Устройство регистрации изображений, сформированных с помощью излучения

Устройство регистрации изображений, сформированных с помощью излучения, относится к средствам регистрации оптических изображений и может быть использовано в системах скоростной цифровой съемки для исследования быстропротекающих процессов, когда изображение объекта исследования формируют с помощью различных видов излучений: электромагнитного излучения (ЭМИ) или проникающего излучения, например, протонного. Техническим результатом является увеличение динамического диапазона регистрируемого изображения, повышение разрешающей способности и межкадрового интервала (от 400 нс) в одной проекции. Результат достигается тем, что устройство регистрации включает импульсный электронно-оптический преобразователь (ЭОП), принимающий электромагнитное излучение (ЭМИ) оптического диапазона, чересстрочную матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицу), узел переноса изображения с выхода ЭОП на вход ПЗС-матрицы, блок управления и блок питания, при этом в качестве ЭОП использован усилитель изображения бипланарного типа, а блок управления содержит формирователь прямоугольных высоковольтных импульсов напряжением 10-15 кВ, являющийся запитывающим узлом для ЭОП, и формирователь длительности импульсов для синхронизации времени работы ЭОП с ПЗС-матрицей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к средствам регистрации оптических изображений и может быть использовано в системах скоростной цифровой съемки для исследования быстропротекающих процессов, когда изображение объекта исследования формируют с помощью различных видов излучений: электромагнитного излучения (ЭМИ) или проникающего излучения, например, протонного.

Из предшествующего уровня техники известны способы и устройства получения оптических изображений, сформированных, например, с помощью рентгеновского излучения (патент РФ 2206886, описание к нему опубликовано 20.06.03 г.). Устройство регистрации изображения, согласно данному патенту, содержит блок управления и питания, импульсный фотоэлектронный матричный аналогово-цифровой прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрицу), с которым сочленен импульсный управляемый электронно-оптический преобразователь (ЭОП), принимающий ЭМИ оптического диапазона. Перед ЭОП установлен рентгенолюминесцентный преобразователь, преобразующий рентгеновское излучение в оптическое, при этом работа ЭОП синхронизирована с источником рентгеновского излучения и ПЗС-матрицей.

Известно другое устройство для скоростной регистрации оптических изображений, включающее импульсный ЭОП, принимающий ЭМИ оптического диапазона, импульсный фотоэлектронный матричный аналогово-цифровой прибор с зарядовой связью (ПЗС-матрицу), узел переноса изображения с выхода ЭОП на вход ПЗС-матрицы, блок управления и блок питания. Блок управления содержит формирователь высоковольтных наносекундных импульсов и формирователь длительности импульсов для синхронизации времени работы ЭОП с ПЗС-матрицей.

Недостатками описанных выше аналогичных устройств являются ограниченные функциональные возможности, т.к. при их применении возможно получение только одного кадра за время съемки, что снижает информативность результатов исследования.

Частично указанные выше недостатки устранены другим известным устройством регистрации изображений, сформированных с помощью излучения, DICAM-PRO, выпускаемым компанией РСО Computer Optics Gmbh (инструкция по применению опубликована 06/03 г.). Данное устройство позволяет получать 2-а кадра за время съемки и принято в качестве прототипа. Устройство содержит импульсный электронно-оптический преобразователь, принимающий электромагнитное излучение оптического диапазона и выполненный на основе микроканальных пластин, чересстрочную матрицу приборов с зарядовой связью (чересстрочную ПЗС-матрицу), узел переноса изображения с выхода ЭОП на вход чересстрочной ПЗС-матрицы, блок управления и блок питания.

Недостатками прототипа являются низкая разрешающая способность из-за конструкции ЭОП, длинные межкадровые временные интервалы в одной проекции (~1 мс), узкий динамический диапазон регистрации изображений и повышенный уровень шумов.

Техническим результатом заявляемого изобретения является увеличение динамического диапазона регистрируемого изображения, повышение разрешающей способности и межкадрового интервала (от 400 нс) в одной проекции.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в устройстве регистрации изображений, сформированных с помощью излучения, включающем импульсный ЭОП, принимающий электромагнитное излучение оптического диапазона, чересстрочную ПЗС-матрицу, узел переноса изображения с выхода ЭОП на вход ПЗС-матрицы, блок управления и блок питания, в качестве ЭОП использован усилитель изображения бипланарного типа, а блок управления содержит формирователь прямоугольных высоковольтных импульсов напряжением 10-15 кВ, являющийся запитывающим узлом для ЭОП, и формирователь длительности импульсов для синхронизации времени работы ЭОП с ПЗС-матрицей.

Блок управления дополнительно может содержать второй формирователь прямоугольных высоковольтных импульсов, характеристики которого аналогичны характеристикам первого, при этом формирователи с ЭОП соединены с помощью смесителя электрических сигналов.

При формировании изображения исследуемого объекта с помощью протонного пучка, перед ЭОП размещают сцинтилляционный преобразователь энергии протонного пучка в электромагнитное излучение оптического диапазона и систему его переноса на вход ЭОП.

На фиг.1 схематично представлено заявляемое устройство, на фиг.2 - изменение интенсивности ЭМИ во времени.

