(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210784178.4 (22)申请日 2022.06.28 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 (72)发明人 姜澜　连易灵　孙靖雅　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 王松 (51)Int.Cl. G01N 21/73(2006.01) G06F 17/16(2006.01) G06T 5/00(2006.01) G06T 7/11(2017.01) G06T 7/13(2017.01)G06T 7/33(2017.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种等离 子体三维特性的重构方法 (57)摘要 本发明公开的一种等离子体三维特性的重 构方法， 属于超快激光观测技术领域。 首先装置 集成多视角成像方式， 同时实现对飞秒激光烧蚀 材料所形成的等离子体反射率和等离子体轮廓 进行成像。 具体是利用超短脉冲激光器产生激光 脉冲， 利用倍频晶体产生探测光， 按照一定的能 量比对探测光进行分束， 使用二 分之一玻片调整 两束光偏振后， 使处于不同偏振状态的两束光以 不同角度入射， 再使用相机进行探测， 从而获得 样本图像。 通过对样本图像进行处理， 提取轮廓， 进行插值处理， 最终重构出具有三维特性的准三 维图像。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 115372339 A 2022.11.22 CN 115372339 A 1.一种等离 子体三维特性的重构方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤一： 激光器产生的飞秒激光脉冲通过分束镜被分为泵浦和探测两束光， 其中泵浦 光聚焦到样品表面后用于 激发样品， 产生的等离 子体使样品表面 光学性质发生变化； 步骤二： 将探测光引入探测延时平台， 并用倍频晶体改变探测光波长， 并通过带通滤波 片过滤掉基频光， 剩余倍频后的光 继续传输； 使用分束镜对探测光再次分光， 利用二分之一 玻片调节其中一束探测光的偏振方向， 使其偏振方向和原始方向垂 直， 在被相机采集前， 通 过带通滤波片和角度垂直的偏振片进行 滤波； 步骤三： 在不同视角进行零点校准 时， 移动探测延时平台， 以信号区域发生信号图片为 基准， 调节探测延时平台， 使不同方向入射的两束探测光与泵浦光同时到 达样品； 步骤四： 采集数据时， 需要将两个采集相机设置为外触发模式， 通过信号发生器发出高 电平信号， 同时触发激光器和两个采集相机， 完成信号的采集； 步骤五： 对图像进行预处理： 使用rgb2gray函数将彩色图像转换为灰度图像， 提 高后续 图像处理的速度； 使用imfilter 函数， 通过滤波算子与采集的图像进 行卷积计算， 降低图像 噪点的影响； ； 步骤六： 图像分割： 通过SURF特征识别 对图像中目标 区域进行定位， 降低后续精准识别 难度并提高识别的精度； 通过EDGE边缘提取算法获得感兴趣区域等离子体喷发多视角图像 的轮廓， 将所提取的轮廓内部填充， 得到等离子喷发区域二值化掩膜图像， 并通过掩膜图像 与原始图像的矩阵点乘实现对等离 子喷发区域的图像分割， 得到等离 子体图像信息； 步骤七： 通过步骤六图像分割的方式， 分别提取两个视角的等离子体图像信息并建立 矩阵； 此处需要建立三个空矩阵， 一是三维空间坐标的矩阵， 用于等离子体三维形貌的构 建； 二是原始反射率原图的矩阵； 三是建立四维矩阵， 包含三维空间坐标和一维反射率坐 标； 步骤八： 通过约束缩放对步骤四建立的三维空间坐标矩阵进行信息填充， 进而得到全 信息三维矩阵； 所述约束缩放为： 从三维空间坐标矩阵最底层逐级向上展示； 多视角配准的 方式为： 将反射 率原图矩阵离 散， 通过坐标对应实现配准。 2.如权利要求1所述的一种等离子体三维特性的重构方法， 其特征在于： 步骤二所述的 两束不同的探测光， 需要用二分之一玻片调节其偏振状态， 使两束光在到达样品时处于不 同的偏振态， 并在相机前使用偏振片进行 滤光， 避免两者信号的相互干扰。 3.权利要求1飞所述的一种等离子体三维特性的重构方法， 其特征在于： 步骤六对两张 图像轮廓信息进行提取后， 需要对透射轮廓数据进行插值， 使其产生由底部到顶部等间距 的阵列， 用于缩放反射 率轮廓。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115372339 A 2一种等离 子体三维特性的重构方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种等离 子体三维特性的重构方法， 属于超快激光观测技 术领域。 背景技术 [0002]由于超快激光作用下产生的等离子体喷发， 会由于激光和等离子体的耦合发生各 种复杂的相互作用， 并且产生各种物理现象， 例如自聚焦， 自身相位调制， 弯曲不稳定性以 及各种受激 散射等等， 准确描述 其空间三维动态信息对 优化加工结果至关重要。 [0003]传统的多角 度同时成像技术， 无法实现飞秒量级的时间同步， 无法实现对超快过 程的信息捕捉。 例如多机位高速摄像机拍摄水下爆 炸过程， 受限于电子 设备的控制极限， 只 能实现微秒量级以上的信息采集， 且多机位间的同步 性较差。 [0004]传统的飞秒激光泵浦探测技术， 没有实现多机位 同时观测。 时间分辨共焦显微成 像系统和阴影成像观测系统分别在等离子体表面反射率变化和侧 面形貌变化领域发挥了 巨大的作用。 但目前的技术， 仅仅是分别进行试验， 对部分不具备重复实验条件的过程， 无 法进行有效的图像信息获取。 不仅如此， 即使获得不同角度的超快信息， 其图像仍然 是分离 的， 并不能准确描述 等离子体超快演化过程的三维特性。 [0005]因此， 需要提出一种等离子体三维特性的重构方法。 该方法通过从不 同角度同时 获取等离 子体二维图像投影， 发明内容 [0006]本发明的目的是为了解决超快激光与物质相互作用过程仅能获取其二维信息的 局限性问题。 基于多视角协同的超快成像原理， 通过从反射和透射两个角度同时获取等离 子体二维图像投影， 提出对应于多视角超快成像的二维图像信息提取和三维信息重构算 法， 从而实现等离 子体三维特性演化分析。 [0007]本发明的目的是通过 下述技术方案实现的： [0008]步骤一： 激光器产生的飞秒激光脉冲通过分束镜被分为泵浦和探测两束光， 其中 泵浦光聚焦到样品表面后用于 激发样品， 产生的等离 子体使样品表面 光学性质发生变化。 [0009]步骤二： 将探测光引入探测延时平台， 并用倍频晶体改变探测光波长， 并通过带通 滤波片过滤掉基频光， 剩余倍频后的光继续传输。 重点在于， 使用分束镜对探测光再次分 光， 利用二分之一 玻片调节其中一束探测光的偏振方向， 使其偏振方向和原始方向垂直， 在 被相机采集前， 通过 带通滤波片和角度垂直的偏振片进行 滤波。 [0010]步骤三： 在不同视角进行零点校准时， 移动探测延时平台， 以信号区域发生信号图 片为基准， 调节探测延时平台， 使不同方向入射的两束探测光与泵浦光同时到 达样品。 [0011]步骤四： 采集数据时， 需要将两个采集相机设置为外触发模式， 通过信号发生器发 出高电平信号， 同时触发激光器和两个采集相机， 完成信号的采集。 [0012]步骤五： 对图像进行预处理： 使用rgb2gray函数将彩色图像转换为灰度图像， 提高 后续图像处理的速度。 使用imfilter 函数， 通过滤波算子与采集的图像进行卷积计算， 降低说　明　书 1/4 页 3 CN 115372339 A 3