高、低能X射线数字成像内视仪的研制

提出了利用闪烁屏和科学级CCD相机研制适用于高、低能工业X射线成像检测内视仪的方法。结合科研工作中对内视仪性能的要求，研究了闪烁屏和科学级CCD的性能，设计了CCD的驱动电路、制冷电路和微机EPP方式远距离数据快速采集电路和相应软件。研制了完整的仪器并进行了实验，和常用的X射线数字成像系统相比，具有对比灵敏度和空间分辨率高，图像质量好的特点。     

微型X射线数字成像系统研究

X射线数字成像检测与诊断技术是X射线检测的发展趋势,微型X射线数字成像系统采用X射线敏感CCD面阵探测器作为射线探测元件,具有体积小、分辨率高、实时性好的特点。本文研制了基于X射线敏感CCD的微型X射线数字成像系统,介绍了整个系统的组成,阐述了X射线敏感CCD的工作原理,选定了系统采用的X射线敏感CCD,设计了CCD探测器的驱动电路、模数转化电路、数据采集与通讯电路、图像获取及处理软件等。该系统采用USB2.0接口与计算机进行通讯,直接采用USB接口电源供电,无需外部电源,结构简单。分辨率测试表明,该系统的分辨率>10lp/mm。     

科学级CCD相机的噪声分析及处理技术

为了降低科学级CCD相机的噪声,提高相机的成像质量,针对不同的噪声源,根据相应的噪声产生原理,设计了实用的噪声抑制电路和处理电路.应用于选用DALSA IL-E2型TDI-CCD 图像传感器自己开发的科学级CCD 相机,有效地降低了暗电流噪声,消除了复位噪声对真正信号的影响,使相机的成像质量得到提高.通过实验证明,该科学级CCD相机的输出信噪比能达到50 dB.     

X射线敏感ICCD图像传感器研究

为了满足小幅面,高分辨率X射线敏感图像传感器的需求,研制了两种采用ICCD的X射线敏感图像传感器,一种由带光纤面板窗口的CCD、Ⅰ代像增强器、以薄云母为衬底的X射线转换屏构成,工作面积为6.4 mm×4.8 mm;另一种由带光纤锥窗口的CCD、Ⅱ代像增强器、以光纤面板为衬底的X射线转换屏构成,有效工作面积为12.8 mm×9.6 mm。测试结果表明两种传感器的空间分辨率大于5 lp/mm,对线缆的实验结果表明,该图像传感器可以清晰地确定线缆的塑料包层厚度和均匀性。     

EUV波段CCD相机及其空间分辨率测试

研究了EUV波段CCD相机及其空间分辨率测试.EUV波段相机由荧光屏、MCP像管、光锥和可见光CCD构成,CCD像元大小为14 μm,像元数2 048×2 048.在北京同步辐射装置光束线软X射线光学实验束线站3W1B上,利用透射网栅法对相机进行了空间分辨率测试,结果显示这种结构的CCD相机在17.1 nm波长处,空间分辨率达到19 μm,相当于极限分辨率为26 lp/mm.     

微机并行口远距离控制与数据传输的方法及应用

微机并行口的增强工作方式(EPP)可以进行双快速数据传输。介绍了并行口EPP方式的信号定义，寄存器、工作时序及利用微机EPP方式和差动线驱动器、接收器进行中远距离控制和数据快速双向传输的方法。设计了射线数字成像检测中CCD相机控制和数据传输的接口电路和采集软件，并进行了实验验证。     

电子倍增CCD星相机的设计

针对导航领域对星相机的性能要求,通过在星相机中应用新型的电子倍增CCD(EMCCD),设计一种探测能力强、数据更新快的成像系统。说明了EMCCD工作原理,分析了EMCCD信噪比,介绍了基于TC285电子倍增CCD的星相机的设计方案,给出了CCD驱动电路、视频信号处理电路以及时序控制器的设计。用模拟拍星实验和实际拍星实验验证了所设计的相机的性能,同时对相机的应用进行了初步分析。通过分析实验图像的信噪比说明了设计的星相机具备在积分时间8ms以内探测6等星的能力,且其图像数据更新频率可达10frame/s,满足用短积分时间进行快速星光成像的要求。     

