《百萬幀每秒高速成像技術研究》是依託西北核技術研究院，由李斌康擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：百萬幀每秒高速成像技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李斌康
- 依託單位：西北核技術研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
百萬幀每秒的超高幀頻成像系統廣泛套用於工業、軍事以及科學研究中，國內現有的高幀頻成像系統大多是進口的，價格十分昂貴。有別於多分幅超高速相機的單晶片CCD超高幀頻的成像系統，在無像增強器與複雜光路情況下，能夠達到1百萬幀每秒到數百萬幀每秒的工作速度，但此技術掌握在美、日等國家手中，由於國外對此項技術的禁運，現在無法購買獲得。本項目提出一種基於通用CCD晶片或科學級CCD晶片進行二次掩膜的方式實現片上存儲功能的方法，通過特殊的驅動時序可以達到單晶片存儲連續8幅以上數百萬幀每秒圖像的目的。利用方便獲得的商業級晶片可以實現類似IS-CCD的超高幀頻功能，打破國外的技術壟斷，從晶片級實現具有自主智慧財產權的超高速CCD成像系統。研究成果可以廣泛套用於微秒級快速運動現象的研究，如爆炸現象、電漿運動過程、彈體侵徹現象等。
結題摘要
高幀頻成像系統被廣泛套用於工業、軍事以及科學研究，國內現有的高幀頻成像系統大多需從國外採購，價格十分昂貴。採用片上存儲技術的高幀頻成像系統，單晶片可達百萬幀每秒的工作速度，但此技術目前掌握在美國、日本等少數幾個國家手中，而且存在禁運的限制，難以獲得。本項目的目標是基於通用CCD實現百萬幀每秒超高幀頻成像性能，實現具有自主智慧財產權的超高幀頻CCD成像系統。項目提出了一種基於通用CCD晶片二次掩膜的方式實現片上存儲功能的方法，通過特殊驅動電路和圖像處理軟體的設計實現，獲得了幀頻率達125萬幀每秒的成像性能。項目獲得的主要創新和工作成果如下： 1.提出了一種基於通用CCD晶片二次掩膜的高速圖像片上存儲方法，該方法把CCD光敏區的某些像素進行掩膜遮光處理，使其變成存儲區，實現普通CCD的片上存儲功能。項目設計並對比了三種不同掩膜方案的成像性能和優缺點，包括：柵狀掩膜、條狀孔陣列掩膜、點狀孔陣列掩膜；項目採用光纖面板與CCD光敏區耦合，在光纖面板上再進行遮光掩膜的工程實現方案，既方便進行掩膜定位的調節與更換，又避免了CCD感測器直接鍍膜工藝複雜、成品率低、價格昂貴等弊端。 2.項目針對不同的掩膜方案，進行了CCD驅動方法和圖像處理算法的研究。基於掩膜的片上存儲功能需要藉助特殊的CCD驅動方法才能實現，項目研究了不同CCD的驅動方法並設計了專用的超高幀頻驅動時序，獲取了高質量的掩膜圖像。項目開發了統一的圖像處理軟體，軟體可以選擇不同的參數進行掩膜圖像的恢復計算，獲得多幅掩膜採樣後的圖像數據。採用條狀孔陣列掩膜、利用光錐耦合EMCCD感測器進行了百萬幀每秒工作速度的驗證，經過計算恢復後，獲得10幅79×79像素的圖像，幀頻率達到125萬幀每秒。 3.項目研製了模組化的CCD數位化相機平台，解決了視頻信號高精度數位化、高電平驅動時序轉換、多路精密可調電源產生、圖像數據快取與採集等技術難題。該平台把相機劃分為幾個特定的功能單元模組，根據需要更換不同的CCD轉接板，就可以實現不同型號CCD晶片的軟硬體工作平台。所建立的模組化相機平台可以為EMCCD、FFCCD、FTCCD提供工作環境，實現普通CCD的高幀頻圖像獲取。 項目申請發明專利4項，已授權1項，發表文章9篇，EI收錄5篇。
