取具有皮秒时间分辨率、 三维立体图像的技术。 0031 具体技术方案主要分为两步 ： 二维信息获取和三维信息重建。 0032 二维信息获取 ： 0033 参见图 1、 图 2、 图 3 以及图 4， 利用 X 射线微通道板行波选通分幅相机获取待测目 说 明 书 CN 103126710 A 4 3/3 页 5 标的二维图像。首先精确设计小孔成像光学系统的位置， 使得目标分别投影成像在分幅相 。
15、机的微带上， 在同步选通脉冲的精确控制下， 对于一套分幅相机记录系统， 同一选通时刻在 4 条微带上分别的选通位置， 通过小孔成像系统采集到目标 （聚爆靶丸） 不同角度的 4 幅二 维图像。随着电脉冲在微带上的传输， 一台相机可以获得 4 个不同时刻的多幅二维图像， 每 个时刻具有 4 幅图像。根据射线发射特性与靶丸内部物质状态的对应关系， 分别从 4 幅图 像信息数据中解算出成像平面各像素点的 X 射线的强度系数， 从而建立聚爆靶丸图像同一 时刻不同角度的二维强度矩阵。多台相机获得的画幅数以此类推， 将多套分幅相机分别按 正四面形、 正四面体和正六面体的摆放方式， 从而获取多幅二维图像。 0。
16、034 三维信息重建 ： 0035 三维重建是改良投影变换方程， 使其适用于针孔阵列取样的图像变换。即采用基 于获得的非完全数据进行稀疏投影的迭代重建法进行研究。软 X 射线针孔成像技术， 其投 影方式与计算机层析 （CT） 技术不同， 必须对投影变换方程进行改良才可适用于针孔阵列取 样的图像变换。采用基于获得的非完全数据进行稀疏投影的迭代重建法进行研究。通过对 针孔取样原理、 针孔取样投影线束等拍摄过程分析， 探测器测得的信息是随着各个相机拍 摄的空间位置不同而获得的不同组合， 无法分离为独立的个体或是局部。因此不能像 CT 的 方法简化成若干个分离的面元独立求解， 应该作为整体， 一次求解。
17、。所以针对小孔成像， 通 过探测面上每一个有效感光元探测到的信息是这条光线上所有发光点的光强的叠加， 建立 矩阵， 并确定矩阵系数， 将三维重建的问题简化成一个方程求解的问题。 对于获取到的多幅 切片信息， 建立三维模型， 通过图像配准、 三维差值等方法进行三维数据的计算并依此重建 出具有三维视觉效果的聚爆靶丸目标。并随着电脉冲在微带上的传输， 选通不同时刻的爆 破靶丸的二维图像， 所获取的图像参数的改变， 重建的三维聚爆靶丸的形态等信息也随之 改变， 因此可以较好的实时观察靶丸在不同时刻下的变化。而这些信息与变化将为三维聚 爆靶丸时空演化、 聚爆对称性的分析提供有力的保障。 0036 由于惯。
18、性约束聚变试验中， 可探测窗口数目较少， 观测方位角有限， 靶丸尺寸很小 且时间过程短， 不可能在打靶过程中将针孔相机作旋转扫描运动。只能固定多个方位的探 头 （探测器） 在物理过程发生时同时测量。因为考虑到成本因素， 只能用少数几个探头 ； 另 外物理研究中可能待测的区域很小， 使观测方位受限， 这也使得只能在试验中用少量探头。 因此安装方式是 ： 安装四台或是六台分幅相机， 利用多针孔光学系统对其成像， 随着电脉冲 在阴极微带上的传输和选通， 获取的不同时刻的二维图像， 重建的三维聚爆靶丸的形态等 信息也随选通时刻改变， 得到不同选通时刻的多幅实时三维图像。 说 明 书 CN 103126710 A 5 1/2 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103126710 A 6 2/2 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103126710 A 7 。