惯性约束聚变靶丸高精度X射线数字成像

为了实现惯性约束聚变(ICF)靶丸几何尺寸的高精度、高效率检测,开展了靶丸X射线数字化成像系统的设计与研制。首先,分析了X射线直接投影成像和X射线透镜耦合显微成像的适用范围,根据ICF靶丸尺寸小、吸收衬度弱的特点,确定了基于X射线透镜耦合显微成像的技术路线。然后,分析了影响系统成像分辨率、图像衬度和测量效率的关键因素,确定了低几何放大成像,低电压、小焦点、高功率X射线源及高分辨CCD探测的总体技术方案,该方案能够有效抑制相衬效应和半影误差,解决了现有X射线数字成像设备测量靶丸时边缘扩展严重、尺寸测量误差大的问题。最后,对系统的性能进行了分析测试,实验结果表明,系统成像衬度良好,成像效率较高,分辨率优于0.5μm。靶丸几何尺寸的测量不确定度可达0.9μm(k=2),满足ICF靶丸几何尺寸高精度、高效率的检测需求。     

椭圆轨道TDI CCD相机像移匹配计算与成像验证

针对椭圆轨道卫星地心距和前进速度时刻变化对航天时间延迟积分(TDI)CCD相机成像的影响,提出了一种矢量映射分析方法来计算椭圆轨道时变的像移速度矢量。通过建立不同的坐标系,将椭圆轨道卫星在轨运行速度和地物随地球自转的线速度映射至TDI CCD相机像面坐标系。以某临界回归椭圆轨道为例,计算了影响航天TDI CCD相机成像的像移速度矢量和数据读出频率。最后,利用小卫星姿态控制系统半物理仿真平台和TDI CCD原理样机对提出的像移速度矢量映射分析方法进行了实验验证。结果表明:临界回归椭圆轨道一个周期内,参数按照等比缩放原则配置时,对应的偏流角、像移速度矢量和靶标移动速度分别为-3.76~3.22(°)、0.1673~0.72mm/s和19.12~82.24pixel/s,获取的图像能够满足1~2peixl的目标分辨率。实验结果说明,用提出的方法计算像移速度矢量结果准确,可为椭圆轨道航天TDI CCD相机成像匹配提供可靠依据。     

星载TDI CCD动态成像全物理仿真系统设计

基于高精度卫星姿态控制仿真三轴气浮台,研制了高精度卫星姿态控制仿真子系统,用于为地面TDI CCD动态成像仿真系统提供真实的仿真环境。根据TDI CCD实际成像原理,采用软件模拟替代实际线阵相机的TDI电荷转移迭加过程,研制了基于面阵CCD的星载TDI CCD动态成像仿真系统。利用该系统,实现了最高指向控制精度为0.1°,姿态稳定度为0.01(°)/s的卫星姿态控制仿真实验,模拟了积分时间为0.1 s的TDI CCD相机4~16级动态成像过程。研究了卫星姿态对TDI CCD相机拍照的影响,分析了实际航天高性能TDI CCD相机成像建模理论。像移速度匹配误差为0,姿态稳定度大于0.01(°)/s的实验显示了物理仿真与数学仿真结果与理论分析基本一致,不仅验证了该平台物理仿真方案的正确性,也初步验证了航天CCD成像建模理论的正确性。     

Design of X-ray digital imaging and data acquisition system

X-ray digital imaging technology is a new method of nondestructive testing. Non-film real time digital radiograph, which has high efficiency and low cost, especially the characteristics of digital image exchangeability and storage convenience, has become the development direction. Because the existing system has the disadvantage of low imaging quality and only being used at low X-ray energy, a high quality imaging system based on scientific CCD camera has been developed, which has high spatial solution and high contrast sensitivity and can be used both at high energy and low energy. This paper introduces the constitution of the system, and designs the relative circuits. The experimental results show that the system has the better imaging quality and wider adapting range for X-ray energy, can needs the requirements of measurement.     

多通道门选通纳秒分幅相机

采用光学分幅技术和多通道门选通法研制了纳秒分幅相机。首次应用八棱锥将图像分为8幅,每幅图像有相等的光学能量并包含与原图像相同的光学信息,每个通道使用独立的带门选通的像增强器和CCD相机,自行开发的近贴门选通像增强器用于增强弱光图像。相机系统可一次获得8幅图像,分幅速率达到1×10⁸ frame/s,最短曝光时间和时间间隔为3 ns和10 ns并分别可调,可记录持续时间为百纳秒到几十微秒的发光现象,动态空间分辨率达到15 lp/mm。该相机已成功应用于电脉冲、等离子发光等现象的试验并获得了有意义的数据,可满足高速摄影机等设备具有高分幅速率,短曝光时间和适当间隔以及在曝光时间内固定时刻记录超快现象过程的要求。     

