基于卡尔曼滤波的双约束CUP-VISAR压缩图像重构算法

针对从基于压缩超快成像(Compressed Ultrafast Photography,CUP)的任意反射面速度干涉仪(Velocity Interferometer System for Any Reflector,VISAR)中获得的压缩图像中重构出冲击波二维条纹图像的问题,提出一种基于卡尔曼滤波的双约束图像重构算法。该算法首先基于条纹图像具有的稀疏性和平滑性,将问题转化为基于小波与全变分双先验约束的优化问题,然后,考虑到实际成像的噪声问题,采用加权卡尔曼滤波对图像已有信息进行预测和调整,最后将卡尔曼滤波引入二步迭代阈值算法的迭代过程中,进而求解该双约束优化问题,实现压缩图像的精确重构。在大噪声仿真实验中,该算法重构图像的峰值信噪比和结构相似度分别提高了4.8 dB和14.81%,显著提高了图像重构质量。在实际实验中,该算法重构出了清晰的冲击波条纹图像,且将冲击波速度最大相对误差降低了9.57%和平均相对误差降低了2.2%,验证了该算法的可行性。

成像型速度干涉仪散斑成因的研究

在冲击波过程中,利用成像型速度干涉仪探测样品自由面的速度时,散斑的叠加使得干涉曲线被严重干扰,影响了速度信息的精密提取。在理论上从光路的角度分析了系统中可能造成散斑的两种因素:靶面粗糙度和多模光纤。在实验上设计了三种照明方式分别对这两种因素进行验证。离线实验的结果表明,多模光纤的引入对散斑的产生起了主要的作用,这对抑制乃至遏制散斑的产生具有很好的指导性意义。

广角任意反射面速度干涉仪虚像性质

通过分析虚像连续性和位置分辨,指出点集散判据相比相位差判据更适合用于广角任意反射面速度干涉仪(VISAR)靶虚像模型构建。基于点集散判据计算了椭球镜形状参数、像面记录方式、冲击波面倾斜对广角VISAR靶虚像的影响,发现虚像外内径之比总保持在8左右,且10^(-5)(k-400)<m<10^(-5)k(k与m为广角VISAR靶形状参数)时,椭球镜加工误差对像面影响较小;对像面进行平面检测难以得到动态干涉条纹;广角VISAR诊断区域允许波面平均倾斜不超过2°。讨论了广角VISAR靶虚像相干性、异形光纤面板的加工、椭球镜参数的选取、物像重构等问题,对诊断实验提出了参考建议。虚像性质研究为广角VISAR诊断能力提升奠定了基础,对惯性约束聚变内爆对称性诊断具有重要意义。

利用VSP资料估算反射界面倾角方法综述

在反射界面存在倾角的情况下,基于水平层状速度模型的VSP成像会使归位不准确。VSP的波场结构与反射界面的倾角紧密相关,可以利用VSP数据来估算反射界面倾角,用以修正速度模型,提高VSP成像质量。为此,讨论了反射界面倾角对VSP成像的影响,对利用VSP数据来估算反射界面倾角的各种方法进行了归类和阐述。

基于变加速广义交替投影的CUP-VISAR压缩图像反演算法

针对从基于压缩超快成像的瞬态冲击波二维诊断系统获得的压缩图像中反演出时变冲击波二维条纹的问题,提出一种基于变加速广义交替投影的图像反演算法。该算法利用二维条纹图像所具有的强低秩性和梯度稀疏特性,将问题转化为基于低秩与全变分双先验约束的优化问题,并通过变加速的方式有效减少了广义交替投影框架迭代求解该问题过程中产生的误差累积。仿真结果表明:与现有算法相比,在无噪情况下,所提算法的平均峰值信噪比提升了11.0 dB,平均结构相似性提升了11.4百分点;在含噪情况下,所提算法反演效果稳定,抗噪能力良好。最后,实验结果表明,所提算法针对实际压缩图像也能反演出轮廓清晰的二维冲击波条纹,且一维冲击波速度的最大相对误差从20.38%下降到11.66%,降低了8.72百分点,验证了该算法的可行性。

同时线成像和分幅面成像任意反射面速度干涉仪测速技术

研制了一套线面同时成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)用于激光驱动飞片速度场时空分辨测量。将传统VISAR改为成像干涉结构,用变像管扫描相机和高速光电分幅相机分别记录作为信号载体的梳状干涉条纹,实现靶面一条线上各点速度历史和多个时刻二维靶面上所有点速度的测量。所研制的线面同时成像VISAR具有小于10μm的空间分辨和约15m/s的速度分辨能力,线成像VISAR时间分辨小于50ps,面成像VISAR曝光时间小于5ns。用其测量了激光驱动带约束刀口铝膜飞片的速度场,给出了高时空分辨全场速度分布,从中可以清晰看出飞片的演化发展过程。实验结果表明,线面同时成像VISAR将是各种飞片产生技术及相应加载手段中全场速度诊断的有力工具。

分幅面成像任意反射面速度干涉仪诊断激光驱动飞片全场速度

研制了一套分幅面成像任意反射面速度干涉仪(VISAR)用于飞片完整性、速度分散性和平面性的诊断。在线成像VISAR基础上,用更小的条纹常数实现更高的速度分辨,同时用光电分幅相机取代扫描相机记录干涉条纹图像,实现多个时刻全场速度的测量。所研制的面成像VISAR具有5μm的空间分辨和15m/s的速度分辨能力。用其测量了激光驱动铜膜或铝膜飞片的速度场,给出了多个时刻的全场速度分布,从中可以清晰看出飞片的演化发展过程。实验结果表明,分幅面成像VISAR技术可以为激光驱动飞片平面性的理论研究和数值模拟提供有效实验数据。

成像型任意反射面速度干涉仪系统的光学系统设计

成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)是激光驱动聚变实验中诊断冲击波速度的重要设备,能对在透明聚变材料中传播的冲击波进行速度测量。介绍了在已有的神光Ⅲ原型装置的VISAR系统基础上进行改进获得的30倍成像型VISAR系统。详细阐述了其光学系统的构成和部分光学元件参数,综合考虑已有VISAR系统存在的一些问题,对系统光路进行了重新设计,放大倍率适合光学条纹相机的记录长度,设计结果表明空间分辨率优于5μm,照明均匀,结构简洁易于加工安装,较以往系统有所提高。

成像型VISAR在快点火金锥壳靶预热实验中的应用

报道了成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)在快点火锥壳靶预热实验中的应用情况,对不同的金锥壳靶型在间接驱动条件下的预热情况进行了实验研究。结果表明,越厚的锥顶受X射线预热的影响越小。采用了5μm和10μm两种锥顶,其锥顶平面的预热速度最大分别为2.2km/s和0.6km/s,而其产生预热的时刻基本上与主激光峰值时刻一致。实验中获得了丰富细节的条纹图像,揭示了金锥在预热过程中的物理现象,表明成像型VISAR可以为自由面低速测量及快点火锥壳靶物理实验提供诊断基础。

沟槽结构飞片的波剖面测量与数值模拟研究

应用线、面结合激光速度干涉仪(VISAR)技术,对点爆散心爆轰产物驱动带沟槽飞片的自由面速度进行了实验测量,获得了飞片表面长12mm的一条线上点的速度-时间历程,以及飞片起跳后1、3、5μs 3个特定时刻飞片表面10 mm范围内速度的二维分布。同时用LS-DYNA对实验模型进行了数值模拟,所得结果与实验测量结果符合较好,表现出线、面结合VISAR技术在研究非均匀材料动态响应上的应用潜力。