Устройство содержит электронно-оптический преобразователь бипланарного типа 1, оптический выход которого связан с оптическим входом чересстрочной ПЗС-матрицы 2 через узел переноса изображения 3.

Запитывание ЭОП осуществляется в импульсном режиме от формирователей 4, генерирующих прямоугольные импульсы напряжением 10-15 кВ. Импульсы от генераторов 4 подаются на ЭОП 1 через смеситель электрических сигналов 6. Момент начала подачи импульсов и их длительность задаются формирователем 5. Блок электропитания 7 обеспечивает узлы устройства электрической энергией через кабельные линии, показанные пунктирной линией.

Излучение, прошедшее через исследуемую область, поступает на вход ЭОП через оптический объектив 8. При исследовании объекта с помощью проникающего ионизирующего излучения изображение на ЭОП проецируется со сцинтилляционного преобразователя 9.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Излучение с интенсивностью I(t) поступает на вход ЭОП 1 через оптический объектив 8 непосредственно от исследуемого объекта или со сцинтилляционного преобразователя 9. В момент времени t₁ начинается экспозиция первого кадра чересстрочной ПЗС-матрицы 2 - ПЗСexp1. В момент времени t₂, задаваемый формирователем длительности 5, с одного из формирователей 4 через смеситель 6 на ЭОП 1 подается высоковольтный сигнал U1. ЭОП 1 начинает пропускать изображение на ПЗС-матрицу 2. В светочувствительной области матрицы начинает накапливаться распределенный электрический заряд. Таким образом, начинается регистрация первого кадра.

В момент времени t₃, задаваемый формирователем 5, высоковольтный сигнал с ЭОП 1 снимается. ЭОП перестает пропускать изображение на ПЗС-матрицу 2, накопление заряда в светочувствительной области матрицы прекращается, и регистрация первого кадра завершается.

В момент времени t₄ заканчивается экспозиция матрицы 2 ПЗСexp1 и начинается перенос заряда из светочувствительной области матрицы в затемненную область. Время переноса, в зависимости от марки чересстрочной матрицы, может составлять от 400 нс. Время послесвечения выходного окна ЭОП с фосфором Р43 также составляет ~400 нc. Таким образом, минимальный межкадровый интервал T_int, определяемый двумя этими величинами, также составляет 400 нс.

После того как заряд перенесен в затемненную область, светочувствительная область матрицы очищается и в момент t₅ вновь готова к накоплению электрического заряда. Также в момент t₅ начинается считывание полученного изображения из затемненной области чересстрочной ПЗС-матрицы 2.

В момент времени t₅ начинается экспозиция второго кадра чересстрочной ПЗС-матрицы 2 - ПЗСexp2.

В момент времени t₆≥t₅, задаваемый формирователем длительности 5, со второго формирователя 4, через смеситель 6, на ЭОП 1 подается высоковольтный сигнал U2. ЭОП 1 начинает пропускать изображение на ПЗС-матрицу 2. В светочувствительной области матрицы начинает накапливаться распределенный электрический заряд. Таким образом, начинается регистрация второго кадра изображения.

В момент времени t₇, задаваемый формирователем 5, высоковольтный сигнал с ЭОП снимается. ЭОП 1 перестает пропускать изображение на ПЗС-матрицу 2, накопление заряда в светочувствительной области матрицы прекращается, и регистрация второго кадра завершается. После того как первый кадр зарегистрированного изображения считается из затемненной области матрицы, начинается считывание второго кадра из светочувствительной области матрицы.

Время считывания зависит от марки чересстрочной матрицы и обычно составляет несколько миллисекунд.

Таким образом, за один цикл регистрации с помощью предложенного устройства осуществляется регистрация в одной проекции двух независимых кадров с минимальным - от 400 нс - межкадровым временным интервалом. Минимальное время экспозиции каждого кадра определяется характеристиками формирователей прямоугольных высоковольтных импульсов, и реальное значение может составлять от 50 нс.

1. Устройство регистрации изображений, сформированных с помощью излучения, включающее импульсный электронно-оптический преобразователь (ЭОП), принимающий электромагнитное излучение (ЭМИ) оптического диапазона, чересстрочную матрицу приборов с зарядовой связью (ПЗС-матрицу), узел переноса изображения с выхода ЭОП на вход ПЗС-матрицы, блок управления и блок питания, отличающееся тем, что в качестве ЭОП использован ЭОП бипланарного типа, а блок управления содержит формирователь прямоугольных высоковольтных импульсов напряжением 10-15 кВ, являющийся запитывающим узлом для ЭОП, и формирователь длительности импульсов для синхронизации времени работы ЭОП с ПЗС-матрицей.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок управления дополнительно содержит второй формирователь прямоугольных высоковольтных импульсов, характеристики которого аналогичны характеристикам первого, при этом формирователи с ЭОП соединены с помощью смесителя электрических сигналов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что при формировании изображения исследуемого объекта с помощью протонного пучка перед ЭОП размещают сцинтилляционный преобразователь энергии протонного пучка в ЭМИ оптического диапазона и систему его переноса на вход ЭОП.