基于CCD成像的轴承滚柱表面缺陷智能检测的研究

提出了一种基于CCD成像的轴承滚柱表面缺陷非接触检测技术。CCD将目标转换为视频信号并输送到图像采集卡,图像采集卡对视频信号进行解析、数字化后输送给专用的图像处理系统,对图像进行处理,再用LabVIEW软件编程。     

Laboratory X-ray diffraction complex for studying structural changes in materials under shock loading

A diagnostic laboratory X-ray diffraction complex has been designed to study the crystal structure under shock loading. Electric explosion of a foil, which accelerates a plane dielectric impactor, is used to generate a plane shock wave. A plasma-focus gas discharge chamber acts as an X-ray source. An automated system for recording X-ray diffraction patterns of shock compressed crystals has been developed on the basis of an image intensifier and a digital CCD camera. Recorded patterns of shock compressed LiF single-crystal structures are presented, which demonstrate that nonequilibrium structural formations have been obtained.     

利用数字图像处理技术测量直齿圆柱齿轮几何尺寸

研究了采用数字图像处理技术实现对直齿圆柱齿轮几何尺寸的非接触式测量.首先对CCD摄像机拍摄的图像进行畸变校正与滤波去噪,然后对图像进行阈值分割,采用基于数学形态法的四邻域腐蚀来获得单像素宽的图像边缘.针对齿轮的边缘轮廓形状特征,运用重心法、最小二乘拟合、Bresenham画圆法和Hough变换等原理,建立了测量齿轮齿数、模数、中心孔半径、齿顶圆半径、齿根圆半径和变位系数等齿轮几何尺寸参数的测量算法.使用1280×1024的CCD摄像机及黑白采集卡对分度圆直径为50mm的直齿圆柱齿轮进行测量实验,与人工测量值对比,绝对误差小于一个像素,在各测量参数中,最大尺寸的齿顶圆半径绝对误差值为13μm.研究结果表明:因为CCD摄像设备的分辨率越高、被测物体的尺寸越小,则测量精度越高,且为线性关系,所以,使用高分辨率CCD摄像设备并配备光学放大系统,可实现对高精度和微小直齿圆柱齿轮几何尺寸参数的测量.如使用1280×1024像素以上的CCD摄像设备测量分度圆直径5mm以下的直齿圆柱齿轮时,测量精度可在2μm以下.     

金相组织数字化数据采集系统

应用计算机技术进行数字图像处理其关键是要保证采集到的图像数据准确,利用CCD传感器进行图像的数据采集是常用的方法.本文介绍了基于CCD和金相显微镜相结合的金相组织数字化数据采集系统,并着重对采集系统中JX-4型金相显微镜的光学成像原理及其他器件的选取和光学接口的设计进行阐述.该系统体积小、成本低、速度快,采集的数据准确、可靠.该系统经过实际试验采集到的图片清晰,适用于计算机数字图像处理.     

Microcomputer system for ion microscopy digital imaging and processing

Analytical ion microscopy is a powerful tool for biological tissue analysis as it allows direct chemical distribution imaging, even at low element concentrations. A microcomputer based digital imaging system achieving acquisition at low light level is presented. It includes a high sensitivity video camera connected to a specialized image processor subsystem. Acquired images consist of 512 times 512 pixels with 8 bits accuracy. Real-time image processing software has been implemented so that image processing may be performed on-line. Image processing software allows off-line image manipulation and correlation for biological interpretation of elemental mapping images. System capabilities are illustrated by a study of stable and radio iodine mapping in rat thyroid tissue.     

耳鼻喉内窥镜视频高清光学系统设计与实现

为了实现高清数字化医疗内窥成像,使用成像质量良好的耦合透镜系统耦合内窥镜目镜和CCD相机,成为高清视频内窥镜。基于实际应用的要求,设计了一个适用于耳鼻喉科内窥镜耦合CCD相机的透镜系统,该系统可以用于1/1.8in(1in=25.4mm)、200万像素的CCD相机成像,并且具有12°视场角,4.4的F数。在调制传递函数(MTF)大于0.1判据下,透镜系统各视场的分辨率都在111lp/mm以上,在全视场范围都能取得很好的成像效果。实际测试表明,该系统光学成像清楚,图像细节表现明显,分辨率达到了高清成像的要求,虽然结构简单,但达到了预期的设计目标,不但有利于加工和装配,而且降低了大量的成本。