基于图像处理的条纹相机扫描非线性修正

　　0　引言

　　条纹相机是测量高速、超短发光现象的绝好设备,在核物理学、爆炸学、等离子体物理的研究中,有着广泛而重要的应用.对条纹相机而言,扫描电路是其控制电路部分的核心,其作用是产生一个线性度良好的斜波电压,条纹相机扫描电路的特点是触发延迟短,脉冲幅度大、时间短,所以扫描电路一般采取RLC积分电路[1-2].但是RLC积分回路输出的扫描电压将会引入指数因子e-t/τ,其中τ=RC,由于在很短一段时间t1内(t1 τ)电压的增长才能近似为直线,因而在一定时间内将不可避免地存在着非线性,达到8%左右[3-5],直接影响了扫描图像在时间轴上的线性展开.针对扫描非线性通常采用分段拟合[6]进行修正,它是将时间轴人为的划分为若干段,然后读出每一段的时间间隔值,在该间隔内取算术平均,采用直线公式和曲线逼近等逐步求近的原则得出一个模拟的近似修正公式,再通过程序进行修正.这种修正的缺点是不能对时间轴的每一点进行修正,拟和曲线不够精确,相机每标定一次程序也须做相应修改.鉴于以上缺点本文提出了一种基于图像处理的修正算法,该算法根据给定的标称扫描时间拟合出每个像素的扫描时间,然后取其算术平均值,通过程序比较每个像素扫描时间与平均值的大小来逐点修正,这样能够提高修正后图像的准确度.

　　1　修正原理

　　由于扫描速度的非线性,导致输出的条纹图像不能按时间线性地展开,即图像发生畸变.图像畸变主要表现在像素的位置和亮度都与实际物体不相吻合[6]:即扫描速度快的地方单位像素在时间轴上对应的区间短,图像被压窄,像素的亮度较实际物体暗;相反,扫描速度慢的地方单位像素时间轴上对应的区间长,图像被拉宽,像素的亮度也要较目标物体亮,这就降低了所得到图像数据的可靠性[7].

　　1.1　扫描速度分析

　　扫描速度的非线性是导致图像产生畸变的主要原因,扫速非线性导致每道的扫描时间不相等(道是指一个扫描区间),根据标称扫描时间拟合出扫描时间曲线,求出每道的扫描时间S[i](PS/道).将每道的扫描时间大小与理论扫描时间作比较,在时间轴上满足

　　式中i,j,k均为道数,分别表示第i道、第k道和第j道的道数,取值为0,1,2……;T[i]为前i道扫描时间之和,即即T[i]与时间轴上的坐标一一对应,式中T[0]=0,T[i-1]为第i道的起始扫描时刻,T[i]为该道的结束扫描时刻;u为每道的理论扫描时间,ku与T[k]存在着逻辑上的对应关系,第k道的理论扫描时间为u=ku-(k-1)u,式中(k-1)u是该道扫描区间的起始时刻点,ku是其扫描结束时刻点.

　　经过分析,条纹相机某一道(假设为第k道)的理论扫描时间与该道及其相邻道的实际扫描时间在时间轴上存在两种关系:(I)该道的理论扫描时间区间u的起始时刻点(k-1)u位于实际扫描时间区间T[i]内(即S[i-1]~S[i]区间内),结束时刻点ku位于T[j]内(即S[j-1]~S[j]区间内),如式(1);II)该道的理论扫描时间区间u的起始时刻(k-1)u及其结束扫描时刻ku都位于实际扫描区间T[k]内,如式